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关于中学物理研究性学习的思考物理是一门以实验为基础的学科．研究性课程的开设为中学物理教学提供了更为广阔的天地，当然也对中学物理的教学方法和教学模式提出了新的要求．下面是笔者对中学物理如何进行研究性学习教学的几点粗浅思考． �一、指导学生自主学习，激发学生学习物理的兴趣 �要让中学生能自主地进行物理的研究性学习，首先要让他们喜欢物理，了解物理的研究方法．教师可以通过指导学生翻阅科普书籍和有关物理杂志，作好阅读笔记，直至在互联网上查找有关物理资料等形式，让学生理解物理知识的含义，了解物理发展的历史，以及物理学在促进人类社会发展过程中所表现出的魅力，以激发他们对物理的兴趣，同时也有利于培养他们自主学习的能力． �1．指导学生了解物理的发展历史，提高其科学思维水平 �物理发展的历史进程阐明了物理学科体系形成过程的各个方面的情况，如物理学家奇特而伟大的构思和重大发现，他们的成功与失败，学术争论，以及为科学献身的品质等．同时重大科学的发现总是与物理学家的创新活动分不开的．因此让学生自主地了解物理发展的历史，有利于培养他们的创新精神，提高他们科学思维水平． �2．认识物理的魅力，激发学生学习物理的兴趣 �物理学是前人在认识与探索自然的过程中，通过总结、归纳、抽象、验证等思维环节而逐步建立、不断完善起来的一门自然基础科学．物理学研究所形成的基本观点，如时空观、物质观、自然观等对整个人类文化都产生了深刻的影响力，是各行各业科技人员所必须具备的基本观点．物理学在研究问题的过程中所形成的科学方法，大都成为科学研究的基本方法，也成为培养和提高人才素质的最有效方法．让学生通过研究性学习，仿效科学研究思路，认识物理学发展的特点和基本性质，可以进一步提高物理教学的思想性、人文性和方法论等内涵． �物理学还是一门实用的、与生产生活紧密联系的、能够使人类生活更美好的学科．比如，物理与能源开发，能源与环境保护，高性能物理材料的应用等，都给人类生活带来了巨大的改变．如果学生能够在教师的指导下，有意识地通过自己查阅科普杂志、物理杂志和利用互联网上信息等资料认识物理的作用、地位及其与人类生活的关系．那么对激发学生学习物理的兴趣，无疑具有积极的意义． �中学生正处于体力和智力迅速成长的时期，他们精力充沛，聪敏而好学，易于接受新鲜事物．好奇、好学、好动，对一切未知的事物都感到新奇，总想弄个水落石出，研究性课程一般都具有形象、具体、新奇的特点，教学中如能充分地利用这些资源，就能同这一时期学生的心理产生共鸣，从而最大限度地引发他们学习物理的兴趣和热情． �二、指导学生有效地开展研究性学习 �高中物理研究性学习活动的开展，要有分类递进的教学思想．既要考虑学生的兴趣爱好，学科基础和学校的研究条件，又要考虑学生的发展问题．选择课题的难度要由浅入深，否则就会影响他们的兴趣，挫伤积极性． �1．研究性学习要选好课题 �选好课题是活动成功开展的关键．学生开始接触研究性学习时，可以由老师按学生的知识水平选择合适的课题．随着活动的不断开展，学生的研究性学习达到一定层次时，应鼓励他们自主选择课题，因为选题的过程就是一个研究问题、思考问题的过程，物理研究性学习的选题可以从以下三个方面来考虑： �（1）学科知识型选题．收集教学中可以深化、拓展、探讨的知识点，可改进的演示实验、学生实验等．这种选题方式要求教师和学生在平时教学和学习过程中要善于创新，善于思考，善于发现问题，同时要善于作好读书笔记．例如，学习形变与弹力一节内容时，不妨提出这样的课题，对于坚硬物体的形变，如何才能比较清晰、明显地显示出来?