谈高中物理新教材中的“课题研究”教学

发布日期 : 2011-04-15点击次数 : 来源 : 诸城市第一中学 王克田

新编高中物理教材,即《全日制普通高级中学教科书(试验修订本)物理》设立了“课题研究”项目。作为教学要求提出,这在新中国成立以来物理教材编写中尚属首次,其目的是为了通过课题研究,培养学生综合运用所学知识的能力、收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力、团结协作能力、独立思考的习惯和创新意识等。课题研究主要着眼于这些能力与意识的培养,而不在于某项具体知识的学习。

一、新教材中“课题研究”的特点

1.课题具有探究性

通常的学生实验一般分为两大类,一类是验证性实验,是在学生学习过相应的知识之后通过实验进行验证,例如“验证机械能守恒定律”等。另一类则是知识的应用,例如“用单摆测重力加速度”“伏安法测电阻”等。这两类实验的前提都是学生已经掌握了所涉及的知识,对于培养学生获取新知识的能力,激发他们的创新精神,作用比较小。

新教材中的课题研究正是为了弥补这些不足而设立的。例如“研究弹簧振子的周期和小球质量的关系”,课程标准中并没有要求学生学习这个知识点,实验之前学生也不知道弹簧振子的周期和小球质量的定量关系。

实验要求学生在测出若干组数据后,通过列表、在坐标纸上描点、作出拟合曲线,然后用相应的函数表达这条曲线。学生事先并不知道它的图象是什么样的,只是在看到这些点的分布和走向之后才意识到它可能可以用某个二次函数来近似地表示。在这种猜想之下,有些学生会尝试作出T2m的关系曲线,从而会得到周期与小球质量的关系。

如果按照过去验证性实验的处理,要先学习这个知识点,让学生在实验前就知道相应曲线的形状,实验后假若有的点不在这条曲线上,再分析出现误差的原因。

这两种设计思路,实验内容可能相似,但学生的心理活动不一样,得到的训练也不一样。中学阶段并不要求学生掌握弹簧振子的周期和小球质量的关系,但是这个实验所用的方法却是科学研究中一个非常典型的方法,教材中安排这个课题研究的目的是让学生学习研究的方法,而不是为了多学一个知识点。同样的,“研究影响滑动摩擦力的因素”“研究材料的保温性能”等也是这样的课题。

2.课题具有开放性

现实生活中的许多问题是没有唯一答案的,只能从不同的角度、不同的需要权衡利弊进行分析。而我们的教学却往往使问题的答案唯一了,要么对,要么错,没有选择。这样的教育培养出来的人容易脱离实际,思想方法绝对化,不能适应社会的需要。教材中有意识地选取了一些没有唯一答案的课题,目的就是为了培养学生辩证地分析问题的能力。例如“估测压力锅内水的温度”,可以通过测量限压阀的质量得知锅内的压强,进而查表得到水的温度;也可以把热敏元件贴在锅外,其外再加保温层来直接测得;还可以把热敏元件直接放入水中,当然还有其他的办法。在这些方案中,热敏元件的耐高温问题、直接放入水中时锅的密封问题等等都要考虑。不同方案测得的水温肯定不会完全相同,这就需要讨论、评价,这在以往的教材中很少见到。

另外,以前我们往往认为在科学界没有定论的内容不应在中学课程中涉及,其实不能一概而论。让高中学生接触一些目前还有不同认识的课题,有助于激发学生的探索热情,培养学生的创新精神,避免思维的片面化。例如在“科普报告:从电冰箱到臭氧层”中,可以讨论造成臭氧层破坏的主要原因到底是氟利昂还是喷气式飞机;在“科普报告:温室效应”中,可以分析造成气温上升的原因,主要是人类的活动还是地球本身的周期性变化等观点,让学生展开讨论,进行辩论。

