高中物理开展研究性学习的几点思考

在《全日制普通高级中学课程计划（试验修订稿）》中，研究性学习与社会实践、社区服务、劳动技术教育共同构成“综合实践活动”，作为必修课程在学校的教学活动中予以实施。在新课程计划物理教学大纲中，明确规定要在高中物理开设“课题研究”的学习内容，并在课时上予以保证。

作为自然科学的一门基础学科，物理学不仅具有巨大的物质价值，还蕴藏着丰富的精神价值，给人们带来了视野广阔而又深邃的世界观和宇宙观。在高中物理教学中开展研究性学习，既能让学生具有这种能力、领会这种精神、认识这种作用，更能使学生运用这种方法和能力，进行渗透式学习，联系各科知识，并进而学好、会学高中其他课程。在高中物理学科内开展研究性学习的探索与实践中，如下几个问题应该引起我们的思考。

1 研究性学习与“课题研究”的关系

研究性学习是学生通过亲身实践活动获得直接经验（有时也在一定程度上参与知识的创造），并在获得直接经验或参与知识创造的过程中养成科学精神和科学态度，掌握一定的科学方法，提高综合运用所学知识发现问题、提出问题、判断问题和解决问题的能力，增强社会交往能力和团队精神的一种学习活动。从广义上看，它贯穿在高中物理各式各样的学习活动中。既可以是参观、走访、演讲，也可以是作品制作、课题研究、项目设计，以及其他各种各类的自主活动；既可以是概念、规律的形成，也可以是知识的应用、反思和批判，以及以现有知识为铺垫的观察或探索性实验、学科前沿知识的拓展研究、包括跨学科的综合性研究等；既可以采取小组活动的形式开展学习，也可以采取个人或班级集体的形式实施研究；既可以在必修课内开展，也可以在选修或者活动课程中进行；既可以是课内的集体研究，也可以是课外的分散研究，课内和课外结合，校内和校外相结合；既可以是完全由学生自发进行的，学校和教师没有参与的探究，也可以是在教师的引导、点拨和目标驱动下进行的课题探索；既可以是一种显形的学习形式，也可以是一种隐性的学习形式。

物理学科的课题研究则是指学生在教师指导下，从自然现象、社会现象、自我生活和物理学习的过程中选择和确定与物理有关的研究专题，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的显形的研究性学习活动。课题研究是一种较为规范、完整地模拟科学家进行科学研究的形式设置的一种学习方式，学生在完成课题的全过程中，要经历发现和提出问题、确定课题并制定课题的研究计划、采用观察、实验、文献、调查等方法收集和整理信息、经过分析和综合以及逻辑推理得出结论、撰写课题研究报告、进行交流与展示等一系列的活动，从中获得失败与痛苦、成功与欣喜的独特感悟和体验，感受科学方法的院力，尝试新的与平时的课堂学习所不同的学习方式，习得具有综合特点的科学知识。

我们不仅在课题研究中要求学生按照研究性学习的方式进行学习，在平时的物理教学中，也要适度地引入研究性学习。随着物理课堂教学改革的深入，当物理教师在传授知识的同时越来越重视发展学生的思维，培养学生的创新意识时，高中物理的教学就会成为接受性学习和研究性学习两种学习方式并存互补，研究性学习方式主要以隐性的形式存在于学生学习的各个阶段，成为教师和学生一种自觉的教与学的方式。

2 研究性学习要突出内容生成性的特点

从内容看，每一门学科课程都有一个特别的赖以存在的科学领域，而且这个领域的知识都是具有结构性可以用文字、符号、图表表示出来的外显知识。接受性的学习就是要通过教师的传授，使学生理解并掌握这些外显的知识。而研究性学习的内容除了知识和方法之外，更重要的则是在课题研究或项目实践中所能获得的各种无法用文字、符号、图表表示出的内隐知识，即体验和经验，这是在研究过程中不断地揭示、形成的，是学生与周围环境、与教师和合作伙伴的相互作用中建构起来的，伴随着问题研究、课题研究或项目的实施不断生成的，是完全个性化的不能预先设定好的。

一个课题小组的同学在进行“弹簧振子的振动周期与振子质量的关系”这一课题的探究时，对周期的测量产生了兴趣，在一次测量中，应该测量多少个全振动的时间来确定周期呢？有的学生根据在单摆实验中得到的经验，选择了测量30～50个全振动的时间，也有的学生为了提高精度，将测量的次数定为200次。这个小组的学生们产生了疑问，测量全振动的次数的依据是什么？为了搞清这个问题，他们调整了自己的研究方向，去探讨测量中的误差问题。通过对误差理论的学习，以及对学生在实验中开和停表的过程中产生的平均误差的实际测量，搞明白了测量的全振动次数取决于研究要求的相对误差和振子的振动周期，在相对误差一定的情况下，振动的周期越长，需要测量的全振动次数也就越少。每组实验都将次数定为30次的实验，在振子的振动周期小时，不能保证相对误差的要求；每组实验都将次数定为200次的实验，在振动周期长时也是没有意义的。

