高中物理研究性学习的引导

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  摘 要:研究性学习,它是以培养学生发现问题、提出问题进而解决问题的能力为基本目标的自主学习模式。高中物理研究性学习,它主要从“研究题型方法、研究经典模型、研究二级结论”三方面来加以引导,其目的是培养学生分析与解决物理问题的能力。研究性学习的自主性主要体现在学生课外的自主学习,它可以促进学生学会学习并掌握学习。研究性学习的效益性主要体现为丰富与完善学生的知识与方法结构,从而促进学生在一定的高度、广度与深度来把握课程内容。
  关键词:研究性学习;题型方法;经典模型;二级结论
  研究性学习,它是以培养学生发现问题、提出问题进而解决问题的能力为基本目标的自主学习模式 [1 ] 。能否开展有效的研究性学习,它是学生学习是否进入深层次角色的表现。前些年,研究性学习风靡一时,然而几年后却逐渐受到大多数学校的冷落,其主要原因是研究性学习的内容与课程内容相分离。当新课程实施后,研究性学习几乎被探究性学习所取代,因为探究性学习的内容就是课程内容,而且适用于有限时间的课堂学习。必须指出,探究性学习是教师现场指导下的只注重过程而不重结果的学习模式,然而如果将课外的研究性学习与课程学习有机结合,那么作为自主性与重结果特点优于探究性学习的研究性学习模式,它对促进学生的课程学习仍有着重要的意义。
  研究什么与怎样研究是学生开展课程研究性学习的难点问题,因此它离不开教师的有效引导。本文就如何引导学生开展高中物理研究性学习活动,谈谈个人的实践与体会。
  1 研究题型方法,启导思维的流畅性
  针对课程学习的效益,知识与技能水平是其显性体现,也是学业考查的主要内容,尤其是作为未来学习的基础,知识与技能是课程学习的基本目标也是核心目标。从知识与技能水平的体现形式来说,学生解决物理问题能力是课程学习效益的本质内涵。通俗地说,课程学习的落脚点是解题能力的形成。
  解题能力不仅在于学生对物理概念与规律的理解,而且在于学生对题型与方法的把握。如“平抛运动问题”,它所涉及的知识有“平抛运动概念”与“平抛运动规律”,涉及的方法有“运动的分解”与“数学解决物理问题”等方法,对于这些,学生都知道,但对于具体的问题情境,有些学生却束手无策,这就是多数学生所说的“听得懂而做不来”的典型表现。其实,关于“平抛运动”问题,大致可以分为两类,一类是“全过程问题”,另一类是“中间过程问题”。对于“全过程问题”,其解题思路是依据平抛运动的两个分运动的有关公式建立数学关系式。对于“中间过程问题”,其解题策略是由“局部到整体”,解题思路是先对中间过程某时刻的速度进行分解,然后再依据据平抛运动的两个分运动规律分析有关问题。这就是学生在解题中对题型与方法的把握问题,因而它有必要引导学生开展有关的研究性学习。研究题型与方法,它对启导学生解题思维的流畅性有着重要的作用。
  关于题型与方法的研究性学习,它是贯穿在整个高中课程学习中的不同阶段,或某课题学习后,或单元结束,或模块复习过程。如学完“力和运动”单元后,教师就可以引导学生研究并归纳关于“力和运动”的题型与方法问题,如果学生能在题型与方法问题方面归纳出“平面上运动问题”、“斜面上运动问题”、“恒力作用问题”、“变力作用问题”、“瞬时作用问题”、“超失重问题”、“连接体问题”、“图像问题”……等等,归纳的越多,研究就越深入,越全面,对解题的思路与方法把握就越深刻,解题的思维就越流畅,甚至能达到“看完题目就有思路”的效果。
  关于题型与方法的归纳,传统的做法是教师采用专题课教学形式并运用讲练结合的手段来引导,这种教学实质上是教师研究成果的展示。当然,它对学生掌握题型与方法有一定的作用,但与学生开展研究性学习来提升解题能力的效果相比,却有着质的差异。
  2 研究经典模型,启迪思维的深刻性
  物理是研究物质结构、运动、相互作用过程与现象的课程,它所涉及的问题都离不开物体及其相应的条件、状态或过程,对于物体及其相应的环境、状态或过程,我们简称为物理模型 [2 ]。如“匀变速运动”模型,研究对象是物体,条件是受恒力作用,过程是速度均匀变化。课程所研究的问题都是类似于这样物理模型,物理试题是教材中物理模型的演变,因此引导学生研究物理模型是开展物理课程研究性学习的重要方面。
