“促进自主探究—高中物理开展课题研究的实践与探索研究”课题研究报告

八、课题研究的成果

（一）理论成果

1．开发了高中物理课题研究的内容

（1）物理课题研究内容开发的思路

①.认真钻研新课程标准、新教材，了解学生实际以及生活和生产中的各种信息，收集可利用的素材，选择课题内容（探索性物理实验、科技制作、新科技问题的学习报告、物理学史研究、社会调查、扩展性学习等）。

注意选题的基本原则：

需要性原则：指选题必须着眼于社会实践的需要、科学技术发展的需要。

创造性原则：指选题应具有创造性，即课题应是前人没有解决或解决得不够好的问题，能达到前人没有达到的新水平。

科学性原则：指选题必须具有事实根据或科学理论根据，体现一种实事求是的精神，保证工作方向的正确性。

可行性原则：指选题要从主、客观条件考虑有没有实现的可能性，要量力而行，不能脱离本身的知识水平和实际能力。

②.根据不同年级和不同能力层次的学生，创设问题情境，向学生提出课题或指导学生提出课题。注意选题要适应差异，发展特长；高一要上好指导课，使学生了解课题研究的过程和要求，课题内容主要是探索性物理实验和所学物理知识在实际问题中的应用研究；高二物理课中的课题研究要求要高一些，学生应在独立思考、深入探究、团结协作等方面加强训练，课题内容主要是科学原理在社会问题中的应用研究；高三进行开放的综合课题研究。

③.深入开展对课题研究课程的理论研究，使课题研究的内容设计得更合理、更科学。

（2）课题研究内容的特点

①.课题与探索性实验相衔接

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，要先学习这个知识点，实验前学生已经知道相应曲线的形状，实验后假若有的点不在这条曲线上，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.课题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：阿尔法磁谱仪与暗物质”等几个课题也都和科技与环境的最新热点有关。

③.课题与社会问题相衔接

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？也许这里面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，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。

④.课题与其他学科相衔接

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。

2. 明确了学生应如何设计有价值的课题研究问题

（1）要明确课题问题

学生可以发现很多课题问题，但这些问题有时可能是模糊不清的，需要我们对学生进一步加以明确。明确课题问题可以从以下几个方面去考虑：

１）         问题本身是否明确？

２）         提出的课题问题是否具有价值？

３）         要解决这些课题问题将会遇到哪些问题，将会受到哪些限制？

①.课题问题本身是否明确

一个课题问题是否明确可以从以下几个方面去判断：问题表达是否明确、问题产生原因是否明确、提出问题的目的是否明确。

例：分析下面几个问题，看它们是否明确？

1）能否设计一个能回收天空中常常出现的不明飞行物的产品？

常常出现吗？——不见得

不明飞行物是什么？——设计的对象不明确

2）怎样才能将冬天下的雪都有效地利用起来？

利用在哪些方面？全部都利用？——问题太大。目的不明确

②.提出的课题问题是否有价值

      1) 所提出的问题是否遵循了基本的科学原理？

      例：能否制造出一个不用能源就能工作的仪器？（永动机）

      2) 迄今为止，能否确认该问题尚未得到充分的解决？

      例：如何更加有效地利用太阳能？

      3) 在你调查范围里，该问题是否具有普遍意义？在更广的范围内，这个问题是否有意义？

例：能否去火星上种果树？

4）现有的技术能否解决这个问题？技术发展以后呢？

例：能否下雨天不带伞但也不会淋湿身体？

5）解决该问题所需的投入是多少？投入与产出的比是否理想？

例：能不能把水“变成”油？

      上面是通过主观的判断问题是否有价值，但不一定准确。因此还需要借助于一些研究手段进行辅助分析（信息收集、调查分析等）。

      样例：