3.课题具有综合性

“课题研究”中设置了一些跨学科的综合性课题,使学生综合学过的各学科知识进行课题研究。如,“调查研究:灶具的演变”,要求学生研究柴灶、煤球炉、蜂窝煤炉、液化气灶、煤气灶(天然气灶)、电炉、电磁灶、微波炉的原理和效率。在“科普报告:从电冰箱到臭氧层”中可以让学生讨论,氟利昂不是一种单纯的化学物质,其中有的成分能够破坏臭氧层,有的不能。无氟冰箱中制冷剂的化学成分是什么?它有什么物理性质和化学性质?制冷的机理是什么?“用电解法测定元电荷”要用化学课中学到的知识测量基本物理常量等等,这些都是跨学科的课题。

新教材中列入了这些课题,目的是为了使学生加强综合运用所学知识的意识和能力。

4.课题具有前瞻性

新教材为了拉近高中物理课程与当代新科技的距离,在“课题研究”的几个课题中进行了尝试。如“刹车时车轮被抱死的利与弊”就是基于这种考虑设计的。刹车防抱死系统(ABS)是近年来的一项新技术,它在汽车刹车时自动控制摩擦片与轮盘的压力,使车轮不与地面产生滑动摩擦,这样司机仍然能够控制车的运动方向。这项技术虽然很新,但是它的物理模型并不复杂,利用高中物理知识可以做些较为深入的研究。

“科普报告:从电冰箱到臭氧层”“科普报告:温室效应”“科普报告:阿尔法磁谱仪与反物质”等几个课题也都和新科技与环境的最新热点有关。

5.课题具有实用性

中学物理教学一直重视理论在技术和解释自然现象中的应用,但是仍然存在某些脱离实际的倾向,例如对于物理规律、物理量的认识的绝对化、理想化。实际上,物理学中的实验定律,在一定程度上都是近似规律。新教材在这方面也进行了探索,设置的课题有意识地拉近物理学与实际问题的距离。例如,改变电流表的分流电阻可以改变它的量程,这是欧姆定律的典型应用。但是,学生设计的原始电路往往考虑不到表头的保护措施,实际上是不能用的。新教材“把灵敏电流表改装成多用电表”这个课题可以让学生体会到理论和实际的差距。

再如,教材中一直强调滑动摩擦力的大小跟压力成正比,与接触面积无关。新教材通过“研究影响滑动摩擦力的因素”这个课题让学生看到,实际情况与这种说法是有偏差的。

通过这些课题的研究使学生意识到不要把知识学得绝对化了,要考虑能够实用,意识到有些物理规律、概念是实际问题的抽象,有的是在一定条件下的近似。

6.课题具有社会性

课题研究注意了科学技术与社会问题的联系。例如,气体燃料比固体燃料更方便,然而使用不当容易引起爆炸和火灾,还可能使人中毒。使用气体燃料是否利大于弊?天然气比焦炉煤气贵,但是燃烧值高,实际使用时哪种燃料更经济?对于不同地区,用电烧饭和用燃气烧饭哪种燃料更经济,对环境的影响更小,并且更能符合中国人的烹调习惯?这些都可以在“调查研究:灶具的演变”中讨论。

再如,臭氧层的保护涉及无氟冰箱的推广,但是无氟冰箱比氟利昂制冷的冰箱成本高,消费者花较多的钱但本人并不直接受益,对这个问题应该采取什么宣传策略?许多报道说臭氧层的破坏使得皮肤癌的发病率上升,其实皮肤癌主要是白色人种生的病,黄种人很少有这种病,黑种人更少。当今世界上的医学资料大部分来源于西方国家,国际传播媒体也基本上由他们控制,事情的严重性会不会被夸大了?这里面是否也有某种形式的种族偏见?

