物理研究性学习的模式
对物理研究性学习实施的研究
研究性学习，从广义理解，泛指学生主动探究的学习活动。它是一种学习的理念、策略、方法，适用于学生对所有学科的学习。从狭义看，它作为一门独立的课程，旨在教学过程中以问题为载体，创设一种类似科学研究的情境和途径，让学生通过自己收集、分析和处理信息来实际感受和体验知识的产生过程，进而了解社会，学会学习，培养分析问题、解决问题的能力和创造力。
这种课程形态的核心是要改变学生的学习方式，强调一种主动探究式的学习，是培养学生创新精神和实践能力、推行素质教育的一种新的尝试和实践。
一、“研究性学习”与学科教学的比较
作为一种新的课程形态，“研究性学习”和现有的学科教学相比，它有以下一些特点。
1.“问题”（或专题、课题）是研究性学习的载体，整个课程主要围绕着问题的提出和解决来组织学生的学习活动研究性学习和其他学科教学相比，研究性学习的“载体”发生了变化，即没有了传统意义上的教材。因为没有教材，于是也就没有了可以操作的“本本”，没有了人们所熟悉的套路规范。这虽给学校、给老师留下了很大的创造空间，但更多的是增加了课程实施中的大量的不确定因素：课程实施的模式、课题选择和课题价值判断、课题的切入口、课题推行步骤、课题资料来源、课题研究结果及呈现方式等，几乎每一个环节都需要因地制宜、因人而异、因现存条件而决定。
2.研究性学习呈开放学习的态势
这种开放性学习，改变的不仅是学生学习的地点和内容，更重要的是：首先，它提供给学生更多的获取知识的方式和渠道，在了解知识发生和形成的过程中，推动他们去关心现实，了解社会，体验人生，并积累一定的感性知识和实践经验，使学生获得比较完整的学习经历。其次，学生在这样的学习中将培养一种开放性的思维，这种思维方式的形成对于中国学生创新精神的培养尤其重要。在长期以考试为中心的教育训练中，学生逐渐形成了一种思维定式：所有的问题都有答案，并且只有一个标准答案。研究性学习恰恰要改变这种状况。
3.研究性学习是一门主要由学生自己负责完成的课程
研究性学习强调以学生的自主性、探究性、开放性学习为基础。学生按自己的兴趣选择和确定研究内容后，通常采用学生个人或小组合作的方式来进行。整个课程的内容、方式、进度、实施地点、最后的表现形态等主要取决于学生个人或小组的努力。学生在老师的指导下，在规定的时间内，成为某一个研究课题的提出者、设计者、实施者，他们对课程目标的达成负有主要责任。学生真正被置于学习的主体地位。研究性学习既赋予了学生选择学习内容的权利，也要求学生承担达成课程目标的义务。当学生感到肩负一种责任时，他们的主观积极性便得到极大的调动，自主学习、主动探究就有了积极的内在动力。
4.研究性学习重视结果，但更注重学习的过程，注重学习过程中学生的感受和体验和学科教学中只重视学生学习结果的可量化、可操作性的预期结果目标不同，研究性学习将整个课程实施的过程看得比结果更为重要。学生经过一段时间的研究，可能其最后呈现的研究结果稚嫩可笑。但这并不重要，因为学生通过课题设计、寻找资料、动手实验、社会调查等亲身实践，可以获得对社会的直接感受；通过课题研究，不仅了解科研的一般流程和方法，而且体会到科学研究的艰辛和快乐；在与他人、与社会的交往与合作中，懂得做人、做事的道理，培养团队合作精神和人际交往的能力；通过多方面收集资料，知道除教材、教学参考资料以外还有很多获取信息的渠道和方法，这为终身学习打下良好的基础；在课题研究中，学生试图综合已有的知识来解决正在研究的问题。知识在他们的眼中，不再是孤立的、互不联系的内容，而是相互间有密不可分的关系，能够在解决问题过程中共同发挥作用。
总之，和现有的课程相比，研究性学习突出的是它的实践性、开放性、自主性、探究性、方法性、综合性和过程性。
二、物理学科实施研究性学习的目的
在中学阶段开展研究性学习，主要目的是要改变学生的学习方式，强调主动探究式的学习，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。在研究性学习过程中，学会探究，培养创新精神和实践能力，推行素质教育。物理学科的研究性学习目的，具体地说有以下三点：
