高中物理研究性学习.docx
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高中物理研究性学习
高中物理研究性学习
一、对研究性学习的理解
所谓研究性学习就是指学生在教师的指导下从学习生活和社会生活中选择并确定研究专题，用类似科学研究的方式，主动地获取知识，应用知识，解决问题的学习。
研究性学习的内容是开放的，研究过程是民主的。
研究方案的制定，合作者的确定，资源的开发和利用等均由学生自主决定，这种学生真正“当家作主”的学习方式为学生最大限度的发展创新思维和实践提供了空间，这是研究性学习的最显著的特点。
二、物理教学开展研究性学习的必要性
当今时代，不在以拥有知识量的多少作为衡量一个人素质高低的唯一尺度，关键是创新能力的高低。
因此在学校教育中，培养学生的创新精神和实践能力就成为素质教育的重要价值取向。
物理学科是一门以实验为基础的实践性和理论性都很强的学科，因而，针对物理学科教学，这种研究性学习方式具有较强的可操作性。
所以，开展研究性学习成为物理教学的必然趋势。
传统的物理课堂教学把系统性的认识同教学材料的系统性混淆了。
物理教学本应传授给学生系统性的规律性的认识，使学生掌握该学科的基本结构，各种知识间的内在联系，让他们对本学科有一个整体观念，全局观念，从而上升为一种积极地、能动地解决相关问题的能力。
但传统的物理课堂教学却仅仅着眼于提高升学率，将所有知识点精细讲解之后一一硬灌输给学生，学生在这样的教学过程中不能获得系统性的规律性的认识，形成不了一种能统帅全局的观念，同时，学生在这种“一言堂”式的教学过程中势必对学习物理产生反感，因而难以激发起学习、探究物理学的内在积极性。
导致绝大多数学生不喜欢学物理，理由很简单，学物理耗时多，见效慢。
特别是将要采用的“3＋大综合”高考模式，更给原本就艰难的高中物理教学雪上加霜。
那些本来就讨厌学习物理的学生基本上采取了放弃的态度。
对物理感兴趣的那一部分学生再也不想花费更多时间学习物理了。
基于这样的现状，我认为，当前，正是我们物理教育工作者带领学生开展研究性学习的大好时机，因为“研究性学习”是实践性很强的学习，其中充满乐趣也极富挑战性。
学生要想体会到该“如何做”，就必须亲自去做。
自己走进实验室核实一下，用眼睛亲自看一看，这要比在牛顿的著作中或在一本教科书中搜寻答案更有意义。
这种“真正的体验活动”是进行研究性学习的一个重要的宗旨。
通过这种学习，学生将得到“如何去获得知识”的体验，各项技能和能力将得到最大程度的发展，智力也得到了提高。
更会使学生在不知不觉当中，热爱物理这门学科。
变被动学习为主动学习。
三、指导学生有效地开展研究性学习
高中物理研究性学习活动的开展，要有分类递进的教学思想。
既要考虑学生的兴趣爱好，学科基础和学校的研究条件，又要考虑学生的发展问题，选择课题的难度要由浅入深，否则就会影响他们的兴趣，挫伤积极性。
要有效地开展研究性学习就必须做到：
１、认真选好课题
选好课题是活动成功开展的关键。
学生开始接触研究性学习时，可以由教师按学生的知识水平选择合适的课题。
随着活动的不断开展，学生的研究性学习达到一定层次时，应鼓励他们自主选择课题，因为选题的过程就是一个研究问题、思考问题的过程。
物理研究性学习的选题可以从以下三个方面来考虑：
（１）学科知识型课题。
收集教学中可以深化、拓展、探讨的知识点，可改进的演示实验、学生实验等。
这类选题是建立在教师和学生在平时教学和学习过程中要善于创新，善于思考，善于发现问题的基础之上，而且要善于做好读书笔记。
（２）热点型课题。
这类选题不但能增长知识，扩大眼界，而且对于探索、研究物理问题的意识和能力都有一定的促进作用。
（３）社会生活型课题。
