對物理教學中研究性學習的認識及探索

近年來，我國各地正在掀起“研究性學習”的研究與實踐熱潮。但是，究竟什么是“研究性學習”？

“研究性學習”即“具有研究性質的學習”，是指學生在教師的指導下，從學習和生活中選擇和確定學生感興趣的實際問題作為研究課題，在“接受性學習”的同時，用類似科學研究的方式主動地獲取知識、應用知識以及探究問題、解決問題的積極的學習活動。它顯然是一種學習方式。可見“研究性學習”強調的是學生主動探究、自主學習、親身體驗，其最關鍵的是要落實在“類似科學研究”的學習方式上，也就是說，“研究性學習”實際上是指學生要像科學家從事科學研究那樣來進行學習，其本質是對科學研究的模仿或仿真，是“像”而不是“就是”科學研究活動。

當然與“研究性學習”相“對立”的一種學習方式便是“接受性學習”，在傳統的學科教學中學生的學習方式主要是“接受性學習”，它的主要目標是讓學生系統掌握人類文明的成果。以前我國基礎教育主要是“接受性學習”，它的特點是學生學習內容全面，知識系統，基礎牢固，因此“接受性學習”是重要的，也是必要的。但是如果把它作為惟一的學習方式，長此以往，學生只會接受、缺乏創新，對學生的終身發展將失去應有的動力。而“研究性學習”的根本宗旨就是改變學生的這種學習方式，彌補學習過程中的缺陷和不足，使創新精神和實踐能力的培養有一個切實可行的切入點和落腳點，這也就是國家課程改革的指導思想，也是我們開設“研究性學習”的目的所在。

一、課堂教學中，開展“研究性學習”“問題研究”形式的嘗試

１．課堂教學中的“問題研究”形式

從２０００年秋季開始，我國部分省市試行新教材，新教材的新是前所未有的，新教材與舊教材相比除增強趣味性、探索性、時代性以外，其最大特點就是增加了“研究性學習”的內容，這為師生開展“研究性學習”提供了很好的研究素材。而新教材的大部分教學內容都可按“研究性學習”的“問題研究”形式來設計和組織教學。例如，在《動量定理》一節教學中，可作如下教學設計：

①首先在教師的指導下，讓學生通過閱讀教材來了解動量、沖量等概念。

②讓學生通過實例（如自由落體運動，平拋運動，勻速圓周運動等）來探究這些運動物體的動量是否變化？為什么會發生變化？通過分析、討論、歸納得出是因為物體受到沖量的作用，從而得出沖量是動量發生變化的原因的結論。

③利用特例推導動量定理的表達式。

④讓學生思考力的沖量怎么求？沖量的方向怎么確定？特別是變力的沖量的方向又如何確定？給學生設置這樣一系列問題后，讓學生通過平拋運動，勻速圓周運動等特例來自主摸索，分析探究，然后歸納整理出求變力沖量方向的方法來。

⑤讓學生在前面結論的基礎上繼續研究動量、動量的變化、動量的變化率三者大小之間有無直接關系，方向是否相同。特別是動量的變化量的大小和方向可作為專題來研究，讓學生分直線運動和曲線運動兩種情況來分析討論，最終以小論文的形式展現學生自己的研究“成果”。

⑥給學生講述狼牙山五壯士的悲壯故事，讓學生分析狼牙山五壯士跳崖后幸存者與犧牲者出現不同結局的原因。觀看蹦極運動錄像，培養學生勇于探險的精神和挑戰極限的勇氣，分析蹦極運動既驚險刺激又安全保險的力學原理。

課堂教學中的“問題研究”這種教學方式極大限度地調動了學生在學習過程中的積極主動性，增強了學生在學科學習中的探索精神。師生之間的教學活動真正成了“是學‘過程’，而不是教結論”。亞里士多得曾講過：“創造性思維就是從疑問和驚奇開始的”。所以，以“問題研究”的形式來提出問題、探究問題、解決問題，就能更有效地把培養學生創新思維能力落到實處。

２．單元教學中的“問題研究”形式

高中物理教學內容每章自成一個大單元，有些章節內容還可劃分為幾個小單元，這些大小單元自然構成了“研究性學習”“問題研究”形式的好素材。例如，學完動力學一章以后，可組織設計一節《牛頓運動定律的建立及應用探索》“問題研究”課。先讓學生互相提問，相互討論牛頓第一定律的含義是什么？（揭示了物體的重要屬性——慣性，同時給力下了一個科學定義，即力是產生加速度的原因）。牛頓第二定律的因果關系、矢量性、瞬時性和牛頓第三定律的作用力與反作用力有哪些特征（是同一性質的力，同時存在、同時變化、同時消失、作用在兩個物體上）以及牛頓運動定律適用范圍等。把所學知識整合構筑，形成體系，從而較深層次地認識牛頓運動定律的本質內含。其次，讓學生課后查閱資料、上網搜索、收集信息，探究牛頓運動定律的建立過程，牛頓當初表述運動定律的原始形式及牛頓一生給人類做出了哪些突出貢獻（１２項開創性成果，每一項按現在的成就都能得諾貝爾獎）等等。通過探索領悟牛頓解決物理問題的思想和方法及牛頓的創造力給我們在今后的學習中帶來什么樣的啟發和幫助；學習牛頓善于觀察，勤于思考的良好習慣和不斷創新的思維品質。最后，讓學生自己設計如何應用牛頓運動定律來解決實際問題的實驗方案，每個實驗方案都要明確實驗的目的是什么？理論依據是什么？需要測量哪些物理量？如何測量這些物理量？自始至終讓學生帶著這些問題去思考、體會、想象、探索，讓學生有意識地在問題中學習、思考，在思考中“發現”，在發現中理解問題和解決問題。