  所谓经典的物理模型,就是指那些能综合多种知识且蕴含着丰富的物理思想与方法的物理事件模型。如关于“力和运动”的“斜面模型”问题,它通常可以分为“物体静置于斜面或匀速下滑”和“物体沿斜面匀加速下滑”这两类情形,它所牵涉到的知识有“物体的平衡”、“速度”、“加速度”、“位移”、“重力”、“弹力”、“摩擦力”、“动量”、“冲量”、“动能”、“势能”、“机械能”等几乎是所有的力学概念知识,所适用的物理规律有“匀变速运动规律”、“牛顿运动定律”、“动能定理”、“动量定理”,而解决问题的物理思想与方法则为:分析物体的运动有“隔离法”,其中又包含着“等效思想”的力的多种分解方法。分析地面对斜面的作用可以是“隔离法”与“整体法”的综合运用,也可以转化为超重与失重问题来处理。可以说,如果学生在对斜面模型问题的内涵与方法有着深刻与全面的认识,那么他就基本掌握了解决所有力学问题的思路与方法。
  引导学生研究经典模型问题,不能仅依据试题中所涉及的问题,而要引导学生在试题问题的基础上再拓展一步或延伸研究。如用绳子系着小球在竖直面内做圆周运动,试题中通常涉及的问题分析为通过最高点和最低点的力学状态。对此,教师就可以引导学生研究分析下面两个问题:(1)小球在其它任意位置时拉力大小的求算;(2)尝试用图像描述小球动能随空间位置的变化。对于问题(1),它涉及到向心加速度概念的扩展与迁移运用,同时又可以促进学生较好地掌握物体做曲线运动时的受力分析方法,虽然超出课标要求,但对培养学生思维的深刻性有着重要的意义。对于问题(2),它能强化学生用数学来解决物理问题的意识并提升数学解决物理问题的能力,思维的深刻性,也体现在物理问题的数学形式演绎方面。   3 研究二级结论,启发思维的创造性
  所谓“二级结论”,它指运用物理概念与物理规律对具体的问题进行分析而得到的通用性的结论称为二级结论 [2 ]。如纯电阻电路,内、外电路阻值相等时电源输出功率最大,即Pm=■。这个结论就是对于纯电阻电路结构模型而运用闭合电路的欧姆定律、简单电路的电流、电压、电阻特点以及功率概念并进行数学形式的演绎而得到的结论,它适用于任何纯电阻电路。“二级结论”是具体问题的本质反映,因此掌握一定数量的“二级结论”,它可以加快解题思维的进程。如“质量相等的小球发生弹性碰撞两者交换速度”的结论就可以简化弹性碰撞中两个数学方程的具体解答过程。
  引导学生研究“二级结论”,教师要交给学生研究的思路与方法。首先要求学生认真审视解题结果或过程结论,分析它们是否具有某种特点。如下面问题:两木块中间用细绳连接,置于光滑的水平面上,在拉力F的作用下两木块做加速运动。对于两物体所受的合力,可求得F1= F,F2= F,认真审视,我们就可以发现,它们所受的合力与本身的质量成正比,这就是结论的特点。其次是研究结论的适用情形,通常采用逐步演变条件来分析。对于上述结论,条件的演变可按如下顺序进行:①两木块紧靠在一起;②水平面与两木块间存在摩擦力;③将水平面变为斜面,分别考虑有无摩擦情形;④将斜面变为竖直面,即向上提的情形。通过这样的演变分析,我们就可以发现这四种情形都具有上述结论,这个过程的研究就是论证结论的通用性。其三是研究结论中有关因素的实质内涵。上述结论中的F是合力,对于上面演变的四种情形,F必须是各种情形中系统所受的合力。
  从上面研究性学习过程可以看出,在“二级结论”的通用性分析中,所体现的思维方式是类比或类推,即根据已知的事物的特征并采用演变的方式来探究新事物,进而从新事物的探究中发现其奥秘,这就是思维创造性的体现。因此,引导学生研究“二级结论”是启发学生创造性思维的良好方式或途径。
  前面已说过,物理试题是教材中物理模型的演变,这就是“二级结论”衍生的背景原因。事实上,不少的物理试题都隐含着某种“二级结论”。这种“二级结论”的普遍性决定了研究性学习的必要性。据此,引导学生研究“二级结论”是促进学生学好物理的重要途径。
  就新课程三维目标而言,研究性学习模式是“过程与方法”目标的有效贯彻,而学生在研究过程中的经历与体验则是课程“情感态度与价值观”目标的构建,作为实现课程学习的“知识与技能”目标,引导学生开展研究性学习,其目的是培养学生分析与解决物理问题的能力。另外,研究性学习的自主性主要体现在学生课外的自主学习,它可以促进学生学会学习并掌握学习。研究性学习的效益性主要体现为丰富与完善学生的知识与方法结构,从而促进学生在一定的高度、广度与深度来把握课程内容。
  参考文献:
  [1]储仲明.高中物理研究性学习[M].北京:龙门书局出版社,2003.
  [2]江昌金,过水根.物理学习方法[M].海口:海南出版公司,2011.
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