参证材料--物理微课题探究的实践.doc

临安市第21届学科论文中学物理学科微课题、深探究 新课程下课题探究的实践摘要：科学探究是新课改的精髓，但在实施的过程中由于教师的理念、学生的基础、课堂时间的限制等等因素，导致探究教学实施起来困难重重。笔者在教学中实行了微课题课外探究的方法，选择一些与教学内容紧密相关的，有针对性，可操作性强的小课题。具体解决学生学习中遇到的疑难问题。这样既解决了课堂探究的时间问题，又促进了学生的物理学习，锻炼了探究能力。关键词： 微课题 小组探究科学探究原指科学家们研究自然界的科学规律时，所进行的科学研究活动。进入20世纪80年代后，世界各国的基础教育都将科学探究引入学生的学习过程之中，把学生置于动态、开放、生动、多元的学习环境之中，使其在自主学习、自主探索中获得一种新的学习体验。因此，科学探究是学生在物理课堂和现实生活的情境中，通过发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究性活动，获得知识、技能、方法的学习方式和学习过程。传统的培养目标更多地关注学生学到了多少知识，因此传统的教学方式倾向于知识的灌输。这种教学方式过分侧重于知识的传授，缺乏对学生学习兴趣、探究能力以及科学态度方面的培养，致使学生对物理望而生畏，丧失信心和热情，并且这将影响其终身对物理学习的热情和信心。科学探究以学生为中心，适应学生发展的需要。能够体现个体的主体精神，能够提高学生的素质，促进学生终身发展；能够改变现实教学状况，注重学生获取知识的过程，培养终身学习的能力；能够提升学生学习质量，保持学习的兴趣。科学探究是学习的高境界，是富有生成意义的发展性学习的主要标志，是“以发展为本”的现代教学价值观的主要内涵。新课程标准中明确提出了“科学探究即是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。” “学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。得到成功的体验，享受成功的愉悦，激发学习的热情和责任感。”一 实际教学中遇到的问题然而在实际教学中，探究教学实施起来困难重重。1课堂探究的时间限制科学探究过程包括以下要素：提出问题；猜想与假设；制定计划与设计实验；进行实验与收集证据；分析与论证；评估；交流与合作。而在实际教学中，由于时间的限制，不可能进行完整的探究，只能进行有限的探究，很多时候，为了完成教学进度，教师限制学生的思维，引导学生按照自己设计好的思路一步步走下去，这样的探究是伪探究，达不到应有的效果。2学生程度不同。由于在小学和初中教学的差异，有些学生具有一定的探究能力，而大部分同学还是习惯了老师的讲授。例如在新教材中“探究力的平行四边形定则”这节内容，教材的原意是想学生通过探究得出平行四边形定则这一规律，但是由于学生实际的知识水平和能力，以及原有的思维习惯，很多学生无从下手，还有一些只得出了一些数据，而不能发现其中蕴含的物理规律，即浪费了教学时间，又影响了学生的学习热情。基于以上问题的考虑，笔者在教学实践中采用了微课题课外探究的形式，从小课题开始，解决教学中具体问题，锻炼学生的探究能力，促进物理的学习。二微课题探究的实践1微课题探究的组织按学生程度及性格将全班分为8个小组，每组67人。在教学中由教师确定课题，重点解决学生学习中遇到的疑难问题，一般一个星期的时间结题。 8个小组轮流进行，每个小组两个月轮到一次。这样即解决了课堂探究的时间问题，又锻炼了学生的探究能力，并且没有耽误学生太多的课余时间。2微课题探究的课题选择 课题的选择宜小不宜大，大的课题需要的知识面比较广，周期长，从学生的程度及时间上都不允许。笔者在实践中，课题都是选择针对当时的教学进度，与教学内容紧密相关知识的，有针对性，可操作性强的小课题。课题内容主要来自以下几个方面。21探究教学中的疑难问题课题的选择以教学中出现的疑难问题为主，高中教师都知道这样一个现象，高一的学生问题最多，高二的学生问题少些，高三的学生除了题目外几乎没有问题，老师怎么讲就怎么接受。