高中物理实验教学中开展研究性学习的实践研究
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作者: 霍春强
研究性学习是一种教育理念，泛指学生主动探究的学习方式。高中物理实验是物理学科的重要组成部分。开展研究性实验教学，实际上是在实验教学的范围内进行研究性学习的尝试。在物理实验教学中开展研究性学习有利于提高全体学生的科学素养，促进学生的全面发展 。如何在物理教学中开展研究性实验？笔者就此进行了尝试，现撰文以求抛砖引玉。
（一）研究性实验教学需要转换教师的观念
物理实验教学不仅要求学生掌握物理规律，更重要的是了解形成规律的物理过程，学会科学研究的方法。要完成这一教学目标，教师要转换观念，使学生处于研究者的地位。教师可以通过诱发学生的探索研究动机，从而调动学生积极参与研究和探索。如“伏安法测电阻”的学生实验，不妨设计为研究性实验：①设计实验方案（至少二种），以测定几个不同阻值的待测电阻，并根据设计完成实验；②比较不同电路测量同一电阻所得结果的差别，分析其原因；③滑动变阻器的阻值较小，且想得到连续变化的电压，电路如何连接？④给出二个阻值差别较大的用电器和阻值较小的滑动变阻器、安培表和内阻较大的伏特表，如何测定各用电器的电阻？设计出电路且写出实验测定的物理量？通过问题的呈现，激发学生解决问题的兴趣；通过实际问题的解决，对实验原理、器材的使用、电路的连接、误差的分析，不仅有效调动学生的积极性，同时又把知识的巩固、方法的运用与能力的提高有机地融合起来。使学生在掌握知识的同时又培养了创新精神和实践能力。
（二）“研究性实验”的实施
1.研究性实验的研究对象和研究范围，可以先以大纲列出的内容作为研究的起点。如进行“感应电流的产生条件”的研究时，根据教学实际，可以把本课题分成三个小课题：①如何形象地表示磁场的磁感线分布？②怎样改变穿过框线圈的磁通量？③哪些方法可产生感应电流？学生积极探讨，有的提出“改变磁场方向和强弱”，有的提出用“改变线框形状，面积、匝数”，有的提出“相对运动”……学生发挥了主观能动性，就积极地投入到研究性学习中去。高中物理中有大量的研究性演示实验，如探究向心力的大小，研究单摆的振动周期与哪些因素有关，研究测定电源电动量和内阻的方法等，都可直接作为课题开展研究性学习。
2.研究性实验可以以“课题为中心”进行研究。“课题为中心”是指教师通过对教材内容的处理把教学内容转化为课题，并力求通过学生的自主探索来完成“课题”的学习。如“磁场对通电直导线的作用”教学中，以“安培力的大小和方向与什么有关”为课题，要求学生自学有关内容，自由组合研究小组，力求突破课本已有的实验装置，通过实验的方法研究两个问题：①磁场对通电直导线的作用力与哪些因素有关？具体是什么关系？②作用力方向与磁场方向及电流方向存在何种关系？如何判断？同学们为完成这个“课题”自由组合研究小组，在组长的带领下，讨论设计方案，到实验室寻找材料，与老师探讨，对自制实验装置进行实验、改进，再实验、改进。在课堂上，各研究小组派代表上讲台介绍各自的实验装置及实验方案，同时也提出他们尚未解决的问题，请其他小组的同学为他们出谋划策，其他小组同学踊跃提出建议。在这个过程中，他们学会了自己发现问题，提出问题和解决问题的方法，提高了动手能力，创新思维的火花也在不断涌现。研究性实验要立足于全体学生的基础，选取切实可行的课题，这样能大大减少学生在实验中开展研究性学习的盲目性，提高课时的效率，充分发挥物理实验教学的探索功能和创新功能。
（三）研究性实验中教师的具体指导
1.利用研究性实验“解惑”。在物理教学中对某一事物规律开展“研究性学习”时，学生必然从实验中观察与所研究问题有关的各种物理现象，再运用抽象思维和科学归纳的方法获得能反映事物本质的共性。这样的学习对于学生而言难度很大，需要教师精心指导。指导与点拨要恰倒好处，既不放任自流，也不越俎代庖。在实验教学中，适当指导学生进行研究，在实验与思维的有机配合中降低思维的台阶，能真正体现物理教学“以物明理，物理渗透”的思想，从而使学生切实把感性认识上升到理性认识，提高实验教学的成效。
2.利用研究性实验培养课题意识。学生在进行研究性学习的过程中，只有树立课题意识，才能充分发挥学习的主动性和创造性，形成主动地在探索中获得知识的教学氛围。利用研究性实验是培养学生课题意识的重要途径。如在《电阻定律》教学中，学生通过实验研究归纳出：金属材料的电阻率随温度增高而增大后，可引导学生反思“金属材料的电阻率随温度降低而减小”这一变化趋势最终会有哪些可能性？学生不难回答，有三种：一是温度为零，电阻率不为零；二是温度为零，电阻率同时为零；再有温度不为零，而电阻率为零。然后，让学生思考：这三种可能性中，哪一种能作为有价值的研究课题？并要求学生通过查阅有关资料了解这一课题。这既培养了学生的课题意识，又引入了“超导”这一有意义的研究性学习领域，将研究性教学延伸到课外，为学生创造之路点燃了火把，同时也留给学生广泛的思维空间。
3.利用研究性实验渗透科学方法。在研究性实验教学过程中，应注重很好的渗透科学方法，发展学生的科学素养。科学研究的方法并不神秘，让学生试着做些研究，在研究中体会科学探索的一般原则和基本手段。如在学习《电动势》一节内容后，可提出以下问题进行课后探索：①搜集材料，自制一个伏特电池。②怎样确定自制伏特电池的正负极？③测定自制伏特电池的电动势。④研究自制伏特电动势大小跟电池哪些因素（如电池内溶液浓度，两极金属极与溶液的接触面积，两极金属极的材料等）有关？通过以上内容的研究探索，使学生对电动势的产生、特点等都有了比较深刻的认识和理解，并使知识得到进一步地扩展。而且使学生对将来从事科研工作的基本程序也有了初步认识，提高了他们的实际能力，培养了他们的科研兴趣。
（四）充分拓展研究性实验的教学功能
在课堂中运用研究性学习方式进行物理实验的探索所用时间一般比单纯的教师教授来的长，有部分教师认为实施研究性实验的课堂效率“低”。然而，教学目标是多维的，教师们要看到通过研究性实验，使学生体验概念的形成过程、规律的得出过程变得更加生动、深入，学生在获得知识的过程中，得到了过去方式下的学习不可能得到的结果。
在高三复习中可以拟出大量的研究性实验，一种是“一量多测”，如设计一种测量电阻R的方法，设计一种测量摩擦因素μ的简易方法等；另一种是“一仪多用”。如只给学生一根米尺，要求其代替螺旋测微仪测金属丝的直径，某一细绳的最大承受力等等。或是只给出工具，并不给出具体要测量的是什么，让学生自由发挥。在课堂中进行研究性实验，使学生的思维始终处于积极、主动状态，大部分学生对物理产生了浓厚的兴趣，物理学习的积极性高了，学习成绩也就有了显著的提高。
综上所述，物理实验教学所特有的地位可提供开展研究性学习的有效途径，在高中物理实验教学中应提倡开展研究性学习活动，以提高学生创新思维的能力和动手解决实际问题的能力。
参考文献：
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[4]施永军.高中物理研究性教学的实践与思考[J].物理教学探讨,2003,(3).
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