“菜刀上的力学知识”课题研究的开展及思考，本文主要内容关键词为：菜刀论文,力学论文,课题研究论文,知识论文，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。
在最新试验修订版（2000年颁布）高中物理教学大纲中增加了“课题研究”。这是为了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、学以致用的能力。
一、活动的开展
作为尝试，我们在任教的2000级高一年级两个班级中进行了“课题研究”的活动。当学生学过了有关“静力学”、“运动学”和“动力学”的内容后，布置了课题研究：“菜刀上的力学知识”。活动分以下三个阶段进行：
第Ι阶段（准备和指导，安排了一节课，介绍开展课题研究的意义、大致过程和注意事项，然后就把课题给了学生，同时展示了四把常用的菜刀；
第Ⅱ阶段（设计方案、开展研究）让学生外出收集资料，观察各种刀具，进行猜想，动手实验，得出自己的结论。在研究的基础上，写出具有一定质量的研究报告。经过半个多月的课外活动，学生均以课题研究报告的形式上交了研究成果；
第Ⅲ阶段（评价、交流）在教师阅读研究报告的基础上（从中发现学生使用的方法、研究的结果），组织学生进行交流。
二、学生的研究
从研究的成果来看，以按菜刀的形状（静态的）来进行力学分析的为多，也有对菜刀使用过程中的情况（动态的）来进行力学分析的。
综合学生的研究成果，对菜刀（学校展示的是普通菜刀、剁骨刀、西瓜刀和锯齿形刀）的外形，学生通过观察比较，一般可以抓住以下几个特征，并用相关的力学知识加以解释：
1.刀口的锋利程度（钝与锐），使用压力、受力面积和压强之间的关系予以解释；
2.刀身的锲形程度，使用力的分解，以小力产生大分力予以解释；
3.刀柄的长短，使用力矩平衡予以解释，但在支点的确定上，存在着多种意见（认为在刀的最前端、刀尖的中间某点、刀把上、手腕上或手肘上）；
4.刀口的平整和锯齿形，用摩擦、力的分解等解释；
5.刀的扁平程度，用切割物体时的受力大小及功能不同予以解释，如切易分割的物体，只要刀口锋利，一般做得较扁平，而剁骨头的刀，若如此，极易卷口，故一般都比较厚；
6.刀的质量大小，当菜刀在接触物体后速度改变率一样的情况下，质量大的刀所受的力一定大，因此给被切割物体的作用力比较大。
从以上分析中可以发现，学生几乎用到了刚学过的全部力学知识，像力的分解、力矩、牛顿第二定律、加速度的定义、摩擦力等。
从研究的方法上，大部分学生使用的是观察法、比较法、分析法，也有学生使用了实验法。
通过观察了解各种菜刀的形状、构造上的特点，寻找不同点；运用测量方法，测量刀身的长、刀背的宽、刀把的长等，并注意到减小实验误差：设计控制变量条件下的实验操作，用不同的刀分别切蔬菜、水果、冻肉、面包、排骨等，记录其省力或费力的程度，比较优劣，并对实验结果进行初步的误差分析。（见附表①～③）
通过这次活动，大部分学生的某些能力得到很大提高，特别是有关收集信息观察事物的能力和验证信息实施实验的能力。在如何对信息分类和比较、观察的技巧、实验设计和操作的能力方面，他们已从一般的认知技能开始向较高层次的“学科能力”转化。
在对现象进行分析的过程中，大部分学生使用的是定性分析的方法，也有少数学生使用了半定量的分析方法。
如一位学生在介绍剁骨刀斩骨头时，假设某人手持刺骨刀从高举至落下的时间是1s，与骨头接触并停下的时间是0.1s，假设刀的重量为5N，依据牛顿第二定律，估算出：刀对骨头作用力的大小为50N （不计手对刀的作用力），并得出：刀越重，在空中加速时间越长，产生的力就越大。另一位学生在计算刀的锋利对切割效果的影响时，做了一个简单的估算，分别假设一定长度的刀的刀口横截面积大小对于同样的力所产生的压强的影响。
在课题研究的过程中，也有许多同学提出了一些新的见解，比如锯齿形刀口在切割时是因为它的齿，导致推拉时均能够使物体沿刀运动方向受力；有一位学生从网上摘录了有关刀的锋利度如何检测的方法，用到了电学的知识等等。
在活动中，学生始终处于自觉主动的地位，大胆猜想、自主操作；有的学生大胆运用了“理想化方法”、“模型方法”；有些学生自愿组织“课题小组”，团结协作；有的学生能从多种渠道上获取有用信息。