（1）改变中学生长期以来一直恪守的被动地接受教师传授知识的学习方式，即只偏重于机械记忆、浅层次理解和简单应用的学习方式。通过研究性学习，使学生参与物理概念的建立和物理规律的形成过程，亲身体验物理学的研究方法与过程，从而使学生对物理知识的学习处于一种主动探究并注重解决实际问题的学习状态。
（2）改变学生只是单纯从书本学习知识的传统方式，通过参与具体问题的研究与活动，让学生通过自己的亲身体验了解物理知识的形成、发展过程同时体会物理学知识在实际中的应用价值，并丰富学生的学习经历。
（3）改变学校教育始终围绕着考试转的局面，完善科学的教育评价体系，从物理教学的教育功能出发，真正把教育的中心放在培养学生的创新精神、实践能力和终身学习的能力上。
三、研究性学习的实施
从心理学的角度看，认知心理学的理论强调学习过程是一个主动地接受信息和创造性的思维过程，研究性学习实际上是把学习过程与科学研究相比较，认为学习方法与科学研究方法具有相似之处，容易使学生掌握科学的思想和研究方法，它不仅在于获得问题的结果，更注重学习的创造性与主体性人格的培养，并以此为主要目的。因此，研究性学习更有利于学生的发展。
九年义务教育全日制初级中学《物理教学大纲》（试用修订版）规定：“组织学生开展物理实践活动和物理科普讲座，对于培养学生的创新精神和实践能力，加深学生对于科学、技术和社会关系的认识，发展学生对于科学技术的兴趣和爱好，扩大学生的知识面等都是十分有益的。物理实践活动的形式可以是社会调查、参观访问、资料查询，也可以是研究性实验及科学制作。”
学校应把物理实践活动列入教学计划，做到时间、场地、器材、资料落实。每学期至少要安排1～2次物理实践活动。这项活动应当课内与课外相结合，其中每次活动在课内要安排2课时用来进行学生间的交流和讨论。
大纲列出的物理实践活动的课题，可供选用。师生也可以另选其它课题，不必要求一致。教师必须对活动进行指导，但要避免规定具体的方法和步骤，要充分发挥学生的主动精神和创造才能。
全日制普通高级中学《物理教学大纲》规定：“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交流与合作能力的重要环节。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。课题研究主要着眼于这些能力与意识的培养，而不重在某项具体知识的学习。”
教师应该对课题研究进行指导，但要避免给出具体的步骤和方法。要鼓励学生采用不同方法，提出不同见解。
课题研究应该以课内课外相结合的形式进行。大纲为每个课题划出了4课时，教学中必须保证，其中有2课时用于学生间的汇报和交流。
初中的“物理实践活动”和高中的“课题研究”都属于研究性学习的内容，都已纳入教学计划，走进物理教学。由于初中学生和高中学生的文化基础知识的水平以及研究能力的差异，研究性学习的内容也有所不同，但所达到的目的是一致的，采用的方法是相似的。
研究性学习作为一门必修课列入课程计划以来，学校在具体实施这门课程时，学习的组织单位、学习地点、学习内容、学习载体、学习形式、学习周期、对学生表现的了解、学习评价等方面与学科教学都有明显不同，感到它和现有的学科教学有非常大的差异。对于教师来讲如何开展研究性学习是个新课题，再次提供一个“研究性学习课程组织实施的一般流程”，仅供参考。
1.物理研究性学习的过程
研究性学习过程可以分为准备阶段、选题阶段、课题评审、制定研究方案、实施阶段、课题成果展示与评议、年级答辩及报告会、成果评定八个阶段。
（1）准备阶段：准备阶段内容包括：动员学生、教师、家长积极参与；给学生提供相应的知识背景，做一些相关的学术讲座；对学生进行科研方法的指导；组织专门管理体系，成立领导小组、专家小组和管理小组。
（2）选题阶段：选题包括教师选题和学生选题两个阶段。教师可以根据学生的知识水平和研究能力，提供一系列可操作的课题供学生选择，学生根据教师提供的一系列课题，选择适合自己能力水平、兴趣取向的课题。也可以由学生自主选择有兴趣、能操作的课题，然后填写《选题意向表》。教师收集《选题意向表》，按照学生的意向分组，最后宣布分组名单。学生组成研究小组，推举组长。
