基于物理習題的研究性學習初探

顧永健

(江蘇省蘇州工業園區星澄學校 215122)

“研究性學習”是指學生在教師的指導下，確定研究內容，用類似科學研究的方式，主動地獲取知識、應用知識、解決問題的學習活動.通過“研究性學習”既可以培養學生善于發現、勇于探索、勤奮鉆研、求真務實的科學態度，又可以培養學生不畏艱辛、百折不撓的優良品質，從而提高學生的科學素養.

初中物理教學中，供學生進行研究性學習的內容可以是課內的，也可以是課外的；可以與學生生活密切相關，也可以來自社會現實生活.筆者認為，雖然進行生產生活內容的研究比較貼近學生實際，符合學生興趣、愛好，但由于學生自身的知識結構、研究能力等各種條件的限制，研究往往浮于表面，不能深入.而學生通過對課本知識的學習，具備了繼續研究物理問題的條件，能夠對研究性性學習深入開展下去.因此，在物理教學中我們進行以物理習題為載體，引導學生進行研究性學習體驗的探索，以期能更廣泛地促進學生自主學習能力，并逐漸達到將研究性學習固化為學生重要學習方式的目的.

一、選好課題，進行研究性學習的開始

課題的選擇，是研究性學習的起點.有些內容，在教師眼里很簡單，但學生都是第一次接觸，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.教學中我們只要對相關的學習內容進行挖掘, 就能提出一些較有價值的研究課題，學生很容易進入研究的氛圍中.

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？還是有新的關系？

方法：①在調節天平橫梁平衡后，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，測出某一物體的質量m1(把這一質量視為該物體的標準質量)；②移動游碼到其標尺最左端的“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量m2與標尺上游碼所指示的質量m3；③從數量的角度考查m1和m2、m3之間的關系.

現象：m1=m2-m3.

結論：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行一下對比，不難發現課本上使用說明書所規定方法的 “高明”之處，因為絕大多數人習慣使用右手，測量時物體只要放一次，而頻繁地增減砝碼，從而導致“右撇子”更順手，更方便.

二、研究內容要和學生的知識水平相適應

研究性學習的內容必須讓學生看得懂、經過努力做得出，即要讓大多數學生“跳一跳摘果子”.在所學知識的基礎上，學生通過對問題的深入研究，能夠體驗科學家的思維過程，從而更扎實地掌握所學知識.同時，由于研究性學習是問題解決的學習，學生面臨復雜的問題時, 可以通過同學間的合作和研究，取長補短，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量，然后在杯中放入適量水，測出它們的總質量，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？

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.因此可以改進方案，盡可能減小誤差.

三、研究過程要能聚集學習內容

獲取知識的目的是為了應用知識，進行研究性學習的目的是要培養學生基本的研究方法，這包括學習如何收集、處理和提取信息、如何運用知識來解決問題等.研究性學習的過程是學生不斷消化新知識、構建新知識的過程，學生可以深入地了解知識的產生與發展，掌握研究問題的一般方法，達到以解決問題來聚集學習內容的目的.

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測算電壓，或電壓表與電阻并聯測算電流外，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、導線若干、電源.如圖1，利用串聯電路中閉合開關可以將某一部分電路發生局部短路，使電壓表的測量范圍發生變化.

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、導線若干、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、導線若干、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、導線若干、電源.如圖4，利用替代法，當S合向A，讀出電流表的示數；然后S合向B，調節R0使兩次電流表的示數相同，則RX與電阻箱阻值R0相同.

四、研究范圍從課內走向課外，解決生活中的問題

研究性學習強調的是學生把學到的基礎知識、掌握的基本技能應用到實際問題的解決中去.它特別關注人類生存的環保問題、能源問題、人與自然的關系問題、科技術問題等等.這些有利于引導學生走出課堂、走向社會、關心社會,從而培養學生的喜歡質疑、樂于探究、努力求知的品質，使學生獲得持續發展的能力.

例4 夜間摸黑找開關非常不便，小明在學習簡單電路后，進行了設計.開關斷開時，指示燈L1亮而房間燈L2不亮；開關閉合時，指示燈L1不亮而房間燈L2亮.試畫出小明設計的電路圖？

研究思路小明的設計電路如圖5所示.前幾年，這種帶夜間指示燈的開關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退出了市場，什么原因？

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

每天多消耗的電能

W=Pt=2.28W×20h=0.046kWh，

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

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

古人云：“授之于魚，不如授之于漁”，我們給學生知識，學生只能用一時，而我們多給學生一種方法，學生就會一生受用.以物理習題為載體，引導學生進行研究性學習，促成知識與學生的發展“相遇”，實現知識意義和力量的增加.我們的教學實踐也僅僅處于起步階段，物理教學中，可供學生進行研究性學習的方面還很多，值得我們去進行更廣、更深的研究.