从研究报告以及调查中发现，由于学生平时实际使用菜刀操作的机会不多（经常使用的仅占2％、几乎不用的占25％），因此， 善于从长期使用过程中发现力学规律的成果极其少，比如剁骨头时，刀口与骨头的接触点应该在刀的中后部某一点上；又比如切丝形食物（如萝卜丝）时一般以刀尖为支点，以减少切割时刀身移动的距离从而加快切割的速度等等。然而，尽管学生没能发现这些，或者发现了，但不能解释，只要能自己找些书来读，学习一点课本上没有的知识，逐步理解并正确分析这些现象，那就很了不起了。我们开展这样的课题研究的目的之一，就是让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很大的空间。事实上，确实有许多现象及其解释是为人师者也感到不是那么容易的。
我们安排了一课时的课堂交流活动，由学生主持，让部分学生汇报他们在某一点上具有创意的或比较完整的研究成果，又安排学生进行菜刀切食物的实际操作小比赛（根据食物类型和切割要求选刀并实际切割），最后由老师点评。
从教师的观察和课后的访谈，发现这节课学生的兴趣极其浓厚，听讲过程中能结合自己的研究，积极思辩，学生课堂交流时的表述能力也非常好。本节课题研究成果汇报的教学效果是非常好的。
三、成果的评价
在对这些课题研究报告的评价中，我们尝试了与以往课外作业不同的评价方式，采用定性的评语式评价与定量的记分式评价相结合的方法。评语式评价主要指出学生在研究过程中的特点和有创意的地方，记分式评价则从三个方面来考察研究成果报告的质量：
第一是内容，包括观察的全面性和分析的正确性；
第二是方法，包括方法的科学性和资料的多源性；
第三是书写，包括结构的规范性和表达的准确性。
其中第一、三两点重点在研究结果，而第二点主要是考察研究过程。为了突出研究过程的独创性，我们又设计了附加分，与以上三个方面不挂钩，重在考察学生在研究过程中，是否有独特的观察视角、选用知识是否超前超课堂、所用方法是否独特、能否有合理的“奇思异想”（不一定要求解答）。
四、学生的感受
课题研究是以培养创新意识、研究能力和实验能力为基本目标，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。通过这次“课题研究”活动，不少学生深有感触。
有的学生说：“通过研究，不仅使我从学习书本上的知识中脱离出来更好地付之于实践，也检验与培养了我的许多能力……得到了要细心体会生活，多思考多提问的启示……”
有的学生说：“通过这次对菜刀的研究，不仅激发了我对身边小事的兴趣，还让我意识到知识就在我们身旁，只要肯花时间，肯花精力，生活小常识的秘密就能迎刃而解；”
有的学生说：“我们的生活中无处不存在着物理知识，我们应该将平时的理论知识与生活实践相结合，多动脑、多动手，将所学的知识真正运用到生活中去；”
有的学生说：“原来在菜刀的世界中也有这么多的知识，只要我们仔细观察，其实科学就在身边；”有的学生说：“通过研究，增强了我的观察分析能力，我今后会多多努力，探索生活中科学的奥秘。”
五、教师的思考
针对活动中的问题和不足，我们打算在今后的“课题研究”活动中，加强学生间的交流，对主讲学生和听讲学生分别提出要求，培养学生相互提问、回答问题的能力，要求主讲学生能够进行简要的答辩，听讲者能质疑。如何“质疑与答辩”可成为学生今后课题研究中和新课题。
从学生中反馈的信息，使我们对这项活动有了进一步认识，体会到课题研究主要应着眼于初步的科学研究能力与科学态度的培养，而不在于某项具体知识的学习。
教学过程从强调论证知识的结论向强调获取知识的科学过程转化，重视科学探究过程和科学态度的培养，在承认学生认知心理的倾向性差异基础上实施因材施教，以上几点构成了现代物理教育的基础原则，而“课题研究”正是适合了这个原则；同时，课题研究活动中新型师生关系的建设（由师者传道授业解惑加上共同探求）、对教师在教学中如何起到引导、维持、促进功能的发挥等均提出了新的挑战；课题研究如何达到研究性学习的教学目标，如何与传统的课堂教学功能有机整合以达到教学大纲的目的等都是有待进一步探讨的问题。作为物理教学的一部分，虽然“课题研究”刚刚开始起步，但我们相信其生命力一定是旺盛的！
附表：
①四种菜刀的测量记录：
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