另一个课题组的学生发现平衡位置开始计时在实际的操作中难度比较大，为了计时尽可能精确，应该改变手工计时的方法，为此他们将研究的重点转向了光电门和传感器如图1所示是他们利用集成开关型霍尔传感器设计的测量装置图。一根弹簧固定在支柱上，弹簧下端固定一个砝码，砝码下再固定磁钢，使其S极向下，然后把集成开关型霍尔传感器固定在磁钢正下方一合适的位置，把传感器的3个引脚与电子计时仪—一对应连接。他们在研究的过程中，逐步搞清了集成开关型霍尔传感器的工作原理和特性，了解了传感器在工农业生产和日常生活中的应用。并且发现，由于传感器计时的精度比较高，计时的起点完全可以在振动的最大位移处，也不需要测量很多次全振动所用的时间。

上述的事例充分说明了研究性学习内容生成性的特点。这就要求我们的教师在组织学生开展研究性学习时，要注意以下几点：第一，要以学生的兴趣为起点。第二，以问题、课题、项目为载体。第三，以个性化需求为内容生成和发展的方向。学生在对问题、课题或项目的探究过程中，经常会因为一些意想不到的新问题的出现使得学生要不断地变更自己研究的方向，这就使得学生的研究并不总是循着既定的研究计划进行的。教师在指导的过程中，要珍视学生的这些独特的个性化的体验和认识，鼓励学生对新发现的问题开展研究，注意不要让学生被教师自己设定好的框架所束缚。

3 小组合作学习应成为研究性学习的主要方式

小组合作的方式最类似于科学家研究的方式。

现代科学技术的发展都是人们合作探索的结果，社会的人文精神弘扬也把乐于合作、善于合作作为重要的基石，合作的意识与能力是现代人所应具备的基本素质。但是在以往的课堂教学中，培养学生合作精神的机会并不多，且较多停留在口头引导鼓励的层面。研究性学习提供了一个有利于沟通与合作的良好空间，学生得以在这个过程中发展乐于合作的团队精神，学会交流和分享研究的信息、创意及成果，并在欣赏自己的同时，也学会欣赏别人。

小组成员在对课题探究的过程中，由于经验背景的差异，每个人对问题的理解常常各异，这种差异本身便构成了一种宝贵的学习资源：它可以帮助学生学习按照一定规则开展讨论（而不是争吵）的艺术，学会准确地与他人交流；在相互倾听中，明白他人对问题的不同解释，有利于摆脱自我中心的思维倾向；在合作、相互表达与倾听中，各自的想法、思路被明晰化、外显化，小组成员可以更好地对自己的理解和思维过程进行审视和监控；探究者之间交流、争议、意见综合等有助于激起彼此的灵感，促进彼此建构出新的假设和更深层的理解；探究中的合作、分事与交流，每个学生都可以发挥各自的优势，协同研究，提高研究的效率。

当学生对合作学习的方式正在熟悉的时候，适宜于采用两人或三人小组这样简单的组织形式，交给他们处理的任务应当是比较简单或者熟悉的，这样学生就能逐渐积累经验以组成规模更大、关系更复杂的合作小组。一旦小组人数超过六人，整个组织就会显得十分雍肿，其成员要求具备很高的协作技巧，而这一点学生们没有经过一定的实践活动是无法达到的。所以在研究性学习开展的初期，最经常采用的是两个人，三个人或者四个人的合作组织形式。人数更多（如班级集体）的研究性学习活动应该是进行一些具有共性特点的教学活动，如为研究提供背景材料、课题价值和研究方案论证、研究方法的介绍、研究过程的经验与体会交流、结题和课题成果的汇报与交流等。

4 研究性学习应进行整体设计

学生经过一段时间的探索，完成了一个课题的研究之后，下一步做什么？怎样使得研究性学习在高中三年的时间内能够持续不断地诱发学生探究的欲望，并使得学生在持续探究的过程中在各个方面都能不断地获得提升？

如果学生每个学期都做一次课题研究，那么在高中的三年内他们就可以完成6个研究的课题。这些课题可能涉及多个领域，运用不同的研究方法。从表面上看，学生涉及的知识领域广、尝试的研究方法多，是符合研究性学习的要求的。但如果深入一步去考虑就会发现，这样的研究对学生的要求太高。它要求学生在各个不同的领域都要有较为厚实的知识基础，要求学生能够熟悉各种不同的研究方法，并能将这些研究方法融会贯通。这样的要求就是对教师而言，也是很高的，更不用说学生了。因此，所带来的后果就是当学生进行了一两次课题研究之后，就失去了再次进行探究的兴趣，不愿意再在这个方面花费时间了。

虽然研究性学习的内容不是预先设定好的，具有生成性的特点，但并不意味着就不能预设。对学生课题研究的整体设计、对研究性学习展开过程中可能遭遇的困难以及相应的监控、评价手段等都是教师应该预先加以考虑的，只不过这类预设要富有弹性，随着活动的向前发展而不断地做出调整和修正。吸引学生能够始终趣味盎然地投入课题研究的关键就在于研究课题的设计。教师在设计课题时，要对课题的可持续探究有一个清晰的思路，下面我们通过一个课题设计的事例来加以说明。

