依托研究性學習開展高中物理綜合實踐活動課程的思考與實踐
——以“一種基于楞次定律實驗裝置的創新設計”為例

鄭 康 韓學廷

(常州市戚墅堰高級中學 江蘇 常州 213025)

1 引言

當前我國新一輪課程改革正在如火如荼地開展，教育部在《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中，明確提出要提升學生的核心素養、培養學生的必備品格和關鍵能力；突出強調自主、合作、探究的學習方式以及啟發、討論、參與的教學方式；更加注重學生的自主發展、合作參與、實踐探究.

在最新修訂的《普通高中物理課程標準》中，強調課程的內容應注重與生產生活、現代社會與科技發展的聯系；課程的實施注重創設具體的學習情境，引導學生在問題解決中提升思維、培養能力、樹立正確的科學態度.課程的開發應為學生提供多樣化的選擇，促進學生自主地、富有個性地學習.

2 綜合實踐活動課程與研究性學習

綜合實踐活動課程是指從學生的真實生活和發展需要出發，從實際情境中發現問題，轉化為活動主題，通過探究、服務、制作、體驗等方式，培養學生綜合素質的跨學科實踐性課程.作為國家義務教育和課程標準規定的必修課程，與學科課程并列，是基礎教育課程體系的重要組成部分.

研究性學習是綜合實踐活動課程的重要形式之一，它是指學生基于自身興趣，在教師指導下，從自然、社會和生活中選擇和確定研究主題，主動地獲取知識、應用知識、解決問題的學習活動.研究性學習強調學生通過實踐，增強探究和創新意識，學習科學研究的方法，發展綜合運用知識的能力.

在高中物理課程中，依托研究性學習開展物理綜合實踐活動，可以使學生經歷科學研究的完整過程，在問題解決中提升科學思維和探究能力，在合作交流中增強分工意識和合作精神，在實踐應用中形成科學態度和社會責任感.因此，綜合實踐活動對于學生學習乃至人生成長具有十分積極的意義，是我們教育教學中非常重要的課程資源.那么，如何依托研究性學習開展綜合實踐活動呢？筆者結合自己的教學實踐，以一種基于楞次定律實驗裝置的創新設計為例，談一談自己的思考.

3 依托研究性學習開展高中物理綜合實踐活動課程

3.1 準備階段——發掘真實問題 提煉研究主題

需要進行研究的主題一定是真實的、有價值的、可研究的.學生所要研究的問題應該來源于真實的情境，與生產生活、社會發展和科學技術相聯系，可以是對學科內容中困頓之處的深入挖掘，可以是對生活中奇特現象的原理探究，也可以是對工業生產流程改進的研究探索，并能在一定程度上有所創新，具有可參考的意義.

在確立研究主題時，教師也應充分尊重學生的興趣愛好和已有經驗，給學生表達想法的機會，和學生共同構思選題，鼓勵學生提出感興趣的真實問題，并及時捕捉學生動態生成的問題，組織學生就問題展開討論，從中選出有價值的、可研究的問題，并提煉研究主題.

電磁學中的楞次定律是一條重要的基本定律，它是指感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化，也可表述為運動導體中的感應電流受到的安培力總是阻礙導體的運動.因此，楞次定律描述了磁場試圖保持原來狀態的一種類似慣性的行為，比抽象的場更易于設計實驗場景來體現這一行為，具有很強的實踐性.

學生發現傳統的楞次定律演示實驗是將磁體從已連接靈敏電流計的線圈中垂直放入或垂直取出，演示實驗示意圖如圖1所示.

圖1 楞次定律演示實驗示意圖

通過觀察靈敏電流計的偏轉方向和幅度來判斷感應電流的方向和強弱，但是這個裝置很難明顯地看出感應電流受到的磁場力對導體的阻礙作用，表現不夠直觀.由于受到抽象思維和空間想象能力的限制，理解起來較為困難.針對這一問題，師生共同確定研究的主題為基于楞次定律的實驗裝置的創新設計，以直觀展示抽象的物理現象，增強科學探究的能力，激發對物理學習的興趣.

3.2 計劃階段——制定研究方案 明確人員分工

根據確立的主題，提出研究的目標和任務，以及初步的研究方案.方案的制定可以根據以下幾個問題開展：

(1)一共存在哪些問題？問題的核心是什么？

(2)對這個問題已經了解了多少？為了解決這個問題還需要了解什么？

(3)為了得到所需要的信息，將要做些什么？

當然，隨著后續研究的開展，不斷會有新信息、新想法出現，所以研究方案也需不斷調整和改進，使之更加完善.

在制定方案時，我們還需明確人員的分工.活動的完成需要多人的通力合作，因此進行小組合作、細化分工是必要的.可以依據組間同質、組內異質以及雙向選擇的原則，對學生進行分組，一般每個小組5人左右.并在小組內進行分工，如組長(統籌、組織、協調組內事務，成果匯報)、材料搜集員(搜集所需的文本信息、實物材料)、工程師(成品的設計、制作)、攝影師(活動過程的拍照、攝像)、美工(實物成品的裝飾、匯報PPT的制作)等.

通過活動方案制定和人員分工，增強活動的計劃性，提高學生的活動規劃能力.

在確立選題時，已明確活動中存在的主要問題是：楞次定律中感應電流受到的安培力對導體阻礙作用的不夠直觀.因此制定的研究方案旨在解決這一問題，并能在此基礎上進行一些拓展性的探究，比如具體有哪些因素在影響阻礙作用的大小.