可以鼓励学生利用多种器材、各种方法进行设计和探索；学习欧姆定律时，可以鼓励学生独立地去研究各种灯泡灯丝的伏安特性；学习串、并联电路及闭合电路的特点时，可以引导学生去进行电表的改装，自制欧姆表等；学习了自感现象之后，可以去进一步研究影响自感系数大小的相关因素；学习光的折射、全反射之后，可以去测定各种液体的折射率等．实际上，只要对相关的教学内容进行挖掘，就能提出一些较有价值的研究课题．（2）热点型课题．“温室效应”是社会关注的热点问题之一．对于该问题的研究有两种学术观点：一种观点认为气温上升的原因主要是人类活动造成的；另一种观点则认为源于地球本身的周期性变化的结果．对该问题的研究，可以引导学生查阅各种相关资料，并进行一定的调查，引导学生讨论大气中的二氧化碳的主要来源，各种波长的电磁波对二氧化碳的穿透性，太阳辐射使大气升温的物理模型以及气温长周期性变化对环境的影响等问题，最后根据已有的材料和自己的分析写出一篇小论文．这样不但增长了知识，扩大了眼界，而且对于探索、研究物理问题的意识和能力都有一定的促进作用． �（3）社会生活型选题．从某些具体的科学技术对社会的影响或者从日常生活中选取与物理有关的课题进行研究，也是物理研究性学习的可选素材．比如，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行方向．在这种情况下，大部分机械能消耗在摩擦片和轮盘的摩擦上．这项技术虽然较新，但它的物理模型并不复杂，利用高中物理知识可以做较为深入的研究． �总之，只要能在平时学习的过程中，多关心、多留意社会生活和周围环境等的变化，那么可供选择的研究性课题是取之不尽的． �2．研究性学习要体现开放性 �研究性学习强调以学生的自主性、探究性学习为基础，学生按自己的兴趣选择和确定研究的内容多来自学生的学习、生活和身边的现象，研究内容的实施主要的依赖教材和校园内外的资源．教师在整个研究过程中只能扮演参与者、指导者的角色，而不能干预太多，要充分体现学生的主体性、自主性．学生研究性学习的途径、方法要多样化，研究性的内容和形式要突破原有的学科教学的封闭状态，在开放、主动、多元、合作的学习环境中进行研究性学习，这有利于培养学生主动思考问题，探究、发现问题，解决问题和交往合作的能力．在物理研究性学习过程中可向学生开放实验室，让他们自主设计、操作、完成实验；开放图书阅览室，让学生自己查阅资料，培养学生走向社会选取研究素材的能力． �3．研究性学习要注重研究性学习过程 �研究性学习的主要活动程序如下方框图所示： �研究性学习与传统的学科教学中只重视学生学习结果可量化、可操作性的预期不同，研究性学习应该将学习过程看得比结果更重要．学生在选定课题后，首先要引导他们对课题进行认真分析，找出存在的问题，建立问题的概念框架，提出预期目标．其次是让学生查阅资料，开展小组探索讨论，设计研究方案，进而对方案的可行性进行论证，通过反复修改论证，确定比较可行的研究方案．再次根据研究方案进行探索研究．教师要引导学生仔细观察实验过程的每一个环节，作好实验记录，进行思考分析，解决遇到的问题和挫折，进而得出研究结果．然后对研究的过程和研究成果进行检验、评价，最后进行总结交流．这样即使成果是稚嫩可笑的，不足称道的，但学生通过一系列研究过程的亲身经历，可了解科学研究的一般流程和方法，锻炼与他人进行交往合作的能力，知道除教材以外还有很多获得知识和信息的渠道．有利于学生养成科学精神和科学态度，有利于培养他们的创新素质和创新能力．因此，注重研究学习过程是开设研究性学习的主要目的． 
第一节 地球科学的研究对象和研究内容
