开展课题研究，培养创新人才——在物理教学中开展课题研究的思考，本文主要内容关键词为：课题研究论文,物理论文,人才论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在教育部2000年2 月颁布的《全日制普通高级中学物理教学大纲（试验修订版）》（以下简称《大纲（试验修订版》）中，明确提出在高中物理教学中要落实课题研究。这是我国高中物理课程的一项重大改革，是培养创新意识和实践能力为重点的素质教育的强有力的举措，具有划时代的重大意义。
课题研究是以培养创新意识、研究能力和实践能力为基本目标，以科学研究为基本内容，以研究性学习为基本学习方式的活动。《大纲（试验修订版）》指出：在高级中学开展课题研究，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能力的重要环节。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。同时指出课题研究主要着眼于这些能力与意识的培养，而不在于某项具体知识的学习。
一、在物理教学中开展课题研究的意义
1、 在物理教学中开展课题研究有利于培养学生的创新意识和实践能力
江泽民同志指出：“创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，创新的关键是人才，人才的成长靠教育。”知识经济时代呼唤创新教育。高中物理教学对培养学生的创新意识和实践能力，有着其他学科不可替代的作用。但在传统的物理教学中把掌握基础知识和基本技能作为主要的任务，物理教学中丰富而深刻的创新教育功能没有得到挖掘。而物理课题研究的定位就是以培养创新精神、研究能力和实践能力为基本目标，学生在课题研究的实践中，通过提出问题、设计研究方案、收集材料、对问题进行探索、分析研究、交流评价、最后解决问题的过程，培养学生创新精神和创新思维、科学的态度和价值观，掌握科学研究的方法，提高解决实际问题的能力。因此在物理教学中开展课题研究，有利于训练学生的创造性思维能力和开放性思维能力，培养学生探索未知世界的精神、主动求知的精神和创新意识，提高学生实践能力。
2、 在物理教学中开展课题研究有利于全面提高学生的科学素养
物理知识在现代生活、社会生产、科学技术中有广泛的应用，物理学的研究方法对于探索自然具有普遍意义。开展物理课题研究可以对学生进行最基本的科学研究活动的训练，使学生初步掌握从事科学研究与探索的方法，全面提高学生的科学素养。科学素养包括科学知识、科学方法、科学态度、科学精神和科学价值观。科学知识是指人们在科学实践中获得的关于客观世界的本质与规律性的认识；科学方法是指人们在认识和改造世界的实践中总结出来的。并能在实践中正确运用的思维和行为方式；科学态度是通过对科学知识的正确理解和科学发展的整体把握而形成的科学信念与科学习惯；科学精神是在对科学真理探索的过程中，在对科学本质认识不断深化的过程中，孕育起来的推动科学进步的价值观和心理取向；科学价值观是指对科学的基本信念和价值取向。物理学在形成和发展过程中所建立起来的“观察和实验方法。”、“概念方法”、“逻辑推理方法”、“理想化方法”、“模型方法”等，在科学研究中得到了普遍的应用，成为科学方法论的基础，可以认为科学方法论是伴随着物理学的发展而建立起来的。因此在物理教学中开展课题研究，可以使学生学到物理基础知识和实验技能，受到科学方法和科学思维的训练，受到科学作风的熏陶，有利于学生掌握科学研究方法，提高科学研究能力，养成科学的态度和精神，从而最终达到全面提高学生科学素养的目标。
3、在物理教学中开展课题研究有利于改进学生的学习方式
