大學(xué)物理課堂研究性教學(xué)的探索

單 晶

（遼寧大學(xué) 物理學(xué)院，沈陽(yáng) 110036）

0 引 言

教育是一項(xiàng)面向未來(lái)的事業(yè)，是對(duì)學(xué)生啟智、育德的實(shí)踐活動(dòng)。世界科教文組織總干事馬約爾說(shuō)過(guò)一句富有哲理的話；“我們留下一個(gè)什么樣的世界給子孫后代，在很大程度上取決于我們給這個(gè)世界留下什么樣的子孫?！蔽覀円ㄔO(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，就要求我們我們的高等教育培育善于研究、巧于創(chuàng)新的大學(xué)生，才能完成這樣的使命。

1 大學(xué)物理課堂研究性教學(xué)研究的緣起

課堂是學(xué)校教育的主陣地，傳統(tǒng)的大學(xué)課堂重知識(shí)灌輸，輕學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的教育。這種做法“貌似科學(xué)，卻沒(méi)有揭示出教育的根本問(wèn)題，教育行為和它的實(shí)質(zhì)被忽視、被放棄”。因此發(fā)達(dá)國(guó)家高等教育改革的共同趨勢(shì)是在教學(xué)方法功能上由教給知識(shí)到教會(huì)學(xué)習(xí)，在教學(xué)方法指導(dǎo)思想上推行研究式。我國(guó)要趕超發(fā)達(dá)國(guó)家，首先要在教育上趕超發(fā)達(dá)國(guó)家，為科技發(fā)展儲(chǔ)存人才后備軍。

2 大學(xué)物理課堂研究性教學(xué)的概念

大學(xué)物理課堂研究性教學(xué)是指在課堂教學(xué)過(guò)程中讓學(xué)生參與部分的研究工作，教學(xué)中以問(wèn)題為載體，創(chuàng)設(shè)一種類似于科學(xué)研究的情境，讓學(xué)生通過(guò)收集、分析和處理信息來(lái)實(shí)際體驗(yàn)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程，進(jìn)而學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。不難看出，大學(xué)研究性教學(xué)的實(shí)質(zhì)是將科學(xué)領(lǐng)域的研究引入課堂，使學(xué)生經(jīng)過(guò)類似科學(xué)研究的過(guò)程來(lái)理解科學(xué)概念和科學(xué)規(guī)律的實(shí)質(zhì)，并培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究能力的一種教學(xué)方法［1］。

大學(xué)研究性教學(xué)立足于大學(xué)教材，具有明確的教學(xué)目標(biāo)，是為培養(yǎng)學(xué)生的研究能力而精心設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)活動(dòng)。研究性教學(xué)不是把現(xiàn)成結(jié)論告訴學(xué)生，而是以大學(xué)教材中蘊(yùn)含的科學(xué)方法和科學(xué)思想為核心，學(xué)生在教師指導(dǎo)下自主研究和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，用研究的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，直至得到結(jié)論，為日后從事任何工作所需要的研究能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

3 大學(xué)物理課堂研究性教學(xué)的原則

3.1 參與的全體性

在研究性教學(xué)中，教師應(yīng)不做過(guò)多講解，鼓勵(lì)平常發(fā)言少的學(xué)生參與到課堂研究中來(lái)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可讓學(xué)生習(xí)慣利用說(shuō)明書指導(dǎo)自己做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生掌握了這種自學(xué)方法，將使他們終生受益［2］。

3.2 教師的傾聽性

教師應(yīng)注意傾聽學(xué)生的表述，以了解學(xué)生認(rèn)識(shí)上的偏差，洞察他們這些想法的由來(lái)。通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生間的相互質(zhì)疑和交流，發(fā)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)背景中已經(jīng)擁有和仍然欠缺的東西，以調(diào)整講課和指導(dǎo)方向。

3.3 學(xué)生的體驗(yàn)性

研究性教學(xué)要重視讓學(xué)生在親歷的研究中，既經(jīng)歷成功的喜悅、也經(jīng)歷挫敗的磨難，這其中的感受和體驗(yàn)是他們理解科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)精神的意義與價(jià)值的寶貴基礎(chǔ)，使學(xué)生學(xué)到許多有意義的東西。

3.4 小組的合作性

研究性教學(xué)需要學(xué)生們合作、交流和各種協(xié)調(diào)一致的嘗試，學(xué)會(huì)準(zhǔn)確地與人交流，向別人解釋自己想法的由來(lái)，傾聽別人的意見，善待批評(píng)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以獲得更高質(zhì)量的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生這種客觀開放精神的養(yǎng)成并非易事，要靠長(zhǎng)期訓(xùn)練才能得到［3］。

