对“研究性学习”的理论认识及实践探索　　

江苏省梁丰高级中学   尤义芳  　　

一．背景　　

“研究性学习”是我国第二期课程改革的重要举措，根据教育部2000年2月颁发的《全日制普通高级中学课程计划（试验修订本）》的规定, “研究性学习” 已于同年在全国十省市的普通高中试行；同时也在初中和小学试点。开展“研究性学习”是国家教育改革的需要，是适应信息社会学习的需要，是培养学生创新精神和实践能力的需要。因此，开展“研究性学习”是历史赋予每一位教育工作者的神圣使命，这就要求每一位教育工作者必须跟上时代步伐，转变教育观念，及时进行角色转换，以积极的态度，饱满的热情和科学的教育方法投入到“研究性学习”教学工作中来。　　

二．对“研究性学习”认识上的误区　　

近年来，我国各地正在掀起“研究性学习”的研究与实践热潮，但是，究竟什么是“研究性学习”，各有其说：有“课程说”，有“学习方式说”，也有“教学模式说”等等。一些学校在“课程说”的影响下，认为开设“研究性学习”课程就是开展了“研究性学习”。这样势必割断了它与各门学科的联系，其结果是“研究性学习”仅仅成了教这门“课程”老师的事。学生在“研究性学习”课上学的是“研究性学习”理论，而在其它课堂教学中，仍然是传统的学科教学。还有人认为“研究性学习”仅仅是综合实践课中学生的学习方式。这些认识和做法都直接干扰了“研究性学习”的正常开展。因此我们在开展“研究性学习”之前首先要搞清楚什么是“研究性学习”。　　

“研究性学习”即“具有研究性质的学习”，是指学生在教师的指导下，从学习和生活中选择和确定学生感兴趣的实际问题作为研究课题，在“接受性学习”的同时，用类似科学研究的方式主动的获取知识、应用知识以及探究问题、解决问题的积极学习活动。它显然是一种学习方式。可见“研究性学习”强调的是学生主动探究、自主学习、亲身体验，其最关键的是要落实在“类似科学研究”的学习方式上，也就是说“研究性学习” 实际上是指学生要像科学家从事科学研究那样来进行学习，其本质是对科学研究的模仿或仿真，是“像”而不是“就是”科学研究活动。　　

当然与“研究性学习”相“对立”的一种学习方式便是“接受性学习”，在传统的学科教学中学生的学习方式主要是“接受性学习”，它的主要目标是让学生系统掌握人类文明的成果。以前我国基础教育主要是“接受性学习”，它的特点是学生学习内容全面，知识系统，基础牢固，因此“接受性学习”是重要的，也是必要的。但是如果把它作为惟一的学习方式长此以往学生只会接受缺乏创新，对学生的终身发展失去应有的动力。而“研究性学习”的根本宗旨就是改变学生的这种学习方式，弥补学习过程中的缺陷和不足，使创新精神和实践能力的培养有一个切实可行的切入点和落脚点，这也就是国家课程改革的指导思想，也是我们开设“研究性学习”的目的所在。　　

既然“研究性学习”是一种学习方式而不是一门课程，那么，“研究性学习”自然就可运用到学科教学和课堂教学中。把学科教学变为以“接受性学习”为基础的“研究性学习”方式，从根本上改变教师的教学方式和学生的学习方式，从而达到培养学生创新精神和实践能力的目的。　　

就物理学科而言，“研究性学习”应包含“课题研究”和“问题研究”两种基本形式，“课题研究”一般适用于课外活动，其特点是课题涉及内容丰富，题材广泛，研究难度大，周期长等。而“问题研究”一般适用于物理课堂教学中，以教学大纲内容为题材，用“研究性学习”的方式要求，制定计划、强化措施、设计问题、组织教学。　　

三、课堂教学中，开展“研究性学习” “问题研究”形式的尝试　　

在物理课堂教学中，开展“研究性学习”，问题就成为“研究性学习”内容的载体，问题的选择与组织就构成了设计“研究性学习”内容的主要途径。因此，教师在课前应有充分准备，反复斟酌，根据教学内容精心选择和设置问题，问题的选择要有典型性、探究性、发散性和趣味性等特点。问题的质量直接影响着课堂教学中“研究性学习”的学习效果。            　　