好奇心是人的天性，是能够保持终身学习的前提，如果学生的疑问总是被“这种问题高考不要求”“这类问题高中知识解决不了”等原因所解答，那么会降低学生的好奇心，对学习变得麻木，限制了学生对知识的深入理解，遏止了学生的想象力和创新能力。于是笔者在教学中，不放过学生的每个疑问，这些问题一般分为两类，一种是高中知识的局限，无法进行深入讲解的。另一种是教师本身也不是很清晰的。一般笔者都将这类问题做为小组课外探究的课题。案例1：欧姆表换挡后还能调到零吗？课题背景：在多用电表的内部结构的学习时，我们发现了这样一个问题：利用欧姆表测电阻时，换挡的时候要进行欧姆调零，但是换挡时，中值电阻（即欧姆表的内阻）变大，电流变小，这时还能调到零吗？ 针对这个问题我们进行了探究。猜想与假设：经过讨论，我们认为：在每次换挡的时候，接入电路的电源也发生了变化。实验验证：为了验证我们的猜想，我们打开了一个万用表，发现我们的猜想是错误的，因为内部只有两节干电池，如果每换一次档都换个电源的话，那么欧姆档表只能有两个档位。那么欧姆表到底是如何实现换挡的？我们决定从内部的电路图入手。但是万用表内部的集成板上的电路很复杂，我们根本弄不清它的电路连接。为了解决这个问题，我们在老师到帮助下，通过互联网找到了万用表的内部结构图。经过分析和讨论我们终于弄清了这个问题。结论：欧姆表内部结构很复杂，书本上给出到只是简单的原理图，实际电路中，电流表并联电阻，当换挡的时候电流表并联的电阻也变化（如下图），即电流表的量程发生了变化，所以能够实现换挡时，电路中总电阻增大，电流减小，但指针仍可调零。GR11R2案例2：有关功的几个问题课题背景：功的定义式W=FL，F是恒力，L是力的作用点发生的位移。但在学习中，我们遇到了这样一些问题：1、人通过拉绳子使船前进，绳子对人和船有没有做功？LSAE2、子弹打木块的问题。物块发生的位移为L，子弹在相对木块的位移为S。木块受到的摩擦力的作用点从A点到E点位移为（L+S），但为什么摩擦力对木块做功是fL而不是f（L+S）？ 探究方法：通过网络查询，查找相关的资料。结论：通过努力我们终于弄清楚了这两个问题。问题的关键在于作用点的更换不等于作用点的位移。在第一个问题中，人拉绳时，绳处于绷紧状态，人手与绳接触的作用点并没有发生移动，动的是人的身体，人通过改变与绳的作用点来前进。所以拉绳时，绳的拉力并没有对人做功，能量的来源是人通过自身肌肉的收缩，将自身的化学能转化过来。在第二个问题中，子弹对木块摩擦力的作用点在不断变化，不能将作用点的位移当成为（L+S）。举个例子，比如人沿杆下滑，人对杆的摩擦力并没有做功，因为在下滑时，力的作用点在不断更换，作用于每一点时，杆都没有发生位移，所以摩擦力对杆做功为零。在子弹打木块时，力的作用点也是在不断变化，力作用于每一点时木块都会发生一定的位移。如图当作用点在A时，物块发生的位移为x1，在B时发生的位移为x2 ，力作用于每个作用点时发生的位移的总和是L。所以摩擦力对木块做功是fL而不是f（L+S）。 ABCDE在教学中还遇到很多疑难问题，比如洛伦兹力不做功，为什么安培力做功？在讲解涡流的原理时，同学提出电磁炉利用电磁感应为什么摸电磁炉上的锅不会触电等等问题。在探究这些问题的过程中，学生们通过自身的努力，想方设法的弄清了疑难问题，加深了理解。又增加了学习物理到兴趣，同时也学会了通过探究来解决问题的方法。可以说是一举多得。22探究习题中的疑难问题在物理学习中，习题可以帮助学生加深对物理规律的理解和应用，培养学生建立物理模型的能力。但经常有这样的现象：很多物理题目反复练习，反复出错，效果不理想。究其原因，一方面是由于学生物理概念不清晰，物理规律理解不深或缺乏解题技巧等因素，另一方面很大程度上与学生缺乏实物的支撑，无法建立真实的物理情境有关。如果对这些问题进行探究，让学生亲身体验、观察思考，实际的了解原理，深入本质，加深印象。可以事半功倍。即解决了问题，又有利于激发学习热情，培养探究精神。案例：测量自行车的速度课题背景：在物理教材的课后练习中，有这样一道题目（如下图）：为了弄清楚自行车的传动原理，我们小组进行了探究。实验原理：自行车前进时，自行车前进的速度就是车轴对地的速度V。轮上的点相对于车轴做圆周运动（相对于地面不是圆周运动），A点相对于轴的速度为r 。