在传统教学中，学生的学习方式主要是接受性学习。接受性学习是学生将要学习的内容以定论的形式接受下来，并将它们内化。这种学习方式对于学习陈述性知识、程序性知识是有效的。但是，对于一些策略性知识，接受性学习就不是最有效的学习方式。在课题研究中需要从现实情景中认识问题、提出假设、收集材料、处理信息、解决问题的思路和对策；对课题研究结果的评价，要取决于个人的态度和价值取向等。这些都必须通过学生自己的实践活动、体验内化成为自身的经验体系，必须采用研究性学习方式。采用研究性学习方式，在教学过程中创设类似科学研究的情境，让学生通过主动的探索、实践、发现和体验，培养科学精神、创新思维和分析问题解决问题的能力。因此开展课题研究有利于转变学生的学习方式，使学生的学习方式从单一的接受性学习，转变为接受性学习和研究性学习相结合，并使研究性学习成为学生的一种基本学习方式。
4、 在物理教学中开展课题研究有利于培养学生多渠道获取信息的能力
课题研究强调学生的实践过程。在课题研究过程中从提出问题、设计研究方案到探索研究、解决问题等都由学生自主操作，在整个过程中学生处于自觉主动的地位。课题研究的问题常常又是综合性的问题，必须综合各方面的知识，查找相关的材料，获取相关的信息，寻找事物内部的联系，以达到问题解决。课题研究所需要的知识可能是学生没有学习过的，所需要的材料课本上也没有给出，因此需要学生利用各种途径学习相关知识，收集相关的材料。现代科技的发展，为我们提供了查阅电子资料或直接上“信息高速公路”获取信息的方便。同时在课题研究中需要积极地开展与他人交流、协作，共同完成任务。因此开展课题研究有利于训练学生初步掌握通过互联网、图书馆、人际交往等多渠道获取信息的能力和处理信息的能力，提高学生的交际和表达能力，培养学生的合作意识和合作能力，参与精神和参与能力。
5、 在物理教学中开展课题研究有利于扩展物理学科的学习领域
经典物理知识反映了宏观、低速度情况下的物质世界的客观规律，具有广泛的应用性。传统的物理教学体系以经典物理为主，强调学科知识体系的逻辑结构和完整性，在世纪之交的今天，科学技术迅猛发展，高中物理教学要适应科学技术的发展和社会的发，正确处理好经典物理与现代物理的关系，做到理论联系实际、联系现代科技与社会，要体现现代物理的新内容、新方法、新思想、新观点，要涉及当代科学技术的新成就，这有利于学生学习有用的物理学知识。在物理课题研究中，可以通过现代科技问题的研究学习、扩展性的物理知识的学习、社会调查研究等形式，这样既保留了传统物理课程以那些重要的、基本的主干知识（经典物理知识）作为物理课程的主要教学内容，在不削弱基础知识的学习、不破坏物理教学内容的系统性，又可以体现物理课程内容的现代化，使那些原来不能在物理课程中出现的内容以课题形式出现在学生面前，如“阿尔法磁谱仪与暗物质”、“汽车刹车时车轮抱死的利与弊”、“温室效应”等，扩展了物理学科的学习领域。另一方面，在物理教学中开展课题研究不但需要物理学知识，而且还需要相关学科的知识，如化学知识、生物学知识、地学知识等，加强了物理学与其它学科的联系，也扩展了物理学科的学习领域。
6、在物理教学中开展课题研究有利于改变单一的评价模式
传统的物理教学把对学生的学习结果的评价这样原本复杂的事情简单化了：“要么对，要么错”，没有选择。在物理课题研究中一些问题：如开放性的实际问题、社会热点问题、在科学界上还没有定论的现代科技发展中的问题、可以有不同处理方法的技术性问题，这些问题都没有唯一正确的答案，它只能从不同的角度、不同的价值取向来权衡利弊进行评价。例如在“调查研究：灶具的演化”的课题研究中，有的学生可从煤球炉、液化气灶、电炉、电磁灶、微波炉等的演变，从技术进步和对生活带来的方便角度进行调查研究，或从比较固体燃料、气体燃料及电能的利用哪一个更经济、更安全的角度进行调查研究，或从这些灶具的使用给环境带来的影响的角度来进行研究，或综合几个方面的因素来进行调查研究等。即对同一个课题可以从不同方面、不同的深度来进行研究，可以没有统一的模式，更没有统一的答案。对学生的工作就该给予总体的评价，不能只给一个简单的分数。在课题研究中，要考虑是否提出了新的有意义的问题，对课题的分析是否有独立的见解，所用资料有多少是自己收集的，是否用到了课本上没有讲到的知识，对课题材料的处理用到了哪一些手段，对课题是作定性分析还是定量分析等……因此对课题研究的评价，关注的不是研究的成果，而是学习内容的丰富性和研究方法的多样性，注重研究的过程。
