物理实验教学中开展研究性学习的策略
陶翔
[摘要] 物理实验不仅是开展课堂研究性学习的主要方法，也为学生将来从事科学研究提供了科学方法。必须依据学生的知识能力来确定研究课题，特别是依据学生的物理实验能力来选择适当的研究课题，充分发挥学生的主体作用，提高科学探究能力、形成科学知识、培养学生积极探索未知世界的科学方法。
[关键词] 物理实验；研究性学习；策略
[正文]
如今是一个以科技创新为灵魂的知识经济时代，知识经济时代的核心是培养人的创新思维和创新能力。因此，在基础教育改革中，学科教学必须符合社会对人才的要求，必须有利于人的创新欲望的产生和创新行为的发展。在学科教学中，研究性学习为师生提供了有效的学习方式。
物理学是一门以实验为基础的学科。在初中物理实验教学中，应充分体现物理学科“以实验为基础”的基本特征，开发和利用物理实验，从而有效开展研究性学习，发挥物理实验在研究性学习中的作用。同时，也应努力改变学生的学习方式，培养学生的创新思维和创新能力，提高学生的科学素养，形成终身学习的意识。
进入课改以来，我校在开展研究性学习方面作出了艰辛的努力和探索。一方面，印发有关资料，为教师开展研究性学习提供蓝本；另一方面，要求教师发动学生，多问问学生最想研究什么问题，多听听孩子的声音，选好主题，开展研究性学习。物理课题小组围绕“学科教学中开展研究性学习，提高学生综合素质的研究”的省级课题，结合我组的“开发和利用物理实验教学资源的策略研究”的区级课题，开展了“物理实验教学中开展研究性学习”的研究工作。通过小组成员的共同努力，我们获得了一些成功的经验和失败的教训。现将我组研究的成果总结如下。
一、认识研究性学习。
研究性学习是相对接受式学习提出的，与发现学习、掌握学习、启发式学习等学习方式既有区别又有联系。研究性学习是指学生在教师指导下，从学习生活和社会生活中选择和确定研究专题，主动地获取知识、应用知识、解决问题的活动。它是用类似科研的方式主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。学生的研究性学习是在教师的指导下，在班级集体教学的环境中进行的。教师在研究性学习中主要是组织者、引导者和合作者的角色，让学生通过“观察、比较、分析，发现、提出问题，作出猜想和假设，尝试设计实验并进行验证”的过程去揭示知识规律，从中求得解决问题的方法和途径。其实质是让学生学习科学研究的思维方式和研究方法，培养学生自主学习、合作探究、科学态度、实践能力、创新意识。
研究性学习具有开放性、自主性、生成性、实践性和教学方式的任务驱动性的特点。
二、物理实验是开展研究性学习的有效途径。
研究性学习是学生自主地获取知识和技能，体验和掌握科学研究的过程和方法，形成和提高创新思维和创新能力，树立科学的世界观和价值观的活动过程。物理实验为学生创设了自主探究、参与实践的情境，具有获取知识、培养能力、激发兴趣、迁移创造、培育品德等功能。物理实验的功能和研究性学习的特征决定了物理实验是研究性学习的重要途径。
1、物理学科的特征决定了物理实验作为研究性学习的途径的有效性。
“以实验为基础” 的学科基本特征决定了物理学科的学习特点——在实验中学习。在物理实验中，学生通过实验研究认识物质结构和运动基本规律，掌握物理基本原理和基本技能，学会物理研究的实验方法，因此，有利于学生进行物理研究性学习。
2、物理实验本身就是科学研究的过程