通過師生討論，制定研究方案如下：

探究一：用兩塊完全相同的膠合木板做成水平滑面和斜面，在其中一個上面貼上銅板.將等量磁鐵加在塑料小車上，測試小車從一定高度釋放后在不同平面上的滑行距離，觀察并記錄數據.

探究二：改變銅板的厚度，將等量磁鐵加在塑料小車上，測試小車從一定高度釋放后在銅板上的滑行距離，觀察并記錄數據.

探究三：改變小車底盤與滑面之間的距離，將等量磁鐵加在塑料小車上，測試小車從一定高度釋放后在銅板上的滑行距離，觀察并記錄數據.

探究四：改變加在小車上磁鐵的數量，測試裝有不等量磁鐵的小車，從一定高度釋放后在銅板上的滑行距離，觀察并記錄數據.

小組成員進行分工，由同學推選產生組長A，負責組織協調整個研究過程，成員B和C負責探究一和探究二，成員D和E負責探究三和探究四，分工明確后，準備器材，開始活動.

3.3 實施階段——小組合作探究 教師跟蹤指導

小組確定之后，每次活動以小組為單位開展.在研究過程中，學生可能會遇到種種未知的問題，原有的知識不可能一用就靈，這就需要小組成員相互討論，共同協商，針對具體的問題情境對原有的知識進行再加工和創造，在彼此合作中，成員之間取長補短，提升能力，達成共識，形成合力.

在活動開展過程中，教師應敢于放手讓學生自主探究，但同時也應對學生進行跟蹤觀察，在學生遇到難以解決的問題時給予及時的指導和幫助.教師指導重在激勵、啟迪、點撥、引導，不能對學生的活動過程包辦代替.同時，還應指導學生做好活動過程的記錄和活動資料的整理.在每一個步驟完成之后，及時進行評價，通過評價，肯定學生的進步，指出其中存在的問題，明確下一步研究的方向.

根據制定的研究方案，運用控制變量法進行探究.將活動中的數據記錄如下.

(1)探究一：研究不同材料對小車滑行距離的影響

不同材料對應的小車的滑行距離如表1所示.

表1 不同材料對應小車滑行距離

(2)探究二：研究導體厚度對小車滑行距離的影響

不同導體厚度對應的小車滑行距離如表2所示.

表2 不同銅板厚度對應小車滑行距離

(3)探究三：研究小車底盤與滑面距離對小車滑行距離的影響

小車底盤與滑面不同距離對應小車滑行距離如表3所示.

表3 小車底盤與滑面距離對應小車滑行距離

(4)探究四：研究磁鐵個數對小車滑行距離的影響

不同磁鐵個數對應的小車滑行距離如表4所示.

表4 磁鐵個數對應小車滑行距離

3.4 總結階段——表達交流成果 反思遷移應用

探究活動結束之后，教師應引導學生對活動的全過程進行全面的梳理和總結，促進學生自我反思與表達、同伴交流與對話.總結著重強調對活動過程、活動方法、活動結果、活動意義等方面的體會與感受.在總結與交流的過程中，應注意實事求是；要引導學生通過總結與交流，深化體驗，培養能力，發展思維，提升綜合素養.

關于研究成果的展示，形式是多樣的，教師應指導學生選擇合適的呈現方式.學生可以通過撰寫活動報告、反思日志、心得筆記等方式，反思成敗得失，提升個體經驗，促進知識建構，并根據同伴及教師提出的反饋意見查漏補缺，明確有待改進的研究方向，深化主題探究和實踐體驗.在條件允許的情況下，教師還可以針對原主題引導學生生成新的活動主題，從而使預設與生成達到有機統一.

根據實驗數據，學生能夠自主歸納得出以下結論：

(1)其他條件相同情況下，由于楞次定律，裝載磁鐵的小車在導體上運動要受到磁場力的阻礙作用.

(2)其他條件相同情況下，導體越厚，小車受到的磁場力越大.

(3)其他條件相同情況下，磁鐵與導體間距離越近，磁場越強，小車受到的磁場力越大.

(4)其他條件相同情況下，磁體個數越多，磁場越強，小車受到的磁場力越大.

得出結論后，引導學生總結收獲與所得，學生能夠利用簡單且低成本的器材設計楞次定律演示實驗，現象明顯，操作簡單，成本低廉，易于推廣.同時，在設計實驗的過程中，研究了磁場力大小的影響因素，深化了對楞次定律的本質認識，增強了科學探究的能力.

4 總結

綜合實踐活動作為國家規定的必修課程，不是其他學科課程的輔助或附庸，而是高度綜合、具有獨特教育價值的重要課程.通過理論聯系實際，讓學生親身體驗，探索自然、親近社會、發展自我，用探究的方式進行學習，積累豐富的直接經驗；讓學生有更多的機會把所學的知識與科學、技術、社會結合起來，培養他們的創新精神和實踐能力，形成良好的科學態度和科學價值觀.

研究性學習作為綜合實踐活動的重要形式之一，具有鮮明的綜合性和實踐性，在活動過程中，學生經歷提出問題、確定主題、制定方案、實施探究、分工合作、表達交流等環節，學習調查研究、實驗研究、觀察研究、文獻研究等科學方法，增強了科學探究和科學思維能力.因此，依托研究性學習開展高中物理綜合實踐課程，真正有利于學生在探究中自主建構知識，在問題解決中發展思維能力，在小組分工中培養合作精神，在遷移應用中增強創新精神和實踐能力，形成良好的科學態度和社會責任感，從而促進學生綜合素質的全面提升.