这类选题大多从某些具体的科学技术对社会的影响或者从日常生活中选取与物理有关的课题进行研究，这也是物理研究性学习的可选素材。
总之，只要能在平时学习的过程中，多关心、多留意社会生活和周围环境等变化，那么可供选择的研究性课题是取之不尽的。
２、体现开放特点
研究性学习强调以学生的自主性、探究性学习为基础，学生按自己的兴趣选择和确定研究的内容多来自学生的学习、生活和身边的现象，研究内容的实施主要依赖于教材和校园内外的资源。
在整个研究过程中教师只能扮演参与者、指导者的角色，而不能干预太多，要充分体现学生的主体性、自主性。
学生研究性学习的途径、方法要多元化，研究的内容和形式要突破原有的学科教学的封闭状态，在开放、主动、多元、合作的学习环境中进行研究性学习，这有利于培养学生主动思考问题，探究、发现问题，解决问题和交往合作的能力。
在物理研究性学习过程中可向学生开放实验室，让学生自主设计、操作、完成实验；开放图书阅览室，让学生自己查阅资料，培养学生走向社会选取研究素材的能力。
３、注重学习过程
研究性学习的主要活动过程是：
（１）选择课题。
课题题目的选择和确定是至关重要的，课题的深、广度要适宜。
按照教学大纲的要求，以四个课时完成为好。
学生在选定课题后，要引导他们对课题进行认真分析、论证，找出存在的问题，建立问题的概念框架，提出预期目标。
（２）制定研究计划。
研究题目一经确定，就必须写一份计划书。
在该计划书中应该包含：
课题题目、研究目的、形式方法、人员安排、研究进展、成果形式、实验仪器等。
表一、研究性学习计划表
表一、研究性学习计划表
主题：
课题题目：
导师：
组长
课题组成员：
班级：
简要背景说明：
（课题是如何提出来的）
课题的目的和意义：
活动计划：
1）任务分工：
访问专家：
上网：
查书面资料：
发倡议：
2）活动步骤：
分三个阶段实施
阶段 时间 主要任务 阶段目标
一
二
三
3）计划访问的专家：
校内
校外
4）活动所需的条件：
图书资料，
网络查询
交通工具
预期的成果：
（论文、调研报告、制作模型、实验报告等）
表达形式：
（文字、图片、实物、音像资料等）
答辩验收：
（验收组成员提出问题，课题组成员答辩）
评定等级：
（根据学生操作的过程评定--------优、良、及格、不及格四等）
（３）资料收集和整理
收集资料是进行研究的一项必不可少的工作。
其主要目的是寻找事实论据和理论论据，学生可以通过两个途径去获得所需要的资料：
一是直接从已经出版的各种印刷品、影视媒体，电子出版物（光盘资料）网络出版物中获得；
二是从自己设计的调查问卷和访谈中获得从上述资料中得不到的某一具有代表性的群体或个体的意见、看法等，从他们的阐述中得到启发，从而迸发出自己的思维火花。
引导学生会分类处理所收集的资料。
对于能进行统计分析的资料进行统计分析，能作图表的资料，则用图表的形式画出来。
这样做不仅有利于学生对问题的思考，也有利于他人对其研究的理解。
此项工作可以反复进行，直到学生有了新的见解为止。
学生一旦有了新的论点，并能用它来解释某些事实的时候，就可以写出总结报告。
（４）设计及实施实验
如果学生采用的是实验方法，就应该根据自己的观察和最初的资料分析做出假设，这个假设就是学生对所研究的问题的一种尝试性的回答。
然后，设计实验来验证假设。
在设计实验时，要注意，首先分析实验中所涉及的所有变量，每一次实验仅改变一个变量。
其次学生必须在实验步骤中写明改变该变量的意图是什么，将如何来改变这个变量，如何来测定及记录该变量的变化情况等。
实验设计完成后，就应该准备实验材料和仪器设备，如果没有现成的设备，可以自己动手来做。
如果能按照实验要求自己设计出所需要的装置，那就是一种创造。
这也是研究性学习希望得到的成果，我们应该鼓励这种创造，在评价时追加适当的分数
实验进行的过程中，应该记下所有学生观察到的现象和数据。