课题名称：传感器的特性和应用

本课题分以下几个阶段实施：

第一阶段：观察、调查和文献研究

动物及人的传感器（触觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等）。

传感器的发展史、分类和每一类传感器的构造、工作原理和应用等。

学生通过探究，应该了解传感器是把测量量变换为有用信号的一种装置。了解现代技术中广泛使用的传感器大体可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三种，其中物理传感器最多。

第二阶段：观察、文献和实验研究

我生活周围的（或我家中的）传感器。

选择一个比较熟悉的家用电器，比如电饭煲、电冰箱、洗衣机、电脑等，或者是我们的交通工具小轿车、公共汽车等，观察、了解这些装置中都采用了哪些种类型的传感器，它们是如何进行工作的。

第三阶段：实验研究

通过实验，研究两到三种传感器的工作特性。

利用所研究传感器的工作特性设计实验，测量物理量或者验证物理规律。

比如研究力传感器（或压力传感器）和加速度传感器的工作特性，设计与力和加速度有关的测量，如测定高楼电梯的实际运动，测量短暂作用的冲击力，验证牛顿第三定律等，建议和T1－83图形计算器结合使用。再比如研究集成霍尔效应传感器的工作特性，设计具有开关特征的测量，如弹簧振子周期的测定、单摆周期的测定、匀变速运动的研究等。

第四阶段：作品制作

装配热敏温度计。

装配简单的光控电路。

根据需要，制作各种专用的测量仪器，如特斯拉计、大电流测定仪等。

作品制作的过程是一个综合性很强的探索过程，对学生的知识和能力都有很大的挑战。比如说装配热敏传感器，就需要理解惠斯通电桥的工作原理，认识不平衡电桥在测量中的应用；学会对仪表的非线性刻度进行标定；学会配置冰水混合物，认识到实际上很难在较大的空间中得到一个热平衡系统。

第五阶段：作品制作和拓展研究

制作机器人。

进行仿生学的研究。

会综合利用各种传感器于机器人的制作过程中，制作出功能较为复杂的机器人。

第六阶段：科学前沿拓展

展望传感器的未来发展。

了解智能传感器的特点。

学生应该知道随着科技的发展，一方面传感器正从分立化向集成化、多功能化推进，另一方面高性能计算机又使传感器的检测系统向智能化发展。

5 充分发挥评价的激励和导向功能

评价主要有三个功能，即诊断功能、导向功能和激励功能。无论是进行什么样的评价，这三个方面的功能都是存在的。但以往的学科课程的评价明显地以诊断功能为主，其他两种功能相辅助；研究性学习的评价，主要关注的则是评价的导向功能和激励功能。

评价的内容与方式必须充分关注学习态度，重视学习的过程与方法，重视交流与合作，重视动手实践。研究性学习强调学习的过程，强调对知识技能的应用，强调学生亲身参与探索实践活动并获得感悟和体验，强调学生的全员参与。因此，要采用形成性评价的方式，重视对过程的评价和在过程中的评价，重视学生在学习过程中的自我评价和自我改进，使评价成为学生学会实践和反思、发现自我、欣赏别人的过程。在研究性学习的实践过程中，没有成功与失败之分，即使学生的课题研究没有取得最终的结果，学生也会在探究的过程中获得感悟和体验。要避免在评价中简单地以分数作为衡量学生学习成绩好坏的做法，避免通过分数把学生分成三六九等，要注意发现学生在整个研究过程中的独特感悟和体验，并采取真诚的、鼓励的态度给学生以积极的评价，充分发挥研究性学习评价的激励功能。教师和学校要通过专项的青少年竞赛活动和研究性学习展示活动，为学生搭建舞台，展示学生的潜能和创造力，使他们获得公众的认可。鼓励学生发挥自己的个性特长，施展自己的才能，努力形成激励广大学生积极进取、勇于创新的氛围。

教师在对学生进行学业评价的时候，应该考虑将研究性学习的内容作为评价的内容之一。可以采用将研究性学习的内容和接受性学习的内容结合起来进行综合评价的方式，也可以采用在考试中引入研究性学习的内容的方式。例如 2001年的上海市高考理科综合试题：

目前在上海市中学开展的研究性学习，对中学生的创新精神和实践能力的发展起了积极的作用。在学习过程中，学生兴趣盎然。下面列出了学生的三个研究课题名称：

课题1：上海市民加入“中华骨髓库”心态的剖析

课题2：上海地区太阳能利用的可行性研究

课题3：上海地区降雨酸度的调查研究

请选择上述3个课题中的一个作为你的课题，并回答如下问题：

（1）写出所选课题名称，并简单陈述选题理由。

（2）简要列出你的研究计划与研究方法。

（3）该课题最终的成果形式是：__________________。

让研究性学习水平成为高等院校选拔新生的指标之一，让真正参与研究性学习并获得感悟和体验的学生得到正确的评价，成了高考试题的一个亮点。我们要充分发挥研究性学习评价的导向功能，引导学生自觉自愿地参加研究性学习，真正实现学生单一学习方式的根本改变，为学生的终身发展打下扎实的基础。

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