基于物理習(xí)題的研究性學(xué)習(xí)初探

顧永健

(江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)星澄學(xué)校 215122)

“研究性學(xué)習(xí)”是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，確定研究內(nèi)容，用類似科學(xué)研究的方式，主動地獲取知識、應(yīng)用知識、解決問題的學(xué)習(xí)活動.通過“研究性學(xué)習(xí)”既可以培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)、勇于探索、勤奮鉆研、求真務(wù)實的科學(xué)態(tài)度，又可以培養(yǎng)學(xué)生不畏艱辛、百折不撓的優(yōu)良品質(zhì)，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

初中物理教學(xué)中，供學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容可以是課內(nèi)的，也可以是課外的；可以與學(xué)生生活密切相關(guān)，也可以來自社會現(xiàn)實生活.筆者認(rèn)為，雖然進(jìn)行生產(chǎn)生活內(nèi)容的研究比較貼近學(xué)生實際，符合學(xué)生興趣、愛好，但由于學(xué)生自身的知識結(jié)構(gòu)、研究能力等各種條件的限制，研究往往浮于表面，不能深入.而學(xué)生通過對課本知識的學(xué)習(xí)，具備了繼續(xù)研究物理問題的條件，能夠?qū)ρ芯啃孕詫W(xué)習(xí)深入開展下去.因此，在物理教學(xué)中我們進(jìn)行以物理習(xí)題為載體，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)體驗的探索，以期能更廣泛地促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，并逐漸達(dá)到將研究性學(xué)習(xí)固化為學(xué)生重要學(xué)習(xí)方式的目的.

一、選好課題，進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的開始

課題的選擇，是研究性學(xué)習(xí)的起點.有些內(nèi)容，在教師眼里很簡單，但學(xué)生都是第一次接觸，第一次將自己置身于陌生的情境中，他們的研究過程將顯得非常有價值.教學(xué)中我們只要對相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行挖掘, 就能提出一些較有價值的研究課題，學(xué)生很容易進(jìn)入研究的氛圍中.

例1 使用托盤天平時，必須左盤放物體，右盤放砝碼.如果放錯了，是否還能測出物體的質(zhì)量？如何測量？

研究思路：可以通過驗證把被測物體放右盤，砝碼放左盤，天平平衡時，存在m物=m砝+m游示呢？還是有新的關(guān)系？

方法：①在調(diào)節(jié)天平橫梁平衡后，把物體放在左盤，在右盤增減砝碼并移動游碼，使天平重新平衡，測出某一物體的質(zhì)量m1(把這一質(zhì)量視為該物體的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量)；②移動游碼到其標(biāo)尺最左端的“0”刻度處，再把物體放右盤，在左盤增減砝碼并移動游碼，使天平又一次平衡，并記錄右盤中所有砝碼的質(zhì)量m2與標(biāo)尺上游碼所指示的質(zhì)量m3；③從數(shù)量的角度考查m1和m2、m3之間的關(guān)系.

現(xiàn)象：m1=m2-m3.

結(jié)論：把被測物體放右盤，砝碼放左盤，天平平衡時存在m物=m砝-m游示.把兩種放置被測物體的測量方法進(jìn)行一下對比，不難發(fā)現(xiàn)課本上使用說明書所規(guī)定方法的 “高明”之處，因為絕大多數(shù)人習(xí)慣使用右手，測量時物體只要放一次，而頻繁地增減砝碼，從而導(dǎo)致“右撇子”更順手，更方便.

二、研究內(nèi)容要和學(xué)生的知識水平相適應(yīng)

研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容必須讓學(xué)生看得懂、經(jīng)過努力做得出，即要讓大多數(shù)學(xué)生“跳一跳摘果子”.在所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，學(xué)生通過對問題的深入研究，能夠體驗科學(xué)家的思維過程，從而更扎實地掌握所學(xué)知識.同時，由于研究性學(xué)習(xí)是問題解決的學(xué)習(xí)，學(xué)生面臨復(fù)雜的問題時, 可以通過同學(xué)間的合作和研究，取長補(bǔ)短，共同提高.

例2 “用天平、量筒測定水密度”的實驗中，先用天平測出空燒杯的質(zhì)量，然后在杯中放入適量水，測出它們的總質(zhì)量，再將水倒入量筒測出體積，計算出水的密度.實驗的方案有什么不足？如何改進(jìn)？

研究思路操作過程中，將水倒入量筒時，燒杯中的水會有剩余，測得的體積偏小.因此可以改進(jìn)方案，盡可能減小誤差.