若自行车不打滑，则A点与地面接触时相对与地面静止，所以V= t 实验方案设计：设大齿轮的直径为d1，小齿轮的直径为d2，后轮直径D，踏脚板绕中轴转速n1，小齿轮的转速为n2。因为两齿轮线速度相等，有2n1 (d1/ 2)= 2n2 (d2/ 2)，n2= n1 d1 / d2，V车=2 D/2= 2n1 d1 / d2(D/2)= n1 d1 D/ d2。所以，只要测出大小齿轮的直径，后轮的直径和大齿轮的转速，即可算出自行车的速度。遇到的困难：1、齿轮的直径测量，到底是测齿的尖端还是测量齿的末端？如图 2、如果不拆自行车的话，车轮的直径、大小齿轮的直径很难测量。怎样不拆自行车又能较准确的测量？解决方法：1、类比传送带问题，线速度相等的点应该是相互接触的点。自行车齿轮与链条接触的点是大概是在齿轮轮齿的中点，所以测量直径时应以轮齿的中点为准。2、后轮的直径用皮尺绕车轮一圈测出周长C。利用C= D，算出直径。3、齿轮的直径测量：利用链条上两个结点的距离相等，通过让齿轮转一周，数一下通过的结点的个数。算出齿轮的周长。实验结论：在误差允许的范围内，通过测量大小齿轮的直径，后轮的直径和大齿轮的转速计算出的速度，与实际测量的自行车的速度基本一致。实验拓展：多档变速自行车的结构与原理：通过改变前后齿轮的齿数之比来起到变速的作用。通过对这一问题的探究，同学对自行车的传动装置了解的比较透彻。在遇到这一类题目时解决起来得心应手，错误率很低。并且理论联系实际，突出了STS思想，很多学生都感叹：原来真的是这样啊！让学生真正感觉到物理是有用的，是生活中存在的。23探究课本上的做一做、科学漫步等理论联系实际是真正学好物理，培养学生实践能力最有效的途径。课本上的做一做、科学漫步等栏目都较好的体现了这一点。实验内容紧密配合教材，且理论联系实际，趣味性强。“做一做”栏目中介绍的实验，都与教材主题配合贴切，源于教材，服务教材。既有很多利用身边常见材料完成的实验，又有很多利用了传感器等先进的设备。可操作性强，可以加强学生对物理规律的理解，提高学生的动手能力。同时也让学生了解到现代科技的发展。比如旋转的液体、用传感器观察电容器充放电、摇绳发电等等。案例：旋转的液体：课题背景：书本上的做一做，在实际实验的过程中，无法看到液体的旋转。针对这一问题，我们小组进行了研究。实验设计：通过讨论，我们认为实验做不出来的主要原因是磁场不够强，实验室用的磁铁磁性太弱。为此我们决定换用磁性强的磁铁来实验。遇到的问题：通过网络查询，我们知道了钕铁硼材料做的磁铁磁性很强，但在我们这里没有办法买到。解决方法：通过淘宝网进行网上购物，买到了磁铁。但是这种磁铁虽然磁性很强，但体积很小，只有橡皮那么大，通过讨论，我们决定把这种磁铁贴到蹄形磁铁的两极用来加强磁性。实验结果：效果很明显，氯化钾溶液在通电后在磁场中旋转的很快，甚至可以带动液面上的纸屑一起旋转。发现新的问题：在实验中，我们又发现了新的问题，实验中，氯化钾溶液越来越混浊，而且接负极的铜片上有气泡产生，接正极的铁丝变得越来越细。到底是什么原因？结论：通过大家的讨论，我们认为这应该是化学中学到的电解池原理。接正电的铁丝是电解池的阳极，接负电的铜片是电解池的阴极。在阳极：Fe 2e- = Fe2+在阴极：2H+2e- = H2 2H2O + 2e- = H2+ 2OH-Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2所以溶液中可以看到灰绿色的沉淀（氢氧化亚铁），经过一定时间后会变成红褐色的氢氧化铁，作为正极的铁丝也会越来越细。这个实验对学生的触动很大，学生第一次进行了网络购物，解决了器材的难题，第一次自己动手制作模型，在制作的过程中，他们团结合作运用集体的智慧去解决困难。比如金属盒中心的电极既要固定，又不能和金属盒接触。他们想到了将电极上套上一小段橡胶，然后用502胶水粘在金属盒底部。方法的巧妙让人赞叹。在实验中他们没有局限在实验结果上，没有放过实验伴生的一些问题。这种细心观察，尊重实验事实的精神将使他们受益终生。并且利用化学知识解释了物理实验中遇到的问题，让他们热情高涨，极大的加强了他们学习的热情。