（3）课题评审：由指导教师主持开题评审会，提出开题评审会的有关要求，对每个组的“课题研究方案”进行评审，不合格的小组，需重新准备后再通过开题评审。
（4）制定课题研究方案：学生和指导教师见面，指导教师和学生交流对课题研究的构想。学生小组开始查阅资料、访问有关人士等，制定自己小组的课题研究方案。指导教师根据各组学生制定的结果，撰写指导各小组研究的“教案”。
（5）研究实施阶段：学生按课题研究方案，自主开展研究活动，并认真规范地填写研究过程需要记录的表格。学生定期和指导教师见面，教师通过与学生的交流和小组活动记录，随时了解并评价每个小组以及每个学生的活动情况，提供有针对性的指导，并认真填写相应的指导意见表和日常活动考核表。每个学生准备一记录本，随时记录研究情况与各方面的收获。
（6）总结与展示：学生以小组为单位，对研究的课题成果和收集到的资料信息进行分类、归纳、整理和提炼，确定总结的内容，选择最合适、最能反映研究成果的形式。成果形式不拘，格式要规范，内容要具体，鼓励创新（教师要教育学生尊重《著作法》，反对简单的抄袭或对资料的简单剪贴）。
在课题总结时，学生以小组为单位完成小组研究成果一份，收获总结一份，收集到的资料索引一份、课题涉及到的科学术语词汇表一份、课题实施过程中所有原始资料一包。
最后的研究成果内容包括：选题意义、研究经过、论据和结论、效果分析，后附资料索引目录。在教师的指导下，各小组将研究结果进行展示交流（展示可以使用PowerPoint演示文稿，还可以有展板、投影、录像、实物等），同学对各组成果进行评议，提出改进意见。每个学生交一份个人总结，主要描述个人参与工作、贡献和收获。
上述材料使用文字编辑软件打印成文，于答辩前交给指导教师。学生以小组为单位，根据课题组评议改进并完成研究报告，做答辩前准备。
（7）答辩：答辩按主题分类，一个主题下的各相关课题在一起答辩。答辩时间每组以15分钟为宜（10分钟报告，5分钟提问讨论）。答辩程序为：（1）小组代表报告本组研究内容、经过及取得的成果。（2）小组成员回答教师组的指导教师和专家的提问。
答辩后由答辩教师组的指导教师和专家进行评议、打分，并填写答辩记录表。
（8）评价：学生先根据评价表自评，并呈交个人工作“记录本”。然后，学生小组展开互评，评出每个学生的成绩等级；最后，班主任负责：将开题评审的成绩、学生平时成绩、答辩成绩、学生自评和互评成绩统一汇总，根据规定的不同权重，对每个学生作最后的成绩评价。(https://www.daowen.com)
四、物理研究性学习的模式
物理学科内的研究性学习，根据初中学生和高中学生的知识水平和研究能力不同，可以涉及不同层次的内容，也可以有不同的研究学习模式。
1.“问题——探究——实验”教学模式
研究课题可以从现行物理教学大纲提供的“实践活动课题参考题”、“课题研究参考题”中选择课题研究，还可以从生活、生产实践中发现适合初中学生或高中学生研究的课题。选择课题范围要小，研究和实验的操作性要强一些。
（1）模式特点：这类活动是以提供或发现的问题为背景，引导学生主动探究。从学科和生活中选择或设计具有实践性的研究课题，让学生采用类似于科学研究的方法主动探究、发现并解决问题，获取知识，在实践中学会学习。
（2）研究过程：
①教师动员。在开展研究活动前，教师要先动员。动员的内容包括：介绍研究活动形式、选题范围、研究方法（如调查、采访、查询、搜集资料、实验等方法），研究成果汇报的方式（如作品展览，展板、论文、实验报告、网页等），以及相关的知识（物理的，科技制作等方面的）。
②成立小组。开展研究活动的组织形式一般以小组为单位。分组的方法有：班级内自由结合、班级内随机组合、跨班级随机组合等。分组目的是培养合作与交往能力。每组3—5人为宜。选举组长，做好分组名单记录，以便检查督促。要建立研究活动记录档案，准备研究活动过程记录表。
③筛选课题。教师要指导学生筛选、申报课题。题目要具体、可操作。设计并填写课题申报表。