人类生活在地球上，衣食住行等一切活动都离不开地球。如人们要靠山 川大地获取生活资料以维持生命，要从地球中开采矿物资源制造生产和生活 工具，要了解地球上的自然地理和气候条件以便发展生产，要与地球上发生 的各种自然灾害作斗争。因而，人类在长期的实践中逐步加深了对地球的认 识，并且逐渐形成了一门以地球为研究对象的科学——地球科学
（geoscience）。 地球科学简称地学，是数学、物理学、化学、天文学、地学、生物学六
大基础自然科学之一。地球科学以地球为研究对象，包括环绕地球周围的气 体（大气圈）、地球表面的水体（水圈）、地球表面形态和固体地球本身。 至于地球表面的生物体（生物圈），由于其研究内容广、分支学科较多、且 研究方法具有特殊性，因而已独立成一门专门的基础自然科学——生物学。 但生物的起源与演化、生物体与生存的地球环境之间的关系也属于地球科学 的研究范畴。
地球科学是一门理论性和应用性都很强的科学。它不仅承担着揭示自然
界奥秘与规律的科学使命，同时也为生活在地球上的人类如何利用、适应和 改造自然提供科学的方法论。随着生产和科学技术的发展，地球科学的研究 内容和领域也不断地深入和扩展，逐渐形成了日臻完善的由多学科组成的综 合性学科体系。地球科学目前主要包括地质学、地球物理学、地理学、气象 学、水文学、海洋学、土壤学、环境地学等学科。其中，地质学（geology） 由于其研究领域广博、分支学科较多，并且以研究地球的本质特征为目的， 因而成为地球科学的主要组成部分，以至于人们有时把地质学和地球科学作 为同义语使用，其实两者的含义是有差别的，它们具有包容关系。随着科学 的发展，地球科学还会不断地诞生新的学科和出现一些边缘学科。
地理学（geography）主要研究地球表面的各种地形、地理环境及其结构、
分布和演变规律，并涉及到自然和社会两个领域之间的相互关系。地理学一 般可分为自然地理学和人文地理学两大组成部分。自然地理学是研究自然地 形、地理环境的结构及发生、发展规律的学科，主要包括普通自然地理学、 区域自然地理学、地志学等。人文地理学是研究人和社会与自然地形、地理 之间的相互关系的学科，主要包括政治地理学、社会地理学、人口与聚落地 理学、经济地理学、历史地理学等。
气象学（meteorology）以地球周围的大气圈为研究对象，主要研究大气 的各种物理性质、物理现象及其变化规律。其研究内容也很广泛，包括许多 分支学科和应用学科。主要的分支学科有大气物理学、天气学、气候学、高 空气象学、动力气象学等，主要的应用学科有卫星气象学、无线电气象学、 航空气象学、海洋气象学、农业气象学、林业气象学等。其目的在于揭示大 气中的各种物理现象和物理过程的发生、发展本质，从而掌握并应用它为人 类生活和国家经济建设服务。
水文学（hydrology）和海洋学（oceanography）以地球表面分布的水体 为研究对象。水文学主要研究地球上江河、湖沼、冰川、地下水以及海洋等 各种水体的数量、质量、运动变化与分布规律，以及它们与地理环境、生态
系统和人类社会之间的相互影响与相互联系。海洋学是以海洋作为一个独立 体进行研究的，它实际上是从地球科学的其它几个分支学科中独立出来的， 这是由于海洋在现代地球科学、人类生存环境和未来社会发展中的地位越来 越重要的缘故。海洋学是研究海洋中发生的各种现象和规律及其相互关系的 各门学科的总称，根据研究内容不同可分为海洋物理学、海洋水文学、海洋 化学、海洋生物学、海洋气象学和海洋地质学等。
土壤学（soil science）以地球表面发育的土壤层为研究对象。主要研 究土壤的物质组成、结构、类型、分布和形成发展过程。根据具体研究内容 和应用领域的不同，土壤学也有一些分支学科，如土壤生物学、土壤地理学、 土壤气候学、土壤物理学、土壤化学、土壤地质学等。
