物理科技写作是学生进行研究性学习的有效途径

文章作者：张继答    阅读人次：2531次
上传时间：2004-1-4 15:51:55  来源：中国教育曙光网
物理科技写作是学生进行研究性学习的有效途径
北大附中 张继答
一、问题的提出
强调概念和规律的严谨,在可能的条件下注重理论体系的完整是我国中学物理教学的特点之一。在这样的思想指导下,我们的中学物理教学具有基础扎实、训练严格的传统优势。例如在高中阶段的物理教学中,通过物理教学使学生学习关于物质最普遍的运动形式和物质基本结构及其基本相互作用的初步知识,接受科学的时空观教育;在学习物理知识的同时,培养学生观察、实验、独立思考分析、归纳总结和创造性思维等能力。这对培养学生科学世界观和严谨的学习态度无疑是有益的。但也应该看到,我们的物理教学有偏深、偏难的倾向,知识面相对较窄,物理教学内容中经典内容较多;尤其是教学中传统的课堂教学模式占主要地位,通常使学生的学习比较呆板和被动。学生学习了许多物理知识,但有不少人面对联系实际的物理问题却束手无策。学生在学习物理过程中做了大量物理习题,其中相当多的人却不知道如何发现问题、研究和解决问题。随着21世纪的到来,科学技术的发展速度越来越快。我们需要学生具有更主动的学习精神和更强的自学能力,具有创新意识和能力。如何在物理教学中更好地培养学生主动的学习精神,促使学生勤于思考,培养创新意识和能力;在学习物理知识的同时,比较全面地提高学生应用所学知识解决问题的能力,提高学生发现问题和研究问题的能力是物理教学所面临的重要课题。
物理教学的本质是科学的学习,而科学探究是科学学习的核心。可以这样讲,中学物理教学的最终目标应是在学习物理知识的过程中,初步培养学生建立科学探究的意识和能力。为了达到这个目标,应在平时教学过程中引导学生进行研究性学习。根据我在物理教学中的体会和学生学习的实际情况,在敏学中开展物理科技写作是引导学生进行研究性学习一个很好的方法和途径。
二.什么是物理科技写作
1、什么是物理科技写作
在物理教学过程中,教师创设一定的问题背景,或学生发现了某些问题背景,让学生从其中发现问题,提出要研究和解决的问题,确定写作题目,为获取研究问题所需信息或素材,学生设计必需的观察、实验、调查、考察等工作方案,并进行有关信息或素材的采集、整理、然后运用分析推理、归纳总结,对所获取的信息或素材进行加工,得到研究结论,并最后整理成文.我们将这一发现问题、确定题目、设计研究方案、采集整理信息或素材、归纳总结出研究结论并整理成文的全过程,叫做物理科技写作。
2、物理科技写作的类型
根据物理科技写作所研究问题的内容和深度,可以将物理科技写作分为三种类型。
(1〉知识探究型(又称为再认识型) 　　在物理教学过程中,在教师指导下或通过学生自学,对所学的知识进一步理解认识,获得学习体验,并形成学习报告,这种物理科技写作属于知识探究型。这种探究式学习研究,尽管只是研究性学习的初步,但对于培养学生深人研究的意识,提高认识和解决问题的能力,在更大范围和程度上激发学生研究性学习的需求是重要的起点。它能有效地解决所学的知识“是什么”,这种知识探究型问题。
教学过程中学生写的学习物理知识的体会,参观科技展览总结,涉及物理问题的简单的观察报告或调查报告、简单的解题报告、简单的实验报告等对所学知识简单应用的文章,都可以归人知识探究型的物理科技写作。知识探究型是物理科技写作中最基本、最简单的。开始物理科技写作时,应从知识探究型做起。例如附录一中,王位一同学所写《一道物理问题的深入与推广》、颜巍同学所写《融会贯通举一反三》等文章都属于知识探究型的物理科技写作。
(2〉知识灵活运用型(又称为准学术型)
在物理教学过程中,在教师指导下或通过自学,学生拓宽学习范围,对所学习的知识有较深入的理解和认识,对与之相关的知识能够做比较深入的分析和综合,经过研究和探讨对某些问题有一定的见解或观点,在此基础上写出的带有研究性质的学习报告,属于知识灵活运用型的物理科技写作。