3.5 方式的多樣性

研究性教學(xué)和傳授式教學(xué)并不是完全對(duì)立的兩種教學(xué)方式，教學(xué)中兩者應(yīng)該相輔相成，相得益彰，將過(guò)去的單靠教師講授轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒g的多向互動(dòng)，讓學(xué)生做到學(xué)、思、疑、問(wèn)、辯相結(jié)合，在獲得新知識(shí)的同時(shí)，掌握到研究的方法，體驗(yàn)到研究的快樂(lè)。

4 大學(xué)物理課堂研究性教學(xué)的設(shè)計(jì)思路

4.1 啟發(fā)為指導(dǎo)

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，沒(méi)有學(xué)生的“心求通”、“口欲言”，就沒(méi)有學(xué)生積極主動(dòng)地思考，教師的啟發(fā)也成毫無(wú)價(jià)值的無(wú)效勞動(dòng)。沒(méi)有教師啟發(fā)誘導(dǎo)，學(xué)生就不能從“憤悱”狀態(tài)達(dá)到豁然開朗境界。

4.2 學(xué)生為主體

課堂研究性教學(xué)要充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生群體的互補(bǔ)性，使學(xué)生在研討、爭(zhēng)論的環(huán)境中，批判性地去思考與接受知識(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師僅在學(xué)生思維或操作發(fā)生障礙時(shí)作適當(dāng)點(diǎn)撥。

4.3 方法為主線

研究性教學(xué)中，教師要致力于盤活學(xué)生的思維，實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生既學(xué)習(xí)到科學(xué)的結(jié)論，更主要的是學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法。讓學(xué)生學(xué)習(xí)到他們離開學(xué)校后，面對(duì)陌生的領(lǐng)域能夠獨(dú)立找到答案的方法［4］。

4.4 情感為動(dòng)力

研究性教學(xué)中，教師要充分尊重學(xué)生，善于啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，滿足學(xué)生的求知需求，鼓勵(lì)學(xué)生“自圓其說(shuō)”，使學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)能夠勤于動(dòng)手，樂(lè)于探究，形成融洽、寬松、合作的學(xué)習(xí)環(huán)境。

5 大學(xué)物理課堂研究性教學(xué)的模式研究

5.1 實(shí)驗(yàn)探究模式

5.1.1 實(shí)驗(yàn)探究模式的涵義

所謂實(shí)驗(yàn)探究模式，是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，運(yùn)用已有的知識(shí)和技能，通過(guò)自己設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)操作，去解決問(wèn)題和探索結(jié)論的一種教學(xué)模式［5］。

5.1.2 實(shí)驗(yàn)探究模式的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)探究模式以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，為學(xué)生提供了更多參與的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生能充分展示自己的才華。學(xué)生在不斷解決問(wèn)題、不斷克服困難中，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和創(chuàng)新潛能，加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和科學(xué)精神的理解，使教與學(xué)達(dá)到和諧的統(tǒng)一［6］。

5.1.3 實(shí)驗(yàn)探究模式的基本程序

1）提出問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)探究模式的問(wèn)題主要應(yīng)由學(xué)生提出。例如在學(xué)習(xí)和研究剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能定理時(shí)，學(xué)生就明顯地發(fā)現(xiàn)了物體的動(dòng)能變化并不等于它的勢(shì)能變化。這時(shí)教師啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)在我們的研究對(duì)象是剛體，還應(yīng)該考慮剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能［7］。

2）實(shí)驗(yàn)探究。有了要解決的問(wèn)題，學(xué)生便躍躍欲試，想通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究解決問(wèn)題途徑。教學(xué)中要讓學(xué)生充分討論，教師則幫助修改和選擇，以設(shè)計(jì)出最佳實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生幾人一組實(shí)驗(yàn)探究，教師啟發(fā)、指導(dǎo)［8］。

3）獲得結(jié)論。實(shí)驗(yàn)探究后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)和材料進(jìn)行分析，讓他們?cè)诨ハ嘟涣髦邪l(fā)表各自的見解，逐步形成統(tǒng)一的正確結(jié)論。例如此案例中，大部分小組都能夠在教師指導(dǎo)下，用剛體轉(zhuǎn)動(dòng)研究?jī)x通過(guò)測(cè)量物塊下落的高度和時(shí)間，可以間接測(cè)得物塊對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)剛體所作的功；通過(guò)計(jì)算剛體的角頻率可以得到剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的增量。兩者相比較，就發(fā)現(xiàn)合外力對(duì)剛體所作的功等于剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的增量這樣的剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理，使學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)過(guò)渡到理性認(rèn)識(shí)［9］。