地球物理学（geophysics）是应用物理学的方法研究地球的一门学科， 是近代发展起来的地球科学与物理学相结合的一门重要边缘学科。广义的地 球物理学的研究对象包括固体地球及其表部的水体和周围的大气圈。但由于 水体和大气圈的研究都已建立起相应的独立学科，所以一般所称的地球物理 学是狭义的，其主要研究对象是固体地球，因而也可称之为固体地球物理学。 地球物理学重点研究固体地球的各种物理性质、物理现象及其发生与发展过 程、地球的内部构造与组成、地球的起源与演化等。其主要分支学科有地震 学、地磁学、重力学、地热学、地电学、大地测量学、大地构造物理学和应 用地球物理学等。其中，应用地球物理学主要是研究地球物理勘探方法及其 在地球资源的勘探与开发、地球环境的监测与保护等方面的应用。
地质学（geology）研究的主体对象也是固体地球，当前主要是研究固体
地球的表层——地壳或岩石圈。地壳或岩石圈的厚度一般为几十到二百公里 左右，与地球的半径（6371km）相比只是一个很薄的表壳。这一薄壳之所以 成为地质学当前研究的主要对象，一方面是出于实际需要，因为这一层与人 类的生活、生产及生存都直接相关；另一方面是受现时人类能力的限制。人 们可以直接观测和研究地球表层，但现阶段人类尚无能力对地下深处进行直 接研究。钻井取样是目前人们获取地球较深部物质进行直接研究的唯一途 径，但由于受当前技术水平的限制，钻井所能达到的深度是有限的。目前世 界上最深的钻井（5km）位于俄罗斯西北部的科拉半岛，这一深度尚不足 该区大陆地壳厚度的二分之一。可以相信，随着科学技术的发展，地质学研 究的对象将不断向地球的深部（如地幔、地核）扩展。
地质学的研究内容主要包括固体地球（重点是地壳或岩石圈）的物质组
成、内部构造和形成演化历史。按其研究内容和任务的不同，地质学的主要 分支学科可简举如下：
（1）研究地球的物质组成方面的学科，如结晶学、矿物学、岩石学等；
（2）研究地球的内部构造方面的学科，如构造地质学、构造物理学、区 域构造学、地球动力学等；
（3）研究地球的形成演化方面的学科，如古生物学、地层学、地史学、 古地理学、地貌及第四纪地质学等；
（4）研究地质学的应用方面的学科，可分为两个方面：其一是研究地下 资源方面的分科，如矿床学、石油地质学、煤田地质学、水文地质学等；其 二是研究地质与人类生活环境及灾害防护方面的分科，如工程地质学、环境 地质学、地震地质学等。
此外，人们为了更好地研究上述地质学的各个方面，不断地吸收和借鉴
其它一些学科的先进理论、方法和技术，用以促进和深化地质学的各项研究， 于是逐渐形成了一系列的边缘学科，如数学地质、地球化学、同位素地质学、 天文地质学、海洋地质学、遥感地质学及实验地质学等，这些边缘学科在现 代地质学各领域的研究中发挥着极其重要的作用。
近几十年来，由于世界各国工业、农业、军事、航天、交通等产业的飞 速发展，其结果给地球的自然环境带来了巨大的影响。这种影响有些是直接 的（如污染问题）、有些是间接的（如气候变化），它已经严重地影响到地 球的自然生态和人类的生存与发展，因而受到科学工作者和全人类的广泛关 注。这一问题与地球科学和环境科学关系密切，于是在地球科学中逐渐形成 了一门与环境科学相结合的边缘学科，即环境地学。环境地学主要研究地球 自然环境的组成、结构、形成、演变以及环境的破坏、污染、防止、保护、 改良与评价等。根据地球科学中各学科所研究的侧重点不同，又可分为环境 地质学、环境地理学、环境气象学、环境水文学、环境海洋学、环境土壤学 等。