学生在知识灵活运用型物理科技写作所提出的观点,一般讲在学术方面并无太大价值,很多观点在物理学中早有定论.但对学生来说却是他们经过独立探究获得的全新的“再发现”的认识。这种“再发现”,的认识,既包括学生对所研究的问题新的观点认识,也包括对所研究的问题新的方法认识。它能有效的解决所学的知识“为什么”的这种学术探究型问题。
学生在研究性学习中激发的探索兴趣和范围可能十分广泛,在物理学习过程中,他们研究的触角也可能伸得很远b表现在物理科技写作方面,学生写作的内容可能很广泛。例如学生的物理科技写作中,《钟摆》(肖笛,1995年)是在学习单摆知识后,研究实际摆钟的摆长与摆动周期关系写出的报告:《足球中的数学问题》(宋洋,1998年〉是应用数学知识分析足球比赛中的一些问题,这些物理科技写作属于知识灵活运用型。大多数学生的物理科技写作一般多属于知识探究型和知识灵活运用型。
(3〉知识发现型(又称为学术型〉
在教学过程中,学生从教师创设的物理背景中发现问题,或学生在深入研究物理问题过程中发现某些问题,以所学的知识为基础,通过进一步学习,并进行深入观察、实验、调查、考察等工作,运用分析推理、归纳总结,对所研究的问题有其独到的认识,并得到研究结论,这种物理科技写作属于知识发砚型。
与知识灵活运用型的物理科技写作不同,学生在知识发现型物理科技写作所提出的观点,一般说具有比较独到的见解或创意。尽管其中多数观点在学术上不一定具有太大价值,但许多观点或方法是学生首创的,是他们经过独立探究获得的全新的“创造性”认识。这种“创造性"认识,既包括学生对所研究的问题新的观点独到认识,也包括对所研究的问题新的方法独到认识。它能有效的解决所学的知识“如何发展”的这种学术型问题。
在学生的物理科技写作中,知识发现型是最高层次。学生写的学术性专题论文、有独到见解或创意的研究报告等都应属于知识发现型。例如学生的物理科技写作中,《膜层设计》(霍铁杰,1998年)就是设计计算机软件,用比较独特的方法解决光学镜头增透膜厚度问题。《网格热传导》(张岑,2001年)是学生学习电阻网络分析方法后受到启发,用类似的方法研究包括平面网络和立体网络在内的网格热传导问题。上述物理科技写作,在研究问题的思路和方法上都有独到的理解和认识,属于知识发现型。能够完成知识发现型物理科技写作的学生在整体中学生中是少数,但对理科试验班的学生来说,绝大多数人应该能够完成知识发现型物理科技写作。
3、物理科技写作是对物理小论文的重新界定
在我自己物理教学过程中,曾经将物理科技写作叫做物理小论文,尽管在论文前面加了一个“小‘,字,但从知识探究型和知识灵活运用型的物理科技写作看,与真正的科技论文还是有相当的距离,它们只是初步具有探究性质的学习报告。因此将原来的物理小论文分为知识探究型、知识灵活运用型和知识发现型三个层次(三种类型),统称为物理科技写作更为适合。
三、物理科技写作在研究性学习中的作用
物理科技写作在引导学生开展研究性学习,培养和提高学生能力方面有重要的作用。
1、学生学习的三个能力层次
物理科技写作的三种类型,实际是与对学生三个不同层次的学习能力要求相对应的。在物理教学过程中,我将学生的物理学习能力分为基础性学力、拓展性学力和研究性学力三个层次。
基础性学力是指学生在学习过程中,对所学物理知识的初步理解和简单应用能力。这是所有学生学习中应该培养和具备的基本能力。
拓展性学力是指学生在学习过程中,对所学物理知识能够较深入理解和认识,能够对有关问题进行一定的推理和分析综合；能够以所学知识为基础,通过进一步学习解决与之相关的物理问题。这是大多数学生学习中应该努力培养和具备的能力。 研究性学力是指学生在学习过程中,能够发现问题,提出问题,并能够有独到见解或创意地分析、研究、解决问题的能力。这是理科试验班的学生学习应该培养和具备的能力。
总之,基础性学力体现在通过学习分析和解决简单问题的能力;拓展性学力体现在对问题有一定的见解,能够推理和分析综合问题的能力$而研究性学力则突出体现在发现问题和提出问题,并对问题有一定独到见解或创新认识的能力。
2、物理科技写作在研究性学习中的作用