5.2 溯源法模式

5.2.1 溯源法模式的涵義

溯源法模式指在物理研究性教學(xué)中，有意識(shí)地讓學(xué)生查閱物理學(xué)發(fā)展史上與某一定律的建立過(guò)程有關(guān)的材料。通過(guò)追溯科學(xué)家當(dāng)時(shí)的研究過(guò)程，從而認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律，體會(huì)科學(xué)家一步一步解決困難和挫折的艱辛，以及隱藏在這些歷程后面的科學(xué)思考，從而既獲得了知識(shí)，又獲得了物理學(xué)研究的方法，受到了情感、態(tài)度與價(jià)值觀的教育［10］。

5.2.2 溯源法模式的優(yōu)點(diǎn)

溯源法模式使得學(xué)生獲得了與歷史上科學(xué)大師相互對(duì)話的機(jī)會(huì)，幫助學(xué)生了解了大師們思考問(wèn)題的方式方法，體驗(yàn)了大師們不畏艱辛探索科學(xué)真理的大無(wú)畏精神，幫助學(xué)生掌握了科學(xué)的研究方法，這遠(yuǎn)比掌握具體的科學(xué)知識(shí)更有實(shí)際意義。

5.2.3 溯源法模式的基本程序

1）創(chuàng)設(shè)情境。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)識(shí)經(jīng)驗(yàn)和能力水平，有意識(shí)地提出激發(fā)學(xué)生“溯源”的問(wèn)題，使之樂(lè)于探索。例如學(xué)習(xí)德布羅意波過(guò)程中，教師提出光具有波粒二象性，其他實(shí)物微粒子如原子、電子是否也具有同樣的性質(zhì)呢？課下希望同學(xué)們帶著這個(gè)問(wèn)題上網(wǎng)或到圖書館查閱德布羅意是如何解釋這個(gè)問(wèn)題的，又是如何被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的？

2）溯源研究。溯源研究過(guò)程既是學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程，也是體驗(yàn)科學(xué)家艱苦探索科學(xué)真理心路歷程的過(guò)程，尤其是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維方法訓(xùn)練的過(guò)程。讓學(xué)生在追溯物理知識(shí)和發(fā)現(xiàn)真理中體會(huì)到物理定律是寶貴的，研究物理定律的科學(xué)思維和科學(xué)方法更是寶貴的。例如學(xué)生通過(guò)查找資料，發(fā)現(xiàn)德布羅意把光學(xué)中對(duì)波和粒子的描述，應(yīng)用到對(duì)實(shí)物粒子的描述上。后來(lái)美國(guó)科學(xué)家戴維孫和革末在他們的實(shí)驗(yàn)中，由于對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象細(xì)致的觀察和認(rèn)真、徹底的追究，竟意外地發(fā)現(xiàn)和證實(shí)了電子波的存在［11］。

3）知識(shí)獲得。在學(xué)生獲得知識(shí)的過(guò)程中，教師要真正落實(shí)學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生在探究中學(xué)會(huì)求知。并通過(guò)師生之間、生生之間的交流，產(chǎn)生教與學(xué)的協(xié)同作用，從而提高教學(xué)效率。例如該專題學(xué)生根據(jù)收集的資料，總結(jié)出來(lái)物質(zhì)波的強(qiáng)度與波振幅的平方成正比，與該處粒子出現(xiàn)的幾率成正比。

5.3 專題研究模式

5.3.1 專題研究模式的涵義

專題研究指在物理研究性教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，選擇一個(gè)學(xué)生能夠駕御得了的專題，教師不提供問(wèn)題的答案，只提供研究的問(wèn)題和研究條件，由學(xué)生自己設(shè)計(jì)研究方案、設(shè)定研究工作方法和研究步驟，自己得到并驗(yàn)證結(jié)論，教師只做參謀的一種教學(xué)方法。

5.3.2 專題研究模式的優(yōu)點(diǎn)

專題研究模式中學(xué)生可以走出教室，自主開發(fā)各種資源，有利于拓寬學(xué)生獲取信息渠道，使學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)方案、親自探究并自主獲得結(jié)論。有利于改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式，全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

5.3.3 專題研究模式的基本程序

1）專題選擇。研究專題的選擇應(yīng)符合學(xué)生的認(rèn)知水平和能力水平，有利于幫助學(xué)生理解物理學(xué)科基本的科學(xué)思維方法，有利于引導(dǎo)學(xué)生掌握學(xué)習(xí)物理的基本方法，又能充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，使教師能夠自如地駕馭研究專題。例如碰撞問(wèn)題的基本原理就適于學(xué)生做專題研究。