三、研究過程要能聚集學(xué)習(xí)內(nèi)容

獲取知識的目的是為了應(yīng)用知識，進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的目的是要培養(yǎng)學(xué)生基本的研究方法，這包括學(xué)習(xí)如何收集、處理和提取信息、如何運(yùn)用知識來解決問題等.研究性學(xué)習(xí)的過程是學(xué)生不斷消化新知識、構(gòu)建新知識的過程，學(xué)生可以深入地了解知識的產(chǎn)生與發(fā)展，掌握研究問題的一般方法，達(dá)到以解決問題來聚集學(xué)習(xí)內(nèi)容的目的.

例3 用電壓表測電壓，用電流表測電流，然后用歐姆定律算出電阻的方法，稱為“伏安法”測電阻.若只給其中的一個表，在可以選擇別的器材的條件下，如何測出未知電阻的阻值？

研究思路除了一般的用電流表與電阻串聯(lián)測算電壓，或電壓表與電阻并聯(lián)測算電流外，利用電路的特殊變化，可以找到巧妙的方法.

方法1 選取電壓表、待測電阻RX、定值電阻R0、開關(guān)、導(dǎo)線若干、電源.如圖1，利用串聯(lián)電路中閉合開關(guān)可以將某一部分電路發(fā)生局部短路，使電壓表的測量范圍發(fā)生變化.

方法2 選取電壓表、待測電阻RX、最大阻值為R0的滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干、電源.如圖2，利用電路中滑動變阻器的滑片P處于阻值最大與最小時，電壓表的測量范圍發(fā)生變化.

方法3 選取電流表、待測電阻RX、最大阻值為R0的滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干、電源.如圖3，利用電路中滑動變阻器的滑片P處于阻值最大與最小時，電流表的測量對象發(fā)生變化.

方法4 選取電流表、待測電阻RX、最大阻值為R0的電阻箱、單刀雙擲開關(guān)、導(dǎo)線若干、電源.如圖4，利用替代法，當(dāng)S合向A，讀出電流表的示數(shù)；然后S合向B，調(diào)節(jié)R0使兩次電流表的示數(shù)相同，則RX與電阻箱阻值R0相同.

四、研究范圍從課內(nèi)走向課外，解決生活中的問題

研究性學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生把學(xué)到的基礎(chǔ)知識、掌握的基本技能應(yīng)用到實際問題的解決中去.它特別關(guān)注人類生存的環(huán)保問題、能源問題、人與自然的關(guān)系問題、科技術(shù)問題等等.這些有利于引導(dǎo)學(xué)生走出課堂、走向社會、關(guān)心社會,從而培養(yǎng)學(xué)生的喜歡質(zhì)疑、樂于探究、努力求知的品質(zhì)，使學(xué)生獲得持續(xù)發(fā)展的能力.

例4 夜間摸黑找開關(guān)非常不便，小明在學(xué)習(xí)簡單電路后，進(jìn)行了設(shè)計.開關(guān)斷開時，指示燈L1亮而房間燈L2不亮；開關(guān)閉合時，指示燈L1不亮而房間燈L2亮.試畫出小明設(shè)計的電路圖？

研究思路小明的設(shè)計電路如圖5所示.前幾年，這種帶夜間指示燈的開關(guān)在家庭電路中曾備受“寵愛”，然而在市場上已找不到它的蹤跡它已經(jīng)退出了市場，什么原因？

原來，不管開關(guān)閉合與否，電路中都有電流通過，即電路或多或少地在消耗電能.若L2為標(biāo)有“220V 40W”的燈泡，L1是一個20kΩ的發(fā)光小燈泡.L2每天平均工作4h，則當(dāng)L2不發(fā)光時，此電路每天將浪費(fèi)的電能：

每天多消耗的電能

W=Pt=2.28W×20h=0.046kWh，

則使用此類開關(guān)每年浪費(fèi)的電能W總=0.046kWh×365=16.79 kWh.若市場上都是此類開關(guān)的話，則一年將浪費(fèi)大量電能！

另外，由于電路一直處于接通狀態(tài)，所以當(dāng)更換燈泡時，存在不安全因素.如果人體不小心接觸燈泡、燈座中的導(dǎo)體部分，很容易引起觸電.浪費(fèi)電能加上不安全，正是帶指示燈的開關(guān)被帶有熒光指示條的開關(guān)代替的原因.

古人云：“授之于魚，不如授之于漁”，我們給學(xué)生知識，學(xué)生只能用一時，而我們多給學(xué)生一種方法，學(xué)生就會一生受用.以物理習(xí)題為載體，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，促成知識與學(xué)生的發(fā)展“相遇”，實現(xiàn)知識意義和力量的增加.我們的教學(xué)實踐也僅僅處于起步階段，物理教學(xué)中，可供學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的方面還很多，值得我們?nèi)ミM(jìn)行更廣、更深的研究.