这些课题研究讨论都与社会问题有关,以前在物理课中基本上只讲物理原理,最多讲一讲技术应用,但是科学原理的应用及其评价一定涉及社会问题,二者密不可分,新教材中的课题研究注重了这一点。

二、新教材“课题研究”的教学策略

1.课题研究教学要因人而异

课题研究可以大致分为探索性物理实验、科技制作、新科技问题的学习报告、社会调查、扩展性学习等几个不同的类型。课本中给出的只是研究课题的若干示例,在教学中可以从中选用,也可以提出其他课题。教师要根据不同学生的特长和兴趣向学生推荐,不能要求全班学生做同样的课题。

课题研究是指学生以类似或模拟科学家研究问题的方式,对所确定的问题主动进行探索、发现,获得正确结论,发展培养学生的科学精神和探究能力等。它是一种学习方法,而不是正式的科学研究。因此教师所设计的课题要具有以下几个特点。

第一,课题的设计要具有针对性,目标明确。问题的提出主要源自于教材本身,也可能源自日常生活,或来自社会中的某个热点问题或最新的科技成果,也可以是平常的问题赋予它新的视点。当教师要确定一个课题或设计一个问题让学生进行研究时,首先要明确这个问题想让学生去发现什么,学生可能提出哪些问题,学生可能通过哪些方法来研究,研究可能涉及的物理学理论知识,学生前面已有的知识是否满足研究的需要等。

第二,课题的设计应该凸显学生的主体作用。课题研究是为了培养学生发现问题、主动提出问题、积极寻求解决问题方法的能力,课题研究的整个过程要多给学生创造一些让学生亲自体验科学探究的过程与方法的机会,注重使学生掌握调查、观察、查阅资料、实验、记录、数据处理与分析等科学研究的方法和技能。因此教师所设计的问题应该能够为学生提供动手做、动脑思、动眼看、动耳听、动笔写、或是动用网络、实地考查、动用现代科技手段的机会,让学生的潜能达到最大程度的发挥。

第三,课题的设计应该使每一名学生都得到发展。因此设计的课题既要体现出基础性,又要使其具有一定的探究价值、深度和广度;既能满足基础较差的学生有讨论与探究的可能性,还要让他们从探究中获得乐趣,同时还要使基础较好、富有观察力与创造力的同学有探究的空间,让他们像玩游戏一样,有过了这一关还想过下一关的欲望。

2.课题研究教学要用新的标准来评价

学生对于物理习题的习惯反应是“会”与“不会”,教师对学生的试卷、作业则总以“对”“错”来评判。课题研究对于不同学生的区分不是会不会做,也不是做对还是做错,而是表现在所作研究的不同深度。例如“菜刀上的力学知识”这个课题,要解释刀刃为什么能够切开物体,只用到合力和分力的知识,绝大部分学生都能在一定程度上做出。但是,还有其他方面的问题:细长的刀和短宽的刀用起来是不一样的;用刀时刀把的长短也涉及一些力学问题等等,学生的观察要有一定的敏锐性才会发现这些问题,如果能够进行一定的定性与定量的分析,那就更好了。更进一步,如果用刀“剁”骨头,当刀的前端接触骨头时,手会感到刀把向下震,反之则向上震。有那么一个位置,刀上的这一点剁到物体上时,手感十分轻松。学生能够发现这一点,已经很不简单;如果还能自己找些书来读,学习一点课本上没有的知识并正确分析了这个现象,那就很了不起了。这样的研究课题让绝大多数学生都能参与,同时又给各种程度学生的发展留出了很大的空间。

针对研究课题的这种特点,对学生所做课题研究的评价要有新的标准。例如,要考虑是否提出了新的有意义的问题,对课题的分析是否有独立的见解,所用资料有多少是自己收集的,是否用到了课堂上、课本上没有讲到的知识,对课题是否作了定量的分析等等。对学生课题研究的评价,不能只给一个简单的分数,要多角度评价学生的学习效果,可以使课堂评价的项目增加一些,当学生在某一方面做得很好时,我们就在这一方面给予他这一方面“A”(优秀)的评价。例如有的同学提出问题特别新颖且具有探究价值,有的同学解答其他同学提出问题较多,我们就在这两方面分别赋予“A”的评价。有的团队合作很成功,团队中的每一位成员都会受到奖励等等。