二、物理课题研究内容的选择
《大纲（试验修订版）》指出研究课题可以大致分为探索性物理实验、科技制作、新科技问题的学习报告、社会调查、扩展性学习等几个不同的类型。并在附录中给出了研究课题的若干示例，教师和学生可以从中选用，也可以提出其他课题。教师可以根据不同学生的特长和兴趣向学生推荐。归纳起来课题研究内容的选择可以从以下几方面来考虑：
1、探索性物理实验
以往的学生实验，主要是验证性实验和知识的应用性实验，验证性实验是指在学过相应的知识之后通过实验进行验证所学知识的正确性，例如“验证机械能守恒定律”等，而知识的应用性实验则是把学到的知识应用到实际中去，例如“测定电源的电动势和内阻”等，这两类实验都是在学生已经掌握所涉及的知识后进行，进行这些实验，有利于学生理解所学的物理原理和规律，巩固和发展实验技能，了解科学实验的主要过程和方法，因此这些实验是不可少的，但这些实验不是探索新的知识，它对于培养学生获取新知识的能力，激发他们的创新精神，起不到应有的作用。
探索性实验实质上是指学生通过自主研究活动，带有培养创新意识和实践能力性质的实验模式。探索性实验的特点是只给出课题研究的要求，可在教师的指导下，由学生自己确定实验原理、选择实验器材、制订实验方案、实施实验方案、探求实验结论，这类实验未必有一定的正确研究结论，其目的重在培养学生的科学精神、科学态度和科学方法，培养学生的严谨作风和合作精神。对于课题本身则是“轻结论，重过程”，使学生在研究过程中获得个人的能力、人格、品质、意志、科学修养方面的提高。如“研究材料的保温性能”实验中，对一定质量的热水，可以设计实验方案，研究它盛放在不同材料制成的容器时，在冷却过程中水的温度随时间的变化，并将此变化用图线表示，以比较不同材料的保温性能，这种实验属于探索性实验。又如“研究影响滑动摩擦力的因素”、“研究弹簧振子的周期与小球质量的关系”等也都属于探索性实验。这些实验所用的方法都是科学研究中非常典型的方法，学会这些方法将使学生在今后的工作中受益无穷。
2、跨学科的综合性问题
现代科技的发展，使学科在高度分化的同时出现了综合化和整体化的趋势，出现了综合学科，如环境科学、材料科学、空间科学、能源科学等。物理学同其他学科的联系更加密切，物理学的发展也促进了相邻学科如数学、化学、生物学等学科的发展，同时也促进了物理学自身的发展。因此可以选取物理学与其他学科相联系的综合性问题作为物理课题研究的内容，以培养学生综合应用知识解决问题的能力。
如选取“从电冰箱到臭氧层”为主题开展课题研究，在这一综合性问题中，涉及到电冰箱的工作原理，氟利昂的物理性质和化学性质，氟利昂中某些物质与臭氧层的破坏作用，臭氧层与人类的关系，臭氧层空洞，人类应采取的对策，无氟冰箱中制冷剂的化学成份是什么，它有什么物理性质和化学性质，制冷的机理是什么，等等。这涉及到物理学的知识，也涉及到化学的知识和环境保护的知识。“灶具的演变”中研究不同灶具的加热原理和效率，比较燃料的燃烧值，比较几种灶具的经济性安全性，研究它们对环境的影响，需要用到物理知识、化学知识和生物知识，还需要利用自身的价值观进行判断。“用电解法测定元电荷”要用化学课中学到的知识测量基本物理常量。这些跨学科的课题，有助于使学生加强综合运用所学知识的意识，提高学生综合分析解决问题能力。