物理实验是人们认识和研究物质结构和运动基本规律的一种科学方法，是人们根据研究的对象和研究的目的，创造性地运用科学知识和实验手段，有计划地实施研究性实践活动的过程。因此，物理实验的过程本身就是一个创造性地研究的过程。物理发展的历史也充分证明：物理科学的任何一项重大的突破，无一例外不是经过物理实验而取得的。正如波意耳所说：没有实验，任何新的东西都不能深知。初中物理实验，虽然绝大多数是对已知知识、规律的再认识，但从学生角度看，这一过程与科学家进行的科学研究是一致的。当物理实验被用作研究性学习的途径时，物理实验的创造性和探究性便充分显示出来。学生在实验过程中积极地动脑动手，体验科学家科学研究的过程和方法，获得科学研究的乐趣和成功的喜悦。所以，在学生的物理学习过程中，完全可以利用实验这个手段进行研究性学习。
3、物理实验为研究性学习中验证假说提供了科学方法
和科学家进行的科学研究一样，研究性学习也具有提出问题、猜想和假设、收集证据、验证和评价反馈等特征。学生在研究性学习中，针对发现的问题，在回忆总结已有的知识和经验、收集和整理信息的基础上，做出大胆假设或猜想，并通过物理实验对提出的假设或猜想，进行验证。所以，物理实验不仅是学生研究性学习时验证假设或猜想的主要方法，也为学生将来从事科学研究提供了科学方法。
三、在物理实验教学中开展研究性学习的选题策略
在物理教学中鼓励学生通过物理实验进行研究性学习，充分挖掘物理实验在研究性学习中的功能，发挥物理实验在研究性学习中创设问题情境、验证假设或猜想、收集证据等环节中的作用，研究开发探究型实验，引导学生通过实验去发现和解决问题的方法，实现学生的学习方式由被动接受式学习向主动探究性学习的根本转变。
通过物理实验开展研究性学习，必须依据学生的知识能力来确定研究课题，特别是依据学生的物理实验能力来选择适当的研究课题，我们主要采用以下几种方法选择课题。
1、利用探究型实验研究课题。探究型实验是在学生已有知识基础上发挥学生的主观意识，由学生自行设计，自主实验，学生的探究欲望得到激发。如“研究影响压力的作用效果”，学生可通过自选器材，自行设计实验来探索压力的作用效果与压力的大小、接触面积的大小及其它可能因素的关系。
2、利用演示实验选择研究课题。对于演示实验，学生本来是一个“旁观者”，实验仪器的选择和实验方案的确定都是现成的或者是教师设计的。但如果把这个任务交给学生，这将会成为一个非常好的研究课题。如研究影响摩擦力大小的因素，我们提供给学生木块、长木板、弹簧测力计和砝码等器材，让学生结合器材和实验要求，参与实验的设计和操作，并要求学生利用身边的物品进行实验。这样，不但提高了学生的实践能力，而且发挥了学生的想象力和创造力，使学生获得大量的直接经验。大部分学生用弹簧测力计直接拖动木块测摩擦力；有少部分学生固定弹簧测力计和木块，拉动长木板，测摩擦力；也有一部分学生应用身边的书本、铅笔袋、笔等物品设计了他们的实验。
3、利用课后的小制作选择研究课题。在物理教学过程中，课后小制作从原理的设计、材料和仪器的选用、实验的操作等方面都对学生的自主探索能力的培养有着极大的意义，同时课后小制作所用的大部分知识与学生在课堂上所学的知识有着密切的联系，因此对课后小制作适当地进行拓展延伸之后，便能成为一个相当有价值的研究课题。如制作小乐器、浮沉子、杆秤、电动机等。
4、利用物理课外活动选择研究课题。利用物理趣味实验、物理课外小制作与小发明等积极探讨物理实验的设计方案，研究物理实验一般方法和过程，学会撰写实验报告。如 “孔明灯的制作”和“橡筋动力飞机的制作”等。
5、利用日常生活选择研究课题。物理学与人类的生活实际有着密切的联系，并起着重要的作用。因此，我们引导学生从自己身边开始思考，提出问题，然后让学生收集资料、研究方案。如“简单机械的组合”、“研究电热水器的效率”等。
6、利用科技前沿问题选择研究课题。在实验教学中选取一些与现代科学技术前沿问题相近的内容作为课题研究的方向，可激发学生学习自然科学的兴趣，开拓学生的视野，让学生站在科技的前沿。如选取“电动车”为主题的课题研究，通过收集相关的材料，了解电动车的原理，电动车的发展瓶颈，电动车的发展对环境保护的意义；再如，选取“风能、太阳能的应用”为主题的课题研究，通过收集资料，调查太阳能、风能市场，参观太阳能、风能企业，实验制作太阳能光电电池、风电装置，了解国家大力发展新型能源的意义，激发学生学习“能源与可持续发展”兴趣，使学生进一步认识节能环保的紧迫性。通过对这些问题的研究，起到了巩固物理知识，强化学生“学以致用”的意识，并对学生树立科学的发展观极为有利。