这样多角度地评价学生,不但能让所有学生都得到发展,还会使每一位同学都能体验到探究的乐趣,成功的喜悦。

3.教师在教学中要成为课题研究的参与者

许多教师看到这些课题时的第一个反应就是,我们自己还不懂,怎么教学生?研究课题本来就没有唯一正确的答案,它的解答会因场合不同、时代不同、要求不同、观念不同、学生不同而有变化,让教师精通所有的课题是不可能的,也是不需要的。教师应该是学生的导师,能对学生的研究方向和研究方法给予指导,而不是回答一切问题的百科全书。教师要成为课题研究的一员,和学生一起参与到课题研究中。要相信学生中蕴藏着巨大的积极性和创造力,教师的任务是把学生的潜能开发出来,同时自己也从中汲取营养。

课题研究涉及的物理知识不一定是传统意义上的重点知识、主干知识,有的课题还是跨学科的问题,它们只能说是与物理学相关的。提出这些问题的着眼点是培养学生的某些意识和能力,主要不是为了使学生学到某些具体的知识,而在于研究的方法和过程。

4.课题研究教学要采用多元化的教学组织形式

第一,自主与合作结合。课题研究所提出的问题既具有针对性,同时又兼顾了基础性、层次性、广度和深度,学习所面临的问题是复杂的,并且有些课题的综合性也很强,单靠个人的自主很难在短时间内完成课题研究,因此要自主与合作相结合。在这里,合作既是学习的手段,也是学习的目的。通过自主学习与合作学习的有机结合,学生可以取长补短,取得高质量的研究效果。与此同时,在共同参与的过程中,学会相互交流与合作,通过交流与合作渗透情感态度与价值观教育,体现出新课程要求的三维目标。

第二,课内课外、校内校外结合,给学生足够的研究空间与时间。对于课题研究这类课型,学习的时间是不能限定太死,必须实行课内与课外、校内校外相结合的方法。在目前的形势下,每周课堂的时间是很有限的,如果只拿出一节课来做一些课题研究,不但达不到培养学生课题研究能力的目的,还会使学生对所研究的问题和所学的知识似是而非。像“桥梁的设计”这个课题,我们可以将问题设计好,让学生充分利用好课余的时间通过各种方式了解生活中常见的一些桥梁,在获得大量资料的基础上,再在课堂上进行交流讨论。再如“生活中的圆周运动”里涉及的火车轨道、火车轮的构造对火车转弯的影响,我们可以通过周末布置作业的形式,让学生带着照相机或是录像机到火车站去实地考察一下,这样做不但能解决课内时间不足的困难,而且还能够促进学生的课外学习,丰富学生的课外生活,提高学生的学习兴趣,将课堂向外延伸。

第三,间接调查与直接调查相结合。课题研究一种最重要的方法就是调查法,刚开始就要给学生一些暗示或是提示,告诉他们调查的方式有很多,可以采用间接调查法也可以采用直接调查法。当有些地方由于时间或是空间的限制,可以采用间接调查法,即通过向他人询问或是网上查阅等方式来获得自己想得到的东西,也可以通过分发调查问卷的方法来获得自己想要的信息。而对于一些条件允许的调查,我们就应采用实地考查的方法,用照相机或是录像机将相关信息记录下来,获得第一手资料,再根据获取的资料进行研究、分析。

5.处理好课时少和学生研究内容分散的矛盾

课题研究一般都是课内外相结合的,课堂上只是一个交流、分享、探究、辩论、总结的环节,大量的工作是在课外做的,也就是说教师要提前设计研究方案和研究内容,让学生在有选择的基础上明确目标,然后利用周末的时间做大量的有关搜集、调查、设计、研究、合作、整理、分析、数据处理、实验等方面的工作。如果是一个大的综合性课题,我们也可以联系各专业老师利用研究性学习连排的两节课时间对这个课题研究的过程进行交流、分析,所有老师的共同参与会让课堂的气氛更和谐、更具有趣味性、更具有合作的意识、更具有探究的价值,也更能体现出“自然—物理—社会”这一主题。

 

(《山东教育》20113月第8期)