1．课堂教学中的“问题研究”形式　　

从2000年秋季开始，我国部分省市试行新教材，新教材的新是前所未有的，新教材与旧教材相比除增强趣味性、探索性、时代性以外，其最大特点就是增加了“研究性学习”的内容，这为师生开展“研究性学习”提供了很好的研究素材。而新教材的大部分教学内容都可按“研究性学习”的“问题研究”形式来设计和组织教学。 　　

例如，在《动量定理》一节教学中，可作如下教学设计：　　

①首先在教师的指导下，让学生通过阅读教材来了解动量、冲量等概念。　　

②然后让学生通过实例（如自由落体运动，平抛运动，匀速圆周运动等）来探究这些运动物体的动量是否变化？为什么会发生变化？通过分析、讨论、归纳得出是因为物体受到冲量的作用，从而得出冲量是动量发生变化的原因的结论。　　

③利用特例推导动量定理的表达式。　　

④让学生思考力的冲量怎么求？冲量的方向怎么确定？特别是变力的冲量的方向又如何确定？给学生设置这样一系列问题后，让学生通过平抛运动，匀速圆周运动等特例来自主摸索，分析探究，然后归纳整理出求变力冲量方向的方法来。　　

⑤让学生在前面结论的基础上继续研究动量、动量的变化、动量的变化率三者大小之间有无直接关系，方向是否相同。特别是动量的变化量的大小和方向可作为专题来研究，让学生分直线运动和曲线运动两种情况来分析讨论，最终以小论文的形式展现学生自己的研究“成果”。　　

⑥给学生讲述狼牙山五壮士的悲壮故事，让学生分析狼牙山五壮士跳崖后幸存者与牺牲者出现不同结局的原因。观看蹦极运动录像，培养学生勇于探险的精神和挑战极限的勇气，分析蹦极运动既惊险刺激又安全保险的力学原理。　　

课堂教学中的“问题研究”这种教学方式极大限度地调动了学生在学习过程中的积极主动性，增强了学生在学科学习中的探索精神。师生之间的教学活动真正成了“是学‘过程’，而不是教‘结论’”。亚里士多得曾讲过：“创造性思维就是从疑问和惊奇开始的”。所以，以“问题研究”的形式来提出问题、探究问题、解决问题，就能更有效的把培养学生创新思维能力落到了实处。　　

2．单元教学中的“问题研究”形式　　

高中物理教学内容每章自成一个大单元，有些章节内容还可划分为几个小单元，这些大小单元自然构成了“研究性学习”“问题研究”形式的好素材。例如，学完动力学一章以后，可组织设计一节《牛顿运动定律的建立及应用探索》“问题研究”课。先让学生互相提问，相互讨论牛顿第一定律的含义是什么？（揭示了物体的重要属性—惯性，同时给力下了一个科学定义，即力是产生加速度的原因）。牛顿第二定律的因果关系、矢量性、瞬时性和牛顿第三定律的作用力与反作用力有哪些特征（是同一性质的力，同时存在、同时变化、同时消失、作用在两个物体上）以及牛顿运动定律适用范围等。把所学知识整合构筑，形成体系，从而较深层次的认识牛顿运动定律的本质内含。其次，让学生课后查阅资料、上网搜索、收集信息，探究牛顿运动定律的建立过程，牛顿当初表述运动定律的原始形式及牛顿一生给人类做出了那些突出贡献（12项开创性成果，每一项按现在的成就都能得诺贝尔奖）等等。通过探索领悟牛顿解决物理问题的思想和方法及牛顿的创造力给我们在今后的学习中带来什么样的启发和帮助；学习牛顿善于观察，勤于思考的良好习惯和不断创新的思维品质。最后，让学生自己设计如何应用牛顿运动定律来解决实际问题的实验方案，每个实验方案都要明确实验的目的是什么？理论依据是什么? 需要测量哪些物理量？如何测量这些物理量？自始至终让学生带着这些问题去思考、体会、想象、探索。让学生有意识的在问题中学习、思考，在思考中“发现”，在发现中理解问题和解决问题。　　