可自行设计实验记录卡片，记下日期以及观察到的现象和数据变化。
做实验时，如果有什么想法，也随时记录下来，不要小看这些看似不重要的步骤，它们往往会给学生很大的帮助，学生可以将记录下来的数据绘制成图表，这样反映直观，便于分析。
（５）分析和处理数据并得出结论
对整个实验进行概括和总结，将所得出的结论与所做的假设进行比较看是否一致，如果说假设成立，则可以利用该假设去预见某些还未进行的同类的实验。
学生还可以再设计一个实验，用假设去推断出它的结果，然后通过实验去验证这一推断。
如果仍成立，说明该假设暂时是对的。
此时，学生的实验课题也就完成了大部分
（６）总结阶段
无论是做什么样的实验，都需要撰写报告，汇报研究过程和结果，对研究的全过程和结果进行评价。
１）撰写研究报告
教师应向学生讲清楚，研究过程除了交代实验的事实外，还应在对整个调查内容进行总体分析的基础上，概括出事物的内在联系，亮出自己的观点，提出建设性的意见。
完成课题论文的撰写。
老师应介绍论文撰写的格式，使课题组每一个成员都懂得了科学论文的几个部分，学会包括“题目名称”、“摘要”、“引言”、“正文”、“研究结果”、“探讨与建议”、“参考文献”的论文撰写方式。
２）成果展示
整个过程完成以后，课题组长在学校举办面向全体教师的教学展示活动。
其中包括Ⅰ、各小组组长宣读论文。
Ⅱ、评委针对论文内容提出问题。
Ⅲ、本组成员答辩。
Ⅳ、指导教师总结。
３）对研究性学习的评价
学生对物理课学习的习惯反应是“会”与“不会”。
教师批改学生的试卷、作业则习惯用“对”、“错”来评判，而研究性课题对于不同学生的区分不是会与不会，也不是做对还是做错，而是表现在所做的多少和研究的深浅上。
比如，铁一中曾研究过的课题“从电冰箱到臭氧层”、“刀具上的力学”都没有唯一正确的研究方案，也没有唯一正确的答案，学生做这些课题时，也不存在简单的“会”与“不会”的问题，而是可以从不同角度，不同深度进行多方面的工作。
对“从电冰箱到臭氧层”课题的研究，有的学生着重从氟利昂破坏臭氧层的机理上研究，有的学生兴趣则在于臭氧层如何阻碍太阳的辐射作用；还有的学生在研究太阳辐射发生变化时对地球生物生理的影响。
研究“刀具上的力学”时，学生除了会考虑到刀刃的利钝、刀身的宽窄、刀背的厚薄、刀柄的长短和刀的形状外，有的学生还分析、比较锯齿形刀的优缺点，这样的研究课题每个学生都参与，同时又有不同的层次和深度，给不同层次的学生都留有广阔的发展空间，有的学生由于多方面的原因，结果可能并不理想，但他却解决了或考虑了上述问题中的一个或几个方面，在这种情况下，如何评价该学生的研究工作，就显得相当重要了。
针对学生参加研究性学习活动的表现、体验以及活动成果对学生进行评价，也是对学生参与活动过程的水平和质量的检验。
下面给出一个具体的对学生个人进行考核的表格。
表二、 学生活动情况的评价表
评价内容
评价等级
优
良
及格
差
１
活动是否积极参与、有无责任感
２
活动中是否主动团结协作，组员关系是否协调
３
活动中独立查阅了多少资料（具体展示、说明）
４
完成个人承担的任务情况有无完整记录（文字、录音和摄影均可）
５
活动中学到的新知识和技能（用实例加以说明）
６
活动过程中的创新能力
７
活动成果的质量（包括文字表述、汇报、演示）
需要说明的是，对集体（小组或班级）的评价也可以用表格来进行。
但评价的内容有所不同。
主要侧重集体活动的一些特点。
表三、集体活动情况的评价表
评价内容
评价等级
优
良
及格
差
１
集体中的每一位同学的分工是否明确
２
有无具体的活动计划,计划是否落实到每一位同学
３
集体中的每一位同学是否团结协作,共同克服困难
４
活动过程进展是否顺利
５
集体讨论是否热烈、各抒己见
６
活动成果的撰写
７
活动成果汇报和演示
总之，学生通过一系列研究过程的亲身经历，