2）專題研究。學(xué)生在課外時(shí)間到學(xué)校的圖書館或互聯(lián)網(wǎng)，查閱與該專題有關(guān)的背景知識(shí)、已經(jīng)取得的研究成果以及現(xiàn)在尚存的問(wèn)題和最新動(dòng)向。在各小組初步討論基礎(chǔ)上確定研究目標(biāo)，設(shè)計(jì)研究方案。例如此案例學(xué)生在力學(xué)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)、探究，就能清楚在碰撞過(guò)程中合外力為零，動(dòng)量守恒。當(dāng)恢復(fù)系數(shù)e＝1，無(wú)機(jī)械能損失，為完全彈性碰撞。當(dāng)恢復(fù)系數(shù)e＝0時(shí)，此時(shí)兩球碰撞后不分開，為非完全彈性碰撞。

3）專題討論。以小組為單位展示研究成果，以班級(jí)為單位對(duì)研究成果進(jìn)一步討論與交流。例如該專題可組織學(xué)生討論完全彈性碰撞中動(dòng)能是否守恒？大部分學(xué)生可能說(shuō)完全彈性碰撞中動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒，當(dāng)然動(dòng)能守恒。然而在教師啟發(fā)下，學(xué)生經(jīng)過(guò)討論認(rèn)識(shí)到：說(shuō)一個(gè)“物理量守恒”，應(yīng)指這一物理量自始至終都保持不變。而完全彈性碰撞中的兩球壓縮階段，兩球的動(dòng)能逐漸減少，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的彈性勢(shì)能；兩球分離階段，系統(tǒng)彈性勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為兩球的動(dòng)能。由于有彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化參與其中，因此動(dòng)能不守恒。正確說(shuō)法應(yīng)是“完全彈性碰撞中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒和碰撞前后動(dòng)能相等”。

6 結(jié) 論

大學(xué)課堂實(shí)行研究性教學(xué)的實(shí)質(zhì)是將科學(xué)領(lǐng)域的研究引入課堂，使學(xué)生經(jīng)過(guò)類似科學(xué)研究的過(guò)程來(lái)理解科學(xué)概念和科學(xué)規(guī)律的實(shí)質(zhì)，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究能力和創(chuàng)新能力。為此，大學(xué)物理課堂研究性教學(xué)應(yīng)該使用實(shí)驗(yàn)探究模式、溯源法模式和專題研究模式，從而達(dá)到教學(xué)中注重學(xué)生的體驗(yàn)，突出學(xué)生的參與，從而使學(xué)生形成善于質(zhì)疑、樂(lè)于探究、勤于動(dòng)手的學(xué)習(xí)習(xí)慣和人格特征。

［1］劉孝書，劉華.復(fù)變函數(shù)教學(xué)中開展研究性教學(xué)的實(shí)踐與探索［J］.科技信息，2010（3）：4－5.

［2］鄭曉光.在物理課堂教學(xué)中開展研究性教學(xué)的嘗試與探討［J］.白城師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，22（6）：83－86.

［3］物理工作室.關(guān)于高中物理課程改革的幾個(gè)問(wèn)題［EB／OL］.［2010－05－09］.http：∥www.phynet.cn／wllw／zhongxuelunwen／1550.html.

［4］周小山，嚴(yán)先元.新課程的教學(xué)設(shè)計(jì)思路與教學(xué)模式［M］.成都：四川大學(xué)出版社，2010.

［5］錢宏達(dá).談研究性學(xué)習(xí)教學(xué)模式的構(gòu)建［J］.教育發(fā)展研究，2001（2）：48－49.

［6］張思寒.如何實(shí)施探究性教學(xué)將探究性學(xué)習(xí)引入課堂［D］.武漢：華中師范大學(xué)，2004.

［7］曾志旺.探究性學(xué)習(xí)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.學(xué)科教育，2001（9）：22－25.

［8］薛彬，呂斌.新課程理念下中學(xué)探究式教學(xué)實(shí)施初探［J］.吉林教育，2008（18）：210－211.

［9］趙文文.探究性教學(xué)模式在物理課堂教學(xué)中的實(shí)踐與體會(huì)［J］.科教文匯，2009（6）：174－175.

［10］劉茂軍.研究性教學(xué)模式一例：溯源法模式［J］.沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，23（4）：421－424.

［11］薛小麗.淺議探究學(xué)習(xí)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.快樂(lè)閱讀，2011（21）：97－98.