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高中物理教学大纲中的课题研究
张大昌
在《全日制普通高级中学物理教学大纲(试验修订版)》中,首次提出要在普通高中进行课题研究,这是我国高中物理课程的一项重大改革。课题研究的目的是全面培养学生综合运用所学知识的能力、收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作的能力。这项活动还有利于培养学生独立思考的习惯,激发学生的创新意识,训练学生参与实践的能力。
以下就课题研究的特点及其教育作用谈谈一些想法。
一. 增加了探索性实验
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 T 2 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。

二. 许多课题没有惟一正确的答案
实践中的技术问题大多没有惟一正确的答案,只能从不同的角度、不同的需要权衡利弊进行评价。我们过去的科学技术教育却把这样复杂的事情简单化了:要么对,要么错,没有选择。这种教育培养出来的人脱离实际,思想方法绝对化,不能适应社会的需要。大纲修订稿有意识地选取了一些没有惟一正确答案的课题,目的是弥补这方面的不足。
“估测压力锅内水的温度”可以通过测量限压阀的质量而知锅内的压强,进而查表得知水的温度;但是也可以把热敏元件贴在锅外,其外再加保温层来直接测得,还可以把热敏元件直接放入水中;还可能有别的办法。在这些方案中,热敏元件的耐高温问题、直接放入水中时锅的密封问题,等等,都要研究。不同方案测得的水温肯定不会完全相同,这就需要讨论、评价。这些工作在以往的中学科学教育中从未有过。
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