四．课外活动中开展“课题研究”的尝试　　

目前，大多数学校开展的“研究性学习”是“课题研究”形式，本人也曾参与指导过一些学生的“课题研究”。在组织、指导“研究性学习”的同时，也在不断学习，及时调整，尽快适应这种新的教学方式。　　

1．选题方面　　

选题是开展“研究性学习” 的关键环节，课题原则上选自学生感兴趣的实际问题，源于教材、生活、实践。但也可因人而异，适当拓宽延伸题材的范围。如我校2004届部分学生在高一时所选的课题“远离地球，走向太空”（此课题分为若干子课题），此课题初看很大，很空，无从着手。给人感觉是科学家也在艰难的探索，中学生又何以能适应呢？而且有些领域对人类来说还是一片空白，有待于进一步开发和研究。但是我们认为学生既然选了这一课题说明学生对太空问题是感兴趣的，“兴趣是最好的老师” ，有了兴趣就有了动力，有了动力才有可能最大限度的开发学生潜能，学生在学习过程中才能有所创新。其次，此课题的核心内容是如何开发宇宙，而开发宇宙是人类文明的必然结果，也是21世纪各国国力竞争的重要标志。更是地球人赖以生存多久的决定性因素，比如，在200年之内地球上的石油、煤、天然气资源都有枯竭之虞，从长远来看必须开发环保新能源。研究发现，以³He为燃料的聚变反应比氘、氚聚变更清洁，效益更高。由于³He是一种惰性气体，操作也安全。诺贝尔奖获得者博格曾说过：“没有其它能源能像³He那样无污染”。但是这种优质能源材料在地球上没有矿藏，而在月球诞生的40亿年间，月球上钛矿吸收了大约100万吨太阳风挂来的³He粒子，这些能量相当于地球上有史以来所有开发矿物燃料的10倍以上。更给人们展现美好前景的是木星和土星上的³He粒子几乎是取之不尽，用之不竭。可见，开发宇宙意义深远。正因为如此，我们才有必要让学生较早地接触这些领域。有没有研究“成果”并不重要，重要的是让学生用类似科学研究的方式在接触这些领域时提出问题，思考问题（爱因斯坦在中学时代就在思考他后来创立的闻名于世的相对论里的一些问题），为这些学生将来探究宇宙问题培养兴趣，奠定基础。　　

2．研究过程及结果方面　　

“研究性学习”强调发挥学生的自主创新精神 。在“研究性学习”的过程中，研究不是目的，只是完成高中培养目标的一种重要手段。研究结果并不重要，学生通过设计课题，寻找资料，获得了对科技的直接感受，了解了对科学研究的一般方法，从体验教育是最有效的教育的意义上说，“研究性学习”的过程恰恰是它所追求的结果。例如，“远离地球，走向太空”课题的子课题“卫星的分类”课题组在系统学完牛顿运动定律和万有引力定律以后，通过阅览资料、上网搜索等途径搜集了大量的文字资料和图像资料，经过分类整理，归纳总结出卫星的不同类型和用途（只作简要介绍）。　　

（1）从卫星运行轨道上分：　　

卫星运行轨道平面与赤道面重合的卫星叫赤道卫星　　

　　卫星运行轨道平面与赤道面成一角度的卫星叫倾斜卫星　　

卫星运行轨道平面通过南北极的卫星叫极地卫星　　

（2）从卫星用途上分：　　

围绕地球周围运行的人造天体统称为人造地球卫星。随着科技的发展和人们对宇宙的不断开发，人造地球卫星的应用也越来越多，从用途上分有：通信卫星，气象卫星，侦察卫星，空间探测卫星，科学试验卫星（天空实验室），宇宙飞船等等　　