充分发挥物理实验的探究功能，要不断研究开发适合于研究性学习的物理实验，要注意从生产、生活实际中挖掘素材设计实验方案，因为来源于生产生活实际的实验探究性强，能极大程度的调动学生探究的主动性，使学生产生强烈的探究欲望。如“人的身高与脚长的关系”、“人爬楼的功率与哪些因素有关”等。
四、在物理实验教学中开展研究性学习的教学策略
（一）以课堂探究式实验为主的研究性学习
“课堂探究式实验”实质上是将科学领域的探究引入课堂，使学生通过类似科学家的探究过程理解科学概念和科学探究的本质，并培养科学探究能力的一种教学方法。它要求在课堂教学中，教师应充分发挥学生的主体作用，指导学生运用观察、测量、制作、提出假设、进行实验、提出模型和交流等多种方法进行学习，主动去获取知识、发展科学探究能力、形成科学概念、培养学生积极探索未知世界的实践活动。该学习模式分以下四个实施阶段：
（1）创设情景，提出课题。教师利用各种手段创设特定的学习情景。如观察、实验、案例分析、图片研究等，引导学生提出与课堂内容有关各种科学问题。通过教师引导和学生讨论，集体提出待研究性的学习课题。
（2）科学猜想，实验验证。提出探究的学习课题以后，要求学生根据已有的知识和生活经验以及通过到图书馆或上网查阅、收集信息做出比较合理的猜想、假设和设计研究性学习方案；然后通过实验进行验证。
（3）分析讨论，得出结论。对通过实验验证得出的结论做出科学解释。在分析讨论过程中，可借助于多媒体教学，进行网上合作学习。学生通过网络的辅助，将各自的猜想、假设、实验方案或得出的结论带入网络讨论区进行交流，比较各小组的探究过程和结论，从中获取成功的经验和失败的教训，使自己的思维过程更趋合理。
（4）课题总结，提出新问。学生对各自的研究过程进行总结，陈述各自的研究结论或实验现象与结论，并对自己、他人的研究过程和结论进行评价、反思，提出意见和建议；教师对学生的总结进行适当地补充和评价。
课堂探究式实验不仅关注学生“知道什么”，更关注学生“怎样才能知道”，让学生自己学会并进而会学，通过学生的主动参与、亲身体验促进学生对科学知识的建构，提供学生的综合素质。这种教学模式在物理实验中较容易开展，苏科版教材中大多数探究实验均可开展研究性学习。
（二）以小组合作探究式的研究性学习
“小组合作探究式”是指以培养学生创新精神和实践能力为目的，以充分体现学生的自主性、参与性为前提，以学生小组合作为主要形式的一种研究性学习活动，它包括发现问题、提出问题、分析论证、交流合作，从而解决问题，最终获得科学、人文等方面能力的学习活动，同时也包括学生有意义的接受学习及教师对学生的合作探索过程中进行适时知识和方法的指导的学习方式。
在进行以小组合作探究的研究性学习活动中，应注意：一是研究内容需来自学生的学习、生活和身边的现象；二是学生能按自己的兴趣选择和确定研究内容；三是要准备大量的教材、实验室以及校园内外的资源；四是要体现学生的主体性和自主性，教师在整个研究过程中只能扮演参与者、指导者的角色。
如在进行“自制电池”小组合作探究式的研究性学习活动中，我们组织了一部分对此感兴趣的学生，首先要求学生制定详细的全盘计划，到实际生活中考察、提炼、设计和修改方案。根据研究目的我们确定了调查、研究的内容：（1）先调查伏打电池实验所需的各种实验设备，以及实验室所能提供的条件，进行实验研究时需具备的理论基础，以及相关专业名词的物理涵义；（2）详细调查现阶段市场存在的各种电池（如干电池、蓄电池、光电池等），然后再去商店调查各种品牌电池种类；（3）走访电池厂，认真考察生产电池的流程，并且询问实际生产状况及实验室条件的差异情况，甚至向厂方咨询对废弃电池的回收和处理是否有一套行之有效的程序，以及将来开发新产品是否具有环保功能等问题都进行一系列周密的调查。