1了解了科学研究的一般流程和方法。
2锻炼了与他人进行交往合作的能力。
3了解到除了教材以外还有很多获得知识和信息的渠道。
4有利于培养学生的创新素质和创新能力。
因此，注重研究性学习过程是开设研究性学习的主要目的。
四、简单介绍铁一中物理学科开展研究性学习的情况
至今为止，铁一中物理组以组长随岩牵头，以高二、四班为基地搞过两次研究性学习课。
一次以“从电冰箱到臭氧层”为题目，另一次是以“刀具上的力学”为题目。
考虑到学生的实际水平，课题由教师确定，第一个课题出至教材后面的研究课题示例，第二个课题由教材后面的研究课题示例“菜刀上的力学知识”改造得来。
基本步骤如下：
（一）、布置学生参与
１、分组①根据同学之间的合作关系自由结组。
②根据对选择题目的兴趣结组。
２、确定子课题 以“刀具上的力学”为例。
全班共分成八组。
第一组侧重研究带轴的刀，比如：
指甲刀、铡刀、剪刀。
第二组侧重研究多切面的刀，比如：
理发推子。
第三组侧重研究控制距离的刀，比如：
削皮刀。
第四组侧重研究各式菜刀。
第五组侧重研究组合刀具，比如：
电动剃须刀、榨汁儿机…各小组可自由选择研究方向，原则是：
一要有研究意义；二要有可操作性。
从而体现了学生学习的自主性和分析鉴别能力。
３、对确定好的题目做出计划
1对刚开始搞的学生，可给一个参考。
2对已经做过研究性学习的学生，让他自己做，使学生体会成功的快乐，我会做计划了。
3小组讨论后可执行。
（二）以小组为单位实施研究
１、按照访问、上网、查书面资料等计划分头收集资料。
（获取知识的能力，人际交往的能力）
２、将收集的资料汇总、整理。
（整理知识的能力）
３、一人执笔写出论文或实验报告、调查报告、小制作模型的说明。
（文字表达能力）
４、全组讨论，修改后，定稿上交。
（三）论文答辩（调查报告交流、实验报告交流、小制作展示）
1、班级成立评审组
1学生组成（每搞一次换一组人）。
2针对每组交上来的论文提出问题。
3明确提问的原则是：
重结论更重过程；重知识更重能力。
2、组织答辩
1各小组组长宣读论文（调查报告、实验报告、小制作说明）。
2评审组提问，小组每一个成员都有答辩的机会（培养语言表达能力，比较、鉴别能力，应变能力等）
3读论文、提问答辩交错进行。
（四）教师总结
１、侧重总结学生通过研究性学习所得到的能力、方法以及团队精神等方面，对每一个小组进行小结。
２、提出建议及希望。
（五）评定成绩
按表二对每个同学进行评定；按表三对各小组进行评定。
最后打出成绩优、良、及格、不及格四等。
总之，通过组织研究性学习，强化了学生们对所学知识的理解、掌握和应用；拉近了学习与生活的距离，使学生们对物理学科的学习产生了积极的兴趣；提高了教师的教学积极性。
铁一中的实践告诉我们，研究性学习更有利于培养学生独立思考的习惯，激发学生的创新意识，开发学生的创新潜力，拓宽学生获取信息的渠道，全面提高学生的科学文化素养，让我们在试验中不断探索、研究、开拓进取。
主题：
课题题目：
导师：
组长
课题组成员：
班级：
简要背景说明：
（课题是如何提出来的）
我们从调查分析入手……
课题的目的和意义：
活动计划：
1）任务分工：
访问专家：
上网：
查书面资料：
发倡议：
2）活动步骤：
分三个阶段实施
阶段时间主要任务阶段目标
一2周实地调查获得事实资料
二4周资料查询获得能借鉴的资料及专家的建议
三4周成果汇总探讨出合理的处理方法,写出总结论文,发出倡议
3）计划访问的专家：
校内3位地理老师化学老师生物老师等
校外3位电器修理师电器销售商有关专家等
4）活动所需的条件：
图书资料如有关环保杂志，高科技图书等
网络查询如计算机上网
交通工具如公交车自行车
预期的成果：
（论文、调研报告、制作模型、实验报告等）论文、调研报告
表达形式：
（文字、图片、实物、音像资料等）文字