3、物理实践与现代科学技术相联系的问题
实践证明物理学的发展推动着社会的发展，牛顿力学和热力学的建立，导致了第一次工业革命；经典电磁理论的建立，导致了第二次工业革命；相对论和量子理论的建立，导致了第三次工业革命，人类进入了核能和信息时代。物理学对现代技术和现代社会的推动作用，以及物理学本身的发展中，有许多典型事例可供学生学习。因在中学物理教学中，选取一些现代科学和技术发展的前沿问题作为课题研究的内容，可以解决中学物理课程内容的陈旧性，缩小中学物理课程与当代新科技的距离，引导学生走向近代物理之门，开阔他们视野。
如选取“阿尔法磁谱仪与暗物质。”为主题的课题研究，通过收集相关的材料，了解阿尔法磁谱仪的原理，暗物质和它在人类认识宇宙的进程中的意义。在“刹车时车轮被抱死的利与弊”的研究中，通过刹车时如果车轮停转，车轮与地面发生滑动摩擦，如果车轮还在转动，刹车片与轮盘（轮毂）发生滑动摩擦。研究哪种情况下可以更快地使车停下来。分析车轮停转带来的其他影响（如安全性）， 了解这方面的最新技术（ABS）。“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（轮毂）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动方向。这种情况下大部分机械能消耗在摩擦片与轮盘的摩擦上。这项技术虽然很新，但是它的物理模型并不复杂，利用高中物理知识可以作些较为深入的研究。
以现代科学与技术为主题的物理课题研究的内容很多，“从电冰箱到臭氧层”、“温室效应”、“能源的合理开发与利用”、“航天技术”、“新材料”等课题也来自于现代科技中的热点问题。
4、联系实际的现实问题
物理学是一门与实际密切相联系的科学。理论联系实际，是真正学好物理学、培养学生能力最有效的途径。在日常生活和工农业生产中蕴含着大量的物理知识，因此在教学中，选择联系生产、生活中学生能看到但不懂得它原理的实际问题作为课题研究的内容，可以激发学生学习的兴趣，养成善于运用知识、关心生活和生产实际问题的习惯。如“菜刀上的力学知识”中，研究刀刃的锐与钝、刀把的长与短、刀身的长与短、刀身的宽窄以及锯齿形刀刃的利与弊等问题中力的分解、力矩的平衡等知识，来巩固所学的力学知识，培养学生敏锐的观察能力，发现问题能力，定性与定量的分析问题的方法等，这样的研究课题绝大多数学生都能参与，同时又给各种程度学生的发展留出了很大的空间。
联系生产、生活中的例子很多，“把灵敏电流表改装成多用电表”、“自来水电阻率的测定”、“用激光笔做光学实验”等课题，以及跟我们的实际生活、医学卫生、家用电器的原理与使用等相联系的课题，都可以让学生体会到理论和实际的联系。
5、现代社会的热点问题
现代科学技术飞速发展，科学技术对社会的渗透与影响越来越大，科学社会化和社会科学化成了当前科学与社会之间关系的真实写照。教育是培养人的社会实践活动，教育的发展必须体现社会发展的要求，符合社会发展的需要。选取物理学与现代社会发展相联系的热点问题，作为课题研究的内容，如在“温室效应”的课题研究中，通过讨论大气中二氧化碳的主要来源，各种波长的电磁辐射对二氧化碳的穿透性，太阳辐射使大气升温的物理模型，气温长周期变化对环境和生态的影响，对人类生存的影响，以及人类应采取的对策等，可以帮助学生理解科技发展和社会发展的相互作用，培养科学的态度和价值观。物理与社会发展的热点问题还有“家用电器的发展带来的安全问题”、“紫外灾难”、“噪声污染”、“电磁污染”、“光污染”等，以及“交通问题”、“环境保护”、“能源利用”、“人口问题”等。联系社会方面的问题重在了解物理学与社会发展的关系。
三、物理课题研究的一般过程