其次，在准备工作就绪情况下，就必须有针对性地对研究课题进行资料查询，查询资料一般先上网查阅资料，而后有条件的还可以到校图书馆甚至市级图书馆查阅，也可向专家咨询。
然后，设计并进行实验。学生模仿伏打的方法，用一块锌板跟一块铜板浸在浓度为5%的稀硫酸溶液中。在实验中，我们通过电压表确定了电池的正负极（电池的正极为铜板，负极为锌板），影响电压大小的因素，初步研究了伏打电池的原理。学生还利用伏打电池的原理，用不同的水果制成了各种水果电池。在整个过程中，学生还查找到了两种特殊的电池。
一是温差电池，用一根铜丝和铁丝连同一只灵敏电流计组成一个导电回路，铜丝和铁丝的一个接头放在盛有冰水混合物的杯子中，另一接头用火加热，过一会儿，电流计显示回路中有电流通过。铜丝和铁丝两个接头不同的温度形成温差电池，根据这种原理可用来制造测量高温的温度计。
二是光电池。现在市场上有许多计算器就用光电池作为电源，这样既省钱又不会制造污染，用紫光灯照射在静电检验器上的锌丝网，光把锌离子打向与检验器相连的铜板上，就会发现检验器的两个指针发生偏转，说明有电流产生，这种电池可应用在高精密的控制仪器和操作系统中。
以上两种电池学生也能借助实验室器材，设计并进行了实验，虽然实验并未取得预期效果，但学生在研究学习的过程中，体现了自主性、主体性、创造性、科学性，培养了学生创新精神和实践能力。
五、在物理实验教学中开展研究性学习的教育策略
1、积极引导学生通过多种途径进行研究性学习
物理实验是研究性学习的重要途径，但并非是惟一的途径。有些研究性学习内容并不一定需要通过物理实验来进行。如学生对原子结构模型提出质疑，我们无法通过实验进行探究，但可以通过物理史料，沿着科学家的研究足迹，去想象、去思考。有些内容的研究性学习可以通过包括物理实验在内的多种途径来进行。因此，在物理实验教学中，要根据学生的实际情况、具体学习内容和学校的教学条件等，引导学生科学、合理地选择研究性学习的途径。
2、善于营造良好的研究性学习的氛围
学生对事物有天然的好奇心和探究的愿望，学习的进行很大程度上取决于这种自然倾向的激发。教师必须注意给学生营造宽松、民主、自由的气氛。在物理实验中开展研究性学习，多鼓励学生大胆地提出实验方案，即使是在对学生提出的不全面、不完善甚至错误的实验方案，也要以表扬鼓励为主，充分肯定学生在提出实验方案过程中的主动参与精神和创新意识。另外，教师应保护学生的好奇心、研究欲和研究行为，让学生在研究过程中经受挫折的磨练，并体验研究的乐趣和成功的喜悦。
3、努力培养学生的科学素质
物理实验是一种重要的科学活动，可以把观察、实验控制、收集证据、分析和统计结果等科学方法融于一体。通过实验引导学生逐步掌握科学研究方法；通过物理实验培养学生实事求是、严谨求实的科学精神，团结协作的作风；通过物理实验提高学生的基本科学素质。
全面提高学生的综合素质，让学生具有创新精神和创新能力，这是新时代赋予教师的神圣使命，也是我们民族发展的需要。因此，在物理实验教学中开展研究性学习，把研究性学习的教学和教育理念贯穿于物理实验之中，掌握了科学的研究方法，增强了学生开展研究性学习的主动性和趣味性，提高了学生创新能力和实践能力，让学生拥有一把开启知识大门的钥匙。
[参考文献]：
1、《物理课程标准解读》 北京师范大学出版社出版 2002
2、《走近新课程——与课程实施者对话》 北京师范大学出版社出版 2002
3、《物理教学论》 科学出版社 2005
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