④制定方案。教师指导学生根据自己的课题制定研究方案，方案包括：研究内容、研究方法、时间安排、成果形式等。
⑤实施研究。按照制订的方案，有计划、有分工地实施调查、搜集资料、实验研究、制作等。
⑥成果汇报：研究成果以文字、图片、科技制作等成果形式布置专栏或实物展示；还可以论文报告、制作网页、录像资料等形式在班级内汇报、交流，选出好的在全年级汇报，科技制作的成果在全年级比赛、评比或举办作品展览。
（3）模式的理论依据：教育部关于《普通高中研究性学习实施指南》中指出：研究性学习是学生在教师的指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识解决问题的学习活动。研究性学习的目标是获得亲身参与研究探索的体验，培养发现问题和解决问题的能力，培养收集、分析和利用信息的能力，学会分享与合作，培育科学态度和科学道德。研究性学习的重点是培养探究技能。探究技能主要有以下几类：①资料收集技能，包括倾听的技能、发问的技能、观察的技能、记录的技能、访谈的技能、调查的技能、文献检索的技能等。②思维推力技能。③操作技能，包括使用仪器、保管仪器、维护仪器，包括制作技能、测量技能、演示技能、实验技能等。
[研究案例1]
课题：探究不同服装材料的保温性能
北京十一学校 初二1班 王雪 孙璇 鲁楠 史思楠
选题背景：在老师的指导下，我们小组选择了和物理知识相关又与实际生活密切联系的课题——调查不同服装材料的保温性能及适用条件。
开始，打算采用调查的方法进行研究，计划去服装生产厂家、服装研究所和商场调查，对不同人群做问卷调查，查找收集相关资料，然后对这些材料分析研究，写出调查报告。后来想，这样调查来的资料，都是别人的研究结果和别人的体验感受，我们为什么不能自己动手做实验，得到第一手的研究资料呢？我们在物理课上已经学习了一些实验方法，应该自己动手实验。于是修改了研究方案，采取实验探究的方法完成研究课题——探究不同服装材料的保温性能。
对结果的猜想：由生活常识我们感觉，保暖从好到差的顺序应该是：三保暖、纯棉、羊毛、混纺毛线、晴伦棉、化纤。
实验设计：由于物理课上刚学完热现象一章，这与服装材料的保暖课题密切相关，所以正好把课本知识运用到实践当中。实验是这样设计的：
用杯子盛一些37℃的水，因为衣服是给人穿的，人的正常体温是37℃。在杯中放上一支温度计，并使它不触到容器。测量冰箱冷冻室的温度。用不同质地的衣料包住容器，放进冰箱冷冻室中，经一段时间后，记录温度计的示数，即水的末温度。再对比不同质地服装的不同末温度，做比较，得出哪一种质地的材料保暖性好的结论。
实验原理：根据热传递的规律，热量总是从高温物体或物体的高温部分向低温物体或物体的低温部分传递，直到温度相同为止。在冷冻室中，杯里37℃的水放热，会逐渐降温，服装材料是热的不良导体，就会阻止杯子里的水向外界冷空气传递热，不同质地的服装材料导热性能不同，所以在相同的时间内杯中水放出的热量不同，降低的温度就不同。所以只要看最后温度计的示数，就可以比较出服装材料保暖性的差异了。
实验条件：质地分别是晴伦棉、混纺毛线、纯棉、化纤、三保暖、羊毛。材料的厚度均为1厘米，实验前水的温度均为37℃，冰箱冷冻室——环境温度均为-20℃，观察时间均为2小时。
测量结果：
实验结果：根据实验数据得到的结论是：晴伦棉保暖性最好，其次分别是羊毛、三保暖、纯棉、化纤和混纺毛线。混纺毛线保暖性能这样差是我们没想到的。
自我评价：由于缺少实践经验，这次研究很不完善，例如：实验时间过长，有几个实验中出现了物态变化，水在结冰的时候要放出热量，而温度不变。因此用末温度15℃和-4℃来说明放出热量的多少，虽然能看出保暖性能的差异，但数据反映的情况缺乏准确性。还要继续改进和完善：1.缩短实验时间；2.在几种不同的环境温度下再做上述实验，才能得出不同服装材料的适用条件。
通过实践，得出结论，我们尝试了许多以前不曾做过的事。在这次实践活动中，我们有如下感受：巩固了知识。提高了动手实验能力，学会了合作和尊重事实，也得到了许多经验和教训，收获的确不小。
2.“课题—猜想—实验—推理”模式
（1）模式特点