课题的研究过程就是科学地解决问题的过程，此过程一般包含如下步骤：①选定课题；②设计课题研究的方案；③实施课题研究；④记录及处理数据；⑤分析、总结研究成果；⑥交流与评价；⑦修改方案与完善课题研究；⑧问题解决。课题研究的流程图如下：
如以“研究弹簧振子的周期和小球质量的关系”为例。在学习简谐运动的知识后， 学生不知道弹簧振子的周期和小球质量的定量关系（T＝2π
），可确定以这一内容为主题的课题研究。在确定课题研究的内容后，可以设计课题研究的方案：对于确定的弹簧，选择不同质量的有孔小球（振子），依次安在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，使小球在光滑的水平杆上作简谐运动，分别测量小球的质量和对应的周期。按照实验方案进行实验。在完成实验后，对所记录的数据进行处理；将测出若干组数据（小球的质量和对应的周期）列表，分析数据看能得出什么结论。也可将数据在坐标纸上描点，作出拟合曲线，用相应的函数表达这条曲线，确定函数表达式中各量的物理意义。如果还不能得出结论，在此基础上可启发学生依次尝试作出小球的质量与周期的一次方、二次方、三次方……的关系曲线，选择最明确，最简单的曲线进行处理，以归纳出“弹簧振子的周期的平方和小球质量成正比的关系”这一实验结论。最后可进行分析讨论，并对实验方案作出修改，完善课题研究。如可换其他几个弹簧再做这个实验；还可以进一步解释函数式中参数的物理意义。如果所用振子的周期太小，阻尼太大，不能较好地用来进行这个实验，可以选用较软的弹簧，并去掉滑动轴，来解决这个问题。但这时如果水平放置，则就要解决小球的支撑问题，如果竖直放置则应解决弹簧下垂的补偿问题。学生可以想出多种办法，这些办法各有特点，需要讨论和评价……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以用某个二次函数来近似地表示，在些基础上，有些学生会尝试作出T[2]和m 的关系曲线，这样就会明确得到周期与小球质量的定量关系。最后把研究的结果在课题报告会上交流。
四、物理课题研究中值得注意的问题
1、课题的研究要切合学生的实际
课题的研究要切合学生的知识和能力的发展。如学生刚接触课题研究时，由于对课题研究的一般方法缺乏了解，因此在进行课题研究的选题时，应以小课题研究或以给定课题研究的主题为主要形式。同时由于学生个性发展的差异，课题研究的目标要考虑到不同类型、不同层次学生的不同发展，要具有一定的开放性和弹性。在提出课题时，应注意物理思想的典型性，知识运用和能力训练的综合性，方法上的灵活多样性。
2、课题的研究要突破高中物理课程框架体系的局限
在现行的高中物理课程中，是以物理学的基础知识（主干知识）、学科能力、学科方法为本来构建高中物理课程的框架体系。但物理教学作为一门重要的科学教育，其目的除了传授知识、训练技能、进行方法和能力的培养外，更重要的是进行科学的精神、科学的态度、科学的价值观的教育。对学生实践能力的培养，主要局限在对学生的实验能力的培养，而对学生分析解决实际问题的能力，特别是解决与社会相联系的实际问题的能力和解决与现代科技发展相联系问题的能力，还不够重视。为适应时代的发展，培养具有创新意识和实践能力的人才，必需突破物理课程的框架体系。
3、教师要转变教育观念，提高自身素质
课题研究本来就没有唯一正确的答案，它的解答会因场合不同、时代不同、要求不同、观念不同、学生不同而有变化。作为教师要转变观念，成为学生的导师，对学生的研究方向和研究方法给予指导，而不能包办代替，不能给学生一个完整的课题研究的方案，更不能将课题研究当作知识点来进行教学。要树立现代的教学观念，开展开放型教学、探究式教学模式的研究。要相信学生中蕴藏着巨大的积极性和创造力，教师的任务是把它们开发出来，同时自己也要从中汲取营养。要认真学习，提高认识。