〈1)物理科技写作是引导学生进行研究性学习的有效途径
学生的研究性学习首先要有具体的实施形式和实施过程做保证。通过教学我感到物理科技写作是引导学生进行研究性学习的有效途径之一。
不论是哪一类型的物理科技写作,学生都会不同程度地遇到并解决诸如如何发现问题,确定课题,如何收集、整理资料,如何分析、总结并对问题做出结论,如何将结论打印成文等一系列具体问题。这些问题通常没有现成的模式可供学生简单模仿,没有现成的结论可供学生抄录,学生必须通过不断探索才可能解决这些问题。而在不断探索过程中,学生研究性学习的意识和能力都将得到培养和提高。
(2)物理科技写作是提高学生研究性学习能力的有效途径
在研究性学习中,物理科技写作对培养和提高学生的能力可以起到有效的促进和发展作用。
知识探究型写作主要是对学习的知识和方法的再认识。在课堂上学习的知识对学生来讲,仅仅是一种肤浅的认识。课后做物理作业,可以对所学知识的认识有所加深,但做作业对许多学生也常常仅停留在对教师的简单模仿地步。在知识探究型写作过程中,要求学生进一步深入思考课堂所学的知识,并能够应用它分析说明一些简单的物理问题,这个过程不但对学生加深理解所学的物理知识是十分有益的,更重要的是学生通过再认识的方式进行探究学习,可以比较完整地了解物理概念和规律产生与发展的过程,对培养良好的、主动获取知识的学习方法有重要的作用,是培养学生基础性学力的有效途径之一。
知识灵活运用型写作主要是根据所学的知识和方法,有目的地设置问题,使学生的物理学习从对单一、狭隘的物理习题求解向较广泛、综合的物理问题分析转化,变被动学习为主动探索性学习。在此过程中,学生要对所学知识和方法有比较深入和全面的理解,要采用多种方法和途径解决所研究的问题,这对培养学生拓展性学习能力是十分有效的。
学习物理过程中,通过不断解决问题,逐步能够从中发现问题,提出问题,才是教学达到的最高层次。知识发现型写作是达到教学最高层次的有效途径之一。在知识发现型写作过程中,要求学生对问题有所发现或有所发明。而这是以学生对已有知识或方法存在的缺欠或不足有一定认识,对已有知识或方法可能的发展方向有一定预测为前提的。在知识发现型写作过程中,学生从已有的知识平台出发研究问题,要克服原来知识的不足,要将原有的知识平台提高到一个新的高度,不可避免的要发展新的观点和方法,而这只能是学生对原有知识的改革或革命。这个过程是学生研究和创新能力得到培养和提高的最有效过程。
(4)物理科技写作对于培养学生综合素质是十分有效的
物理科技写作为学生提供了一个模拟的科研过程，为学生发持个人特长、展现他们的制造才能提供了良好的条件，是培养学生综合素质十分有效的途径。
物理科技写作不仅要求学生对所学物理知识理解较深人。由于涉及到写作文章题目的选择与确定、资料的收集和整理、问题的分析与表述等多方面问题,写作过程对学生各方面能力(包括对问题的理解、推理分析、应用物理学科语言的表述、应用计算机撰写和打印等)的要求都较高。尤其随着计算机的使用不断普及,我要求学生要将物理科技写作(包括图形和各种物理或数学公式〉用计算机打印出来,学生使用计算机做文字处理的能力同时也得到很好的锻炼,为他们今后的工作打下了良好的基础。不仅如此,在物理科技写作过程中,学生还要学习与人合作,要具有认真钻研、实事求是的精神和态度,等等。总之,在学生做物理科技中,不但可以梆学生主动学与深入糊的精神,还可以使学生各方面能力都将得到很好的培养和提高。
四、如何在物理数学过程中开展物理科技写作
学生们应该在积极地参与科学探究的过程中逐渐对自然界有所认识。从学生所亲历的事物中产生的一些实际问题进行探究,是物理教学所要采取的主要做法。应该尽可能地提供机会让学生在他们力所能及的范围内从事科学研究。在这一过程中学生们就可以把科学知识与观察、提理和思等结合在一起,逐步培养和提高分析、研究问题的能力。
在教学过程中,我是这样具体安排物理科技写作的:
高一学年第一学期是学生开始练习物理科技写作的第一阶段。在这一阶段,以我在讲课过程中提出问题为主,课上提出比较简单的问题,对问题的具体分析和研究(包括完成计算机录人)留给学生在课外完成。考虑到学生学习能力以及初、高中教学的差异,高一年级第一学期允许学生在物理科技写作中选择非物理问题的题目。高一学年第一学期学生写的物理小论文题目可参见附录一,其中《证明不等式的几种方法》、《寻找平面几何问题中的“灵魂点"》就属于非物理问题类型。
与第一学期相比,高一学年第二学期学生所学的物理知识增加,学生认识能力和分析解决问题的能力有所提高。因此物理科技所涉及的内容比第一学期广泛和深入。第二学期物理科技写作在题目制方面更高侧重由学生自己选题。
高一学年物理科技写作占用部分物理课时间,第一学期及第二学期约各占用4课时。由于要求学生将物理科技写作用计算机打印出来,写作还占用部分计算机课时间,每学期约各占用2一4课时。学生课外收集资料,完成论文约占用4课时。总之,高一学年物理科技写作每学期约各占用10~12课时〈包括课外时间)与每学期物理课时比较，每学期科技写作所用课时（包括课外时间）约占每学期物理总课时〈按4课时/周，每学期17.5周教学时间计算）的14.3%。
高二学年第一学期是物理科技写作的重点阶段。高二第一学期物理教学中有“稳恒电流"一章。这二章物理知识与初中相比较没有太大的变化,只是要求学生对有关概念的理解更加深人,分析解决电路问题的能力要有较大提高。针对这一特点,在“稳恒电流”这一章教学中,我完全改变教师在课堂讲授,学生听讲、课后做作业的模式,而改用由教师给出本章预习题,学生自己阅读学习的方式。在学生自学的基础上,分两阶段完成本章教学任务。第一阶段以课本内容为主,结合本章预习题,学生交流对本章物理问题的理解和认识。在学生交流讨论过程中,教师的引导和同学之间相互探讨会将对本章问题的认识引向深入,在此基础上进入第二阶段。第二阶段要求学生将在本章学习中体会认识最深(或最感兴趣)的问题写成物理科技写作。写作的题目由学生自己选定,内容没有限制,但要求有一定深度(与中学物理教材的要求相比)。从学生做的情况看,写作内容涉及复杂电路的计算和分析,电路测量中的误差分析,从微观角度认识电路宏观规律等多方面问题。在第二阶段物理科技写作时。对于范围和深度较大的文章,允许2一4名学生组成一个小组共同完成同一个题目〈学生要有明确的分工〉。写作中从查阅资料,看参考书学习,到最后录人计算机成文,主要是靠学生在课外时间完成。
第二阶段最后是物理科技写作的宣讲交流。宣讲前同学之间初步传阅过彼此的文章。宣讲时先由作者(或小组代表)在限定时间内介绍文章主要内容和观点,然后由同学和教师提出对本文的看法或疑问,作者与其他同学或教师互相交流,在交流的基础上由作者最终完成物理科技写作。
高二学年第一学期物理科技写作与交流大约占用8~10课时(不包括学生课外查阅资料,看参考书学习及最后录入计算机成文的时间)。如果考虑学生课外所用时间,高二第一学期物理小论文写作大约共占用15~20课时.与每学期物理课时比较,高二第一学期物理小论文写作所用课时(包括课外时间〉约占每学期物理总课时(按4课时/周,每学期17.5周教学时间计算)的21%一28%。
高二学年第二学期理科试验班学生学习负担较重,物理科技写作基本不占用课内时间,主要在课外完成。对论文内容不做任何限制(允许写非物理内容的论文〉。由于学生在理科试验班学习近两年时间,知识和能力都有较大提高,这一阶段学生所写的文章水平比以前有较明显提高(可参阅附录3、4）。这一阶段学生写作所用时间差异较大,通常不少于十几课时,有的学生写作所用时间高达近百课时(主要利用课余时间〉。
应该说明的是,物理科技写作的安排不是固定不变的,我总是根据学生情况适当调整。例如,在高一年级开始写作时,我主要让学生写成解题报告形式(例如附录2).解题报告形式与学生熟悉的物理解题相似,学生容易接受。这种形式不仅可以在物理科技写作初期使用,在高二学年同样可以使用。高二学年可以让学生根据他所熟悉的物理问题或物理图景编写物理题。编写物理题对学生理解物理概念和规律也是十分有益的。我任教班级学生所写的解题报告和编写的物理习题曾被收录在《奥林匹克物理》(湖南教育出版社,1996年12月〉}书中。