24探究相关的课外知识：在新教材中，原来的一些实验已经不做要求，比如电表的改装、探测黑箱、半偏法测电阻等等。还有与教学紧密相关的物理知识，如地电流，磁悬浮列车原理等等，这些都可以作为课外探究的课题。即可以加深学生对知识的理解。又加强学生对现代社会及科技发展的认识，了解当代科学技术发展的重要成果和新的科学思想，关注物理学的技术应用所带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和对社会负责任的态度。案例：地电流初探实验目的：检验地电流是否存在？探究其规律。查询地电流的应用。实验设计：利用两根铁丝相距一定的距离插入地下，中间连接一个毫安表，检验地电流是否存在？如果存在，再通过改变铁丝之间的距离，插入的深度，两根铁丝的方向等几个因素来探究地电流的规律。实验结论：地电流确实存在，但比较微弱，我们在相隔几米远时，可以观察到毫安表最大可以偏转10毫安左右，但通过实验，发现地电流时有时无、忽大忽小，无法找到什么规律。地电流的应用：地电流犹如大地血脉，它的存在和运动很早就被人们发现。地震也会产生地电流异常。从国际上的发展趋势来看，对自然电磁场的直接观测（无人工电磁源）越来越被重视，这种讯号的出现与震源的孕育和发展似乎有着更为紧密的关系，也更便于统一地认识电气异常、动物异常、大气异常和电磁场异常等等。因为，地电场的变化同水的运动关系密切，而地下水在地下深处是极广泛分布的，它在发震构造的局部富集会在震前断层的预滑与蠕动时导致地电效应、过滤电动势和压电电流的出现。因此，我国已经加大了对这类监测手段的研究力度，涉及到对地球静磁场、地电场（土地电）、电阻率、大地电磁、磁变测深、电磁场，ULF、ELF和VAN等的观测工作。 作为一种群测群防手段，新型土地电在地震监测预报方面已经有了自己的一席之地，尤其是其简单易行、成本低廉的特点和良好的反应还是独树一帜的。工作中需注意的是分析地震前兆的异常变化与地表干扰性噪音的不同。研究表明，前者往往具有选择性，即在构造的控制下只对某些地区反应敏感，而对另一些地区可能毫无反应；此外，地震异常信号的极性和强度比均有一定的稳定性特征等等。如何排除干扰，使地电流信号得以最大利用，已经成为地震监测工作中的一个永久性课题。3微课题探究的成果交流由于高中教学的紧张性，对于成果的交流一般不利用课堂时间，通常以以下三种方式在课余时间进行。 以实验报告形式（如以上案例），在班级内进行张贴，多次报告汇成一册，供同学交流。 做成课件，利用中午或晚自学前的大块时间进行汇报。交流内容的组织，包括课题的提出、探究计划框架、信息收集过程和数据整理、基本论点和对论点的解释、存在的问题和新发现等，让学生准备有条理的讲稿，并进行准确和富有逻辑的发言。 提高学生的表达能力。 做成视频，在课前十分钟进行播放。4微课题探究的指导与评价 研究方法的指导 在学生的探究活动中，教师应该是组织者和建议者，不应该将学生的研究引向已有的结论。但如果完全放手，许多学生因缺乏系统的专业知识和必要的科研知识，在参与的过程中觉得无从下手或舒展不开思路。这要求教师要及时了解学生所遇到的困难以及应有的需要，指导学生采用多种形式解决问题，并为此提供机会和条件：如文献探究、网络查询等等。另一方面指导学生将物理研究的方法应用到探究中，渗透观察和实验能力。如在探究牛顿第二定律的实验时，指导学生利用控制变量法研究各个物理量之间的关系。在数据处理时利用图像分析数据，在探究物理规律时渗透科学猜想、归纳和演绎、比较与分类等方法。使学生在实际探究中了解和发现物理规律的科学方法，认识物理实验、物理思维和逻辑思维在物理学中的应用，同时也使学生养成严谨的科学态度。 指导学生细心观察、尊重事实。要注意培养学生客观的思维品质，不要只把注意力集中在与探究假设相符的物理事实上，同样需要观察和收集那些与预期结果相矛盾的信息。在通过一定的科学探究之后，应该让学生学会依照物理事实运用逻辑判断来确立物理量之间的因果关系，树立把物理事实作为证据的观念，形成根据证据、逻辑和现有知识进行科学解释的思维方法。 鼓励学生勇于质疑，勇于创新。著名科学家爱因斯坦曾说过：“提出一个问题往往比解决一个问题