研究的课题是生活、生产中常见的与物理有关的现象或遇的到的问题，对产生的原因或将出现的结果进行猜想，对如何验证自己的猜想设计实验、进行实验验证，或进行实验探究，或根据学过的知识进行理论推理、说明验证。
（2）研究过程
①提出问题。人们的生活、生产及各种实践活动中充满各种各样与物理有关的问题，有的是中学生能够理解、能够解决的，有的是力所不能及的，作为中学生，他们的知识水平和社会阅历都有限，使他们在进行较大的课题研究时会有一定的难度。因此，要求学生有选择地从最熟悉、最简单的问题开始尝试研究性学习，尽量选择和学生的知识水平、能力及现有的研究条件相符合的问题，课题的研究范围不要太大。
②猜想与假设。对该问题出现的可能原因及结果进行猜想或假设，指导学生可以从自身的生活经验、已有知识的启发、亲身的感受、或一时的灵感进行各种猜想，并与其他同学进行交流、研讨，种种猜想是否正确有待于理论或实验的验证。
③设计研究方案。设计研究方案，制定具体的操作细则、实验步骤。在制定操作细则或实验步骤时，要运用已有的知识和生活经验来分步设计方案。设计方案可以从研究方法、时间顺序、资料查找、可能出现的问题等方面进行考虑。设计方案是最关键的一步，方案设计优劣决定着研究方向正确与否，操作是否合理可行，问题的诸多因素是否考虑周到。设计方案决定着研究性学习的成败。对于形成的初步方案，应在教师的参与下、在一定的范围内（班内或年级内），进行交流、论证，进而完成对方案的评估和完善。
④实施研究方案。具体的研究过程就是方案的实施过程。要求学生在实施过程中，学习必要的理论知识，查阅有关资料；实际做实验时，应记录实验现象、数据及图表，进行理论分析、论证；同时在实验过程中发扬团结合作的精神，充分发挥群体的意识和力量，共同完成研究任务。
⑤得出研究结果，写出研究报告。学生将研究成果进行归纳整理、总结提炼，形成书面材料和口头报告材料。成果的表达方式提倡多样化，除了按一定要求撰写实验报告、调查报告以外，还可以采取开辩论会、研讨会、搞展板、出墙报、编刊物（包括电子刊物）等方式，同时还应要求学生以口头报告的方式向全班发表，或通过指导教师主持答辩。
⑥学生通过交流、研讨与同学们分享成果，这是研究性学习不可缺少的环节。在交流、研讨中，学生要学会欣赏和发现他人的优点，学会理解和宽容，学会客观地分析和辩证地思考，也要敢于和善于申辩。
（3）模式的理论依据
国家物理和科学课程标准都明确指出，发展学生的科学素养离不开科学的学习过程。科学的核心是探究，教育的重要目标是促进学生的发展。物理教学活动过程中，应给学生提供充分的科学探究机会，人学生通过手、脑并用的探究活动，体验探究过程的曲折和乐趣学习科学方法，发展科学探究所需要的能力并增进对科学探究的理解。科学探究具体包括：发展观察现象和提出问题的能力，增进对提出问题意义的理解；发展提出猜想和形成假设的能力，了解假设对科学探究的作用；发展制定计划、进行简单的实验设计和首脑并用的实践能力，认识实验在科学探究中的重要性。
[研究案例2]
课题：动量、动量守恒定律
（1）问题的提出：实施以创新精神和实践能力为重点的素质教育，重要的着眼点是改变学生的学习方式。研究性学习对于改变传统教学中的一些弊端（如以教师为中心、灌输式教学），如何在现有的教学模式下和物理课程体系中，既有效地指导学生掌握基础知识和基本技能，又培养学生主动学习、积极探究的意识和能力，从而顺利达成物理教学大纲的目标，完成高中教育的任务，是非常值得思考和实践的一个课题。为此，就高一物理“动量”章节的教学尝试使用研究性学习的新教学模式。
（2）学习程序及研究方法
在学习“动量”这一部分内容之前，教师先印发《研究提示》，以引导、规范学生的自学、研究行为。
“动量”研究学习提示
我们利用课余时间和部分课上时间，研究、学习“动量”的问题。
第一，请同学自愿结合3～5人为一研究小组，合作进行实验研究。
第二，同学应该自学完课本上的第九章“动量”，然后就有关不清楚的问题在研究小组中展开讨论，互相启发，互相帮助。当然，你觉得需要，也可以问问老师。
第三，同学们要完成一篇报告，主题内容就是“动量”。在班里与同学交流你的学习成果的时候，你就是“老师”。