物理教材课题的研究论文

物理教材课题的研究论文

　　按照大纲的规定，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”项目并列出了大纲给出的课题示例．

　　在高级中学开展课题研究，是全面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、语言文字表达能力以及团结协作能力的重要环节．这项活动还有利于培养学生独立思考的习惯，激发学生的创新意识．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．

　　教师应该对课题研究进行指导，但要避免给出具体的步骤和方法．要鼓励学生采用不同方法，提出不同见解．

　　研究课题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，教师和学生可以从中选用，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．

　　课题的研究成果可以是小论文、科学报告，也可以是制作的仪器、设备．

　　课题研究应该以课内课外结合的形式进行．大纲为每个课题划出了4个课时，教学中必须保证，其中应有两个课时用于学生间的汇报和交流．

　　有关课题研究的一些问题说明如下．

　　1.课题中有一些探索性实验

　　以往的学生实验，除了某些单纯的技能训练性实验外，主要有两大类，一类是验证性实验，即在学过相应的知识之后通过实验进行验证，例如“验证牛顿第二定律”、“验证机械能守恒定律”……另一类则是知识的应用，例如“用双缝干涉测光的波长”、“测定电源的电动势和内阻”……这两类实验的前提都是认为学生已经掌握所涉及的知识，因此实验的目的不是探索新的知识．这些实验对于培养学生获取新知识的能力，激发他们的创新精神，没有很大的作用．

　　探索性实验课题是为弥补这些不足而设立的．以“研究弹簧振子的周期和小球质量的关系”为例．教学大纲并不要求学生学习这个知识点，因此实验的前提是学生不知道振子的周期和小球质量的定量关系．做这个实验时，学生在测出若干组数据后列表，在坐标纸上描点，作出拟合曲线，用相应的函数表达这条曲线．如果再换其他几个弹簧做这个实验，还可以进一步解释函数式中参数的物理意义……

　　按照过去对于验证性实验的处理，必须先学习这个知识点，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，则要分析出现误差的原因．但是，在这个研究课题中，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也许能用某个二次函数来近似地表示．在这种想法的鼓舞下，有些学生会尝试作出T2和m的关系曲线，在这之后就会明确地得到周期与小球质量的定量关系．

　　在验证性实验和探索性实验这两种不同的作法中，实验内容可能相似，但是按照两种不同的思路去设计，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，学会这个方法将使学生在今后的工作中受益无穷．大纲安排这个实验，目的是进行研究方法的教育，而不是为了多学一个知识点．“研究影响滑动摩擦力的因素”、“研究材料的保温性能”也是这样的课题．

　　2.许多课题没有惟一正确的答案

　　实践中的技术问题大多没有惟一正确的答案，只能从不同的角度、不同的需要权衡利弊进行评价．我们过去的科学技术教育却把这样复杂的事情简单化了：要么对，要么错，没有选择．这种教育培养出来的人脱离实际，思想方法绝对化，不能适应社会的需要．大纲有意识地选取了一些没有惟一正确答案的课题，目的是弥补这方面的不足．

　　“估测压力锅内水的温度”可以通过测量限压阀的质量而知锅内的压强，进而查表得知水的温度；但是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；还可能有别的办法．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，都要研究．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．这些工作在以往的中学科学教育中从未有过．

　　过去我们认为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，有助于使学生认识科学研究的过程，激发探索的热情，培养创新精神，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这样两种学术观点……

　　实验性课题中有一些技术问题，学生们的处理方法也肯定不会一致．例如在“研究弹簧振子的周期和小球质量的关系”中，由于课堂演示所用振子的周期太小，阻尼太大，不能用来进行这个实验．解决这个问题并不难，可以选用较软的弹簧，并去掉滑动轴．但这时如果水平放置就要解决小球的支撑问题，如果竖直放置则应解决弹簧下垂的补偿问题．学生可以想出多种办法，这些办法各有特点，需要讨论和评价．

　　3.一些课题是跨学科的

　　氟利昂不是一种单纯的化学物质，其中有的成份能够破坏臭氧层，有的不能．无氟冰箱中制冷剂的化学成份是什么?它有什么物理性质和化学性质?制冷的机理是什么?学生们在“科普报告：从电冰箱到臭氧层”中可以进行讨论．

　　“调查研究：灶具的演变”要求研究柴灶、煤球炉、蜂窝煤炉、液化气灶、煤气灶(天然气灶)、电炉、电磁灶、微波炉的燃烧原理(加热原理)和效率，比较燃料的燃烧值．“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．这些也是跨学科的课题．

　　大纲列入了这些课题，希望有助于使学生加强综合运用所学知识的意识和能力．

　　4.与新科学技术相衔接

　　怎样缩小中学物理课程与当代新科技的距离，这个问题一直没有很好地解决，有几个研究课题打算在这方面进行一些尝试．

　　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(轮毂)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．这种情况下大部分机械能消耗在摩擦片与轮盘的摩擦上．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．“刹车时车轮被抱死的利与弊”就是基于这种考虑设计的．

　　“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”等几个课题也都和科技与环境的最新热点有关．

　　5.拉近了物理学与实际问题的距离

　　我们的中学物理教育一直重视理论知识在技术中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，表现之一是对于物理规律、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．例如，教科书一直说滑动摩擦力的大小跟压力成正比，与接触面积无关，但是通过“研究影响滑动摩擦力的因素”这个课题就会看到，实际情况与这种说法是有较大偏差的．

　　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．“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．

　　6.一些课题与社会问题密切相关

　　大纲修订版在选择研究课题时注意了科学技术与社会问题的联系．例如，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?许多报导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，黑种人更是与它无缘．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?研究课题为这类问题的深入讨论留出了很大的空间．

　　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．过去在物理课中只讲物理原理，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，我们的学校教育应该为学生做这方面的准备．

　　7.要用新的标准来评价课题研究

　　学生对于物理题的习惯反应是“会”与“不会”，物理教师对学生的试卷、作业则总以“对”“错”来评判．这次大纲推荐的研究课题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……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，对学生所做工作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……对学生的工作应该给予总体的评价，指出其特点与不足，不能只给一个简单的分数．

　　8.教学相长

　　许多教师看到这些课题时的头一个反应是：我们自己还不懂，怎么教学生?这里有一个教育思想转变的问题．研究课题本来就没有惟一正确的答案，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，要让教师精通所有这些课题本来就是不可能的．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，但是教师不是回答一切问题的百科全书．要相信学生中蕴藏着巨大的积极性和创造力，教师的任务是把它们开发出来，同时自己也从中汲取营养．

　　研究课题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，有的课题甚至不是纯粹的物理学问题，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，主要不是为使学生学到某些具体的知识．在带领学生做课题研究时，这点应该十分重要.