（3）从卫星速度上分：　　

①     第一宇宙速度　　

　　人造卫星绕地球运动的圆形轨道半径等于地球半径（r = R时称近地轨道）时卫星所具有的速度由万有引力定律计算得：v ₁= √GM/r =7.9km/s。也叫第一宇宙速度，第一宇宙速度是在地面附近卫星进入圆轨道必需的水平速度。由于火箭离开地面向上飞行时要穿过稠密的大气层，如果飞行速度很大，火箭与空气摩擦而产生的高温将会给火箭和卫星带来灾难性的后果，所以实际发射时先是以较低的飞行速度经过稠密的大气层，在大气层以外的高空再加速，可见第一宇宙速度要用多级火箭发射卫星才能达到。卫星越高，环绕速度越小，如同步通信卫星的高度是3.6×10⁴ km（约为地球半经的5.6倍），环绕速度是3.1 km/s（不到第一宇宙速度的一半）。在近地轨道上，如果卫星速度v ＞7.9km/s，由于离心现象卫星轨道将不在是圆而是椭圆，若要卫星仍在地球引力作用下绕地球运动，则卫星速度应满足v ＜11.2 km/s的条件。　　

②     第二宇宙速度　　

如果卫星绕地球运行的速度达到v =11.2 km/s，即第二宇宙速度时，卫星将脱离地球引力束缚，永远不再返回地面。但在v ＜ 16.7 km/s时，卫星仍在太阳引力范围绕太阳运动。如1959年1月2日前苏联发射的月球一号卫星就是人类第一次以11.2 km/s的速度使卫星掠过月球上空五六千公里的宇宙空间，永远脱离地球成为太阳系中第一颗人造小行星。第二宇宙速度的计算方法是：在近地轨道上卫星的动能由GMm/R²=mv²/R  得： E_k = mv²/2 = GMm/2R ，若规定无限远处势能为零，则在近地轨道上卫星的势能为E_p =－GMm/R。根据动能定理，把卫星由地面移到无限远处克服地球引力做的功应等于卫星在近地轨道绕行时需要具有的初动能。　　

　　　　mv₂²/2 = GMm/R   v₂ = √2GM / R = √ 2 ×7.9km/s = 11.2 km/s　　

③     第三宇宙速度　　

如果在地面上发射的卫星速度达到v = 16.7 km/s，即第三宇宙速度时，卫星将脱离太阳引力束缚，离开太阳系到银河系中去。如最早美国在1972年发射的先锋10号，在1977年发射的旅行者1号等都达到了第三宇宙速度，这些卫星都飞跃太阳系诸行星上空离开太阳系，进入宇宙群星之中。第三宇宙速度的计算方法是：　　

　　　　　　前述已知人造卫星挣脱地球引力束缚所需的最小速度v₂ = √2 ×7.9km/s = 11.2 km/s。同理人造卫星挣脱太阳引力束缚所需的最小速度v₃ˊ= √ 2 ×v，v为人造卫星随地球以30 km/s的速度绕太阳运动的线速度（v =2πr/T =30 km/s，r为地球公转半径，T为地球公转周期），即：v₃ˊ= √2 ×v = 42.4 km/s，要使卫星具有这个速度，实际上只要使它在沿着地球公转运动方向上增加ΔV=（42.4－30）km/s=12.4 km/s即可。可见，ΔV并不是人造卫星脱离太阳引力束缚所需的最小速度，因为人造卫星首先要挣脱地球引力，脱离地球，然后才能挣脱太阳引力，逃离太阳系。所以人造卫星挣脱太阳引力束缚所需的最小速度应由下列能量守恒式子计算，mv₃²/2=mv₂²/2+m（ΔV）²/2  把v₂ = 11.2 km/s，ΔV=12.4 km/s带入得：v₃=16.5 km/s, 若考虑其它行星的引力，则v₃ =16.7 km/s。                                         　　

可见，在学科教学中，师生共同参与到“课题研究”、“问题研究”这种学习方式中来，不仅能巩固、拓宽、延伸课本中的相关内容，更重要的是学生在学习过程中体验到了成功的喜悦和自主学习的趣味性、先进性、实效性以及对科学研究方法的感悟、模仿，还有自我创新意识的培养，所有这些就是我们开展“研究性学习” 所需要的最理想的结果。

                            （本文发表于《教学管理》杂志）