答辩验收：
（验收组成员提出问题，课题组成员答辩）
评定等级：
（根据学生操作的过程评定--------优、良、及格、不及格四等）
关于公路的弯道测量———高中物理研究性学习案例
研究性学习指学生在教师的指导下,从学习和社会生活中选取并确定研究专题,用类似科学研究的方法去获取知识、应用知识、认识问题、解决问题的学习方法。
它从学习者个体发展的需要和认识规律出发,以创造为指向,通过转变学生的学习方法,培养学生的创新精神和实践能力。
美国著名的教育家约翰·杜威的“儿童活动中心论”为开展研究性学习奠定了坚实的理论基础。
20世纪80年代以来,研究性学习在世界许多发达国家普遍实施,我国目前尚处在研究性学习的起步探索阶段,研究性学习是新一轮基础教育课程改革的亮点。
我校开展研究性学习已经一年了,其中有不少成功的案例,下面介绍一个研究性学习的案例———公路弯道测量,它的特色是注重资源的开发和利用、注重生成性问题的捕捉和解决。
1 问题的提出
章丘市的经济发展非常迅猛,交通建设蒸蒸日上,我们学校周围正在修筑很多路,有些路的等级比较高,又由于路旁有山,所以一段路修成“S”形,如图1所示。
过往的行人经过时发现,路面在拐弯处不是水平的,而是一侧高、另一侧低,人们对此议论纷纷,有人说是为了下雨时雨水容易流走,有人说这样车可以跑得快……经常从这里路过的同学问我“路面为什么要修成这样?
”这是类似火车转弯的向心力问题,相关的知识学生现在还没有学到,我觉得这是一个不错的研究性课题。
于是,我亲自对路面进行了实地考察,觉得这个课题具有可行性和现实性:
1、公路正在一段一段的修筑,没有通车,测量较安全;2、从路况可以看出,路面比较复杂,部分路段没有修筑,这可以给研究留下
一些悬念;3、虽然现在学生没有学到向心力的知识,但他们探究未知领域、获取必要的信息、了解、分析问题和得出结论的愿望很强烈,因此我们决定以“公路弯道测量”为课题进行研究性学习。
2 研究的实施步骤
我们共组织了4个小组,每个小组大约6人左右,研究是在课余时间分时完成的。
（1）察看地形
各小组首先分批对公路地形和路面进行了更为详细的调查,学生们观察很细致,最后总结地形特点报告:
这段路面呈“S”形,弯曲部分内侧路面低,外侧部分路面高,弯曲程度大的（老师注:
曲率半径小的）路段内外侧高度差较大,否则小。
为什么要修成这样呢?
我告诉他们,到物理教材“圆周运动及其应用”一章中去找答案。
通过自学,他们很快找到了合理的解释,虽然有的同学还不很理解,但他们这时对该知识的需求却成为他们理解这些知识的强大动力。
为了使原理的理解更透彻,各小组在一起,一个小组解释,其他做必要的补充,这是一次交流、互相学习的机会。
我们的实践表明,对某一部分知识的实际需求会形成对之学习的强大动力,这是一种“问题驱动”式的学习。
最后讨论的合理解释为:
如图2所示,
汽车以一定的速度v通过公路,在拐弯处,重力和支持力的合力提供向心力。
由公式③可知,转弯处半径越小,路面的倾角越大。
学生们的问题解决了,他们很高兴,似乎完成任务了。
我又向他们提出了一个新问题:
工程师设计这段公路的设计车速是多大?
学生:
问一问设计的工程师。
另一学生:
我们只要测出公路的转弯半径和路面的倾角,由公式③就可以求出了。
老师:
我们先自己测量,再请教工程师叔叔,看看我们的测量准不准。
请大家设计出测弯道半径、路面倾角和设计车速的方案来,过几天我们进行交流。
鼓励同学提出与他人不同的办法。
（2）设计测量方案与交流
解决问题时同学们的思维是高度发散的,他们设计的测量方案总共有8种,有直接测量方
案、间接测量方案,不仅用到了数学知识,还用到了初中的连通器原理、高中的打点计时器和激光器等,设计方案各不相同。
同学们在交流时也非常惊异:
原来解决一个问题的方案如此多呀!