二、課外活動中開展“課題研究”的嘗試

１．選題方面

選題是開展“研究性學習”的關鍵環節，課題原則上選自學生感興趣的實際問題，源于教材、生活、實踐。但也可因人而異，適當拓寬延伸題材的范圍。如我校２００３屆部分學生在高一時所選的課題“遠離地球，走向太空”（此課題分為若干子課題），此課題初看很大，很空，無從著手。給人感覺是科學家也在艱難地探索，中學生又何以能適應呢？而且有些領域對人類來說還是一片空白，有待于進一步開發和研究。但是我們認為學生既然選了這一課題，說明學生對太空問題是感興趣的，“興趣是最好的老師”，有了興趣就有了動力，有了動力才有可能最大限度地開發學生潛能，學生在學習過程中才能有所創新。其次，此課題的核心內容是如何開發宇宙，而開發宇宙是人類文明的必然結果，也是２１世紀各國國力競爭的重要標志，更是地球人賴以生存的決定性因素，可見，開發宇宙意義深遠。正因為如此，我們才有必要讓學生較早地接觸這些領域。有沒有研究“成果”并不重要，重要的是讓學生用類似科學研究的方式在接觸這些領域時提出問題，思考問題（愛因斯坦在中學時代就在思考他后來創立的聞名于世的相對論里的一些問題），為這些學生將來探究宇宙問題培養興趣，奠定基礎。

２．研究過程及結果方面

“研究性學習”強調發揮學生的自主創新精神。在“研究性學習”的過程中，研究不是目的，只是完成高中培養目標的一種重要手段。研究結果并不重要，學生通過設計課題，尋找資料，獲得了對科技的直接感受，了解了對科學研究的一般方法，從體驗教育是最有效的教育的意義上說，“研究性學習”的過程恰恰是它所追求的結果。例如，“遠離地球，走向太空”課題的子課題“衛星的分類”課題組在系統學完牛頓運動定律和萬有引力定律以后，通過閱覽資料、上網搜索等途徑搜集了大量的文字資料和圖像資料，經過分類整理，歸納總結出衛星的不同類型和用途（只作簡要介紹）。

（１）從衛星運行軌道上分：

衛星運行軌道平面與赤道面重合的衛星叫赤道衛星；衛星運行軌道平面與赤道面成一角度的衛星叫傾斜衛星；衛星運行軌道平面通過南北極的衛星叫極地衛星。

（２）從衛星用途上分：

圍繞地球周圍運行的人造天體統稱為人造地球衛星。從用途上分有：通信衛星，氣象衛星，偵察衛星，空間探測衛星，科學試驗衛星（天空實驗室），宇宙飛船等等。

（３）從衛星速度上分：

①第一宇宙速度。人造衛星繞地球運動的圓形軌道半徑等于地球半徑（ｒ＝Ｒ時稱近地軌道）時衛星所具有的速度由萬有引力定律計算得：

7.9km/s。也叫第一宇宙速度，第一宇宙速度是在地面附近衛星進入圓軌道必須的水平速度。

②第二宇宙速度。如果衛星繞地球運行的速度達到ｖ＝１１．２ｋｍ／ｓ，即第二宇宙速度時，衛星將脫離地球引力束縛，永遠不再返回地面。但在ｖ＜１６．７ｋｍ／ｓ時，衛星仍在太陽引力范圍繞太陽運動。

③第三宇宙速度。如果在地面上發射的衛星速度達到ｖ＝１６．７ｋｍ／ｓ，即第三宇宙速度時，衛星將脫離太陽引力束縛，離開太陽系到銀河系中去。如最早美國在１９７２年發射的先鋒１０號，在１９７７年發射的旅行者１號等都達到了第三宇宙速度，這些衛星都飛躍太陽系諸行星上空離開太陽系，進入宇宙群星之中。

可見，在學科教學中，師生共同參與到“課題研究”、“問題研究”這種學習方式中來，不僅能鞏固、拓寬、延伸課本中的相關內容，更重要的是學生在學習過程中體驗到了成功的喜悅和自主學習的趣味性、先進性、實效性以及對科學研究方法的感悟、模仿，還有自我創新意識的培養，所有這些就是我們開展“研究性學習”所需要的最理想的結果。