他们彼此借鉴方案的优点,完善自己的测量方案,比如,有一种方案是直接找到公路圆弧的圆心,而圆心位于对面的小山上,不可能把小山挖掉,这种方案需要改进。
在讨论交流过程中,学生不仅能够相互学习,而且可以充分展示自己各方面的能力,如概括能力、语言表达能力、应变能力、合作能力等,使学生的综合素质得到提高。
（3）实地测量
在研究性学习的过程中,无论计划制定得多么周密,在实施的过程中总会遇到这样或者那样的问题和困难,而且有些困难还常常是始料不及的,我们在这里称之为“生成性问题”。
实地测量开始了,学生们在测量中有喜悦和失望,有沮丧和自信,下面是他们测量过程的几个侧面。
镜头1:
这一组的测量方法很便捷,先用目测确定公路的最弯处,用皮尺测出中点到弯弧顶的距离,如图3所示,原理为:
镜头3:
这个小组是用激光笔的光线水平射到标尺上,如图6所示,利用几何知识测路面倾角,用的工具既现代又富有创造性,工程上经常用这种方法,然而由于没有控制激光笔水平的工具,只能用手来控制激光笔,“失之毫厘,差之千里”,结果测量误差还是不小的。
（4）总结与拓展
同学们满怀着收获的喜悦,展示自己的劳动成果,当得知工程师的设计结果和他们的测量基本一致时,他们是多么兴奋,“我居然能干工程师做的事情了”。
研究成果使同学们获得了自信。
他们的计算结果是30km/h。
半年后,这段路旁果然竖起一块提示牌:
“车速30”。
最后,我又带领他们到计算机上用电子地图进行测量,他们感叹:
电脑和网络的用途真多呀。
我们不能小瞧这些做法,这对他们今后的工作和学习的意义是深远的。
有学者建议,进行研究性学习有必要将学生信息素养的培养贯穿于整个研究性学习的过程中,将信息技术教育与研究性学习有机地整合在一起。
因为学生运用信息技术对信息采集、整理、分析、汇总和运用的能力已经成为终身学习必须具备的基本技能。
其中有一个小组提出了一个创新性的解释:
公路转弯处路面修成倾斜的,除了安全考虑之外,还有一条,就是车上的人以规定速度经过时,人不会往外倾斜,感觉会舒适些,这是修路时的人文考虑。
学生还发现一个问题并作了创新解释,如图7所示,左车道已经修好,右车道正在修,之间留下一片绿地,为什么?
学生们进行了讨论,最后总结:
除了环境方面的因素,主要是因为这样修筑比连续修节约土石方,如图8所示。
3 总结
总结这次研究性学习有如下特点:
（1）计划性
进行研究性学习时,可以与常规教学接轨,使学生形成学习的需要,为学习新的知识形成了新的增长点。
本次研究性学习之后,我们学习圆周运动时,学生学得很好。
（2）充分发挥研究性学习的综合功能
这次研究性学习实现了如下综合功能:
①打破科技的神秘面纱:
我能当工程师了。
②通过转变学习方式促进每一个学生的个性健全发展,为每一个学生个性的充分发展创造了空间。
我国当前的教育形式以接受式学习为主,它有优势和弊端,而研究性学习正是弥补其缺陷的有效的教育和学习方式。
③在研究过程中,牵扯到许多其他学科的知识,通过问题解决在不同学科之间建立了一条纽带。
（3）争取社会的理解和支持
我们搞研究性学习需要社会的理解和支持,因为在开展研究性学习时,学生有时要外出参观、调查、访问,这样就需要社会各部门的支持。
（4）巧妙发挥教师的指导作用
在研究性学习的过程中,老师的指导是必不可少的,老师指导的技巧是,用商量的口吻去和学生交流。
当学生遇到棘手问题一筹莫展时,教师可以把握时机、适时参与,以和学生平等的协作者身份给学生以必要的启发和引导,当学生忽略了某一重要环节或关键问题时,教师可以就与之相关的问题假装向学生求助,教师的指导变得隐蔽,其作用的结果通过学生的行为表现出来,教师精心的指导往往体现在似乎无心之处。
让学生始终感到,他们是研究的主人,遇到问题需要自己解决,不能依赖别人。
（5）学生在参加这次研究性学习时的体验
以下是学生的体验:
①我们想不出一个测量方案,听到其他同学提出了那么多的巧妙方案,用的都是我们过去学过的知识
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