高二学年物理科技写作与高一学年相比,一个突出的变化是文章的选题方式。高一是以教师提出问题为主,学生选择与他相适合的问题写作。高二则要求学生尽可能自己选择确定题目.这实际是要求学生从解决问题逐步向发现问题转化,是使学生的能力和意识向较高层次发展的过程,是切实培养和提高学生研究性学习能力的过程。
五、在物理学习过程中开展物理科技写作的几个问题 　　1、物理科技写作中应遵循的几个原则
通过几年的教学实践,我认为在开展学生物理科技写作过程中应注意遵循以下的几个原则:
一是注意结合物理教学和教材内容,要现实可行。中学学生所学物理知识有限,精力和时间也有限,物理科技写作应注意结合物理教学和教材内容。从物理教学中引出的问题学生易于接受,容易理解,有利于写作。
二是注意结合学生的实际水平,循序渐进。教师在安排和设计物理科技写作计划时,起点不要过高,写作文章的内容、形式的选择要考虑学生的实际能力和水平,还要考虑学生是否具备观察、测试、实验的能力和条件。没有经过实践,没有可靠的材料和数据,是不可能写出有科学价值的文章的。
三是选题宜小不宜大,科技写作文章的价值与题目的大小没有多大关系,小题目可写出大文章来。初学者最好是一题一议。题目大了费时费力,不容易说清楚,往往写不下去。题目缩小,论据材料容易收集,也降低了文章的写作难度,有利于学生的参与。
应该说明的是,选题是研究性学习的起点,它在整个研究性学习过程中处于主导地位。从这个意义来说,选题比科研方法更重要。选题的目的就是要发现和提出有意义的问题,这些问题可能来自于研究性学习实践,也可能来自文献资料,也可能来自生活、娱乐之中。没有好的科研选题,再好的试验方法也难以产生好的科研成果。
在可能的情况下,选题要注意新颖,要有创造性。尽量选那些常被科研工作者忽视而又有重要意义的事物来进行探索研究,这样才能写出与众不同、有独到见解和实用价值的较高水平的物理科技写作来。
四是注意培养学生的参与意识,让学生棋极主动参与到物理科技写作活动中,教学的主体是学生,只有学生积极参与,将物理科技写作变成自己自觉的行动,这个活动才可能取得预期的效果。
五是注重参与过程,不必过于看重物理科技写作的深度和难度。开展写作目的在于提高学生学习的积极性,变被动学习为主动学习,培养学生的自学能力和创新意识。由于中学生知识和能力的限制,大多数学生不太可能写出水平很高的论文。物理科技写作活动,对学生有意义的是参与。在参与写作活动过程中,学生的能力会得到提高,学生的才能会得到展现,通过物理科技写作增强学生的参与意识和创新意识,这才是活动的重要目的。
2、学生对开展物理科技写作活动的反映
从1994年承担理科试验班物理教学任务起至今已有7年时间,在这7年物理教学中我始终坚持开展物理科技写作活动。学生在参与这项活动中感觉收获很大,比较集中的几点认识是：
(1〉通过物理科技写作,从原来比较被动的学习转变为比较主动的学习,学习方法和能力有较大提高。有的同学在参加物理科技写作后的总结中写到：“以前只是昕讲、做题,觉得没什么不懂的东西。在写小论文时才发现,其实课堂上所学的知识我并没有真正理解。这次通过物理小论文写作才对所学的物理知识有进一步的认识。通过物理小论文写作我的学习方法有了变化，还有同学写到：“写物理小论文不象做物理习题那样简单。写小论文要靠自己收集材料,整理材料,要靠自己归纳总结,成文后还要用计算机打印出来,确实有些难。但是也使我学习到许多在单纯做物理习题中所学不到的东西,我开始体会到什么是独立思考、深入钻研了。”
(2〉通过物理科技写作,应用所学知识解决具体问题的意识和能力有较大提高,研究的意识和能力有较大提高。有的学生说:“通过物理科技写作使我认识到,学习的最终目的是应用和探索。如果学的知识不会用,这样的知识没有意义和价值。”通过对物理小论文写作有什么作用的讨论,同学共同的认识是:“对知识的应用本身就是能力的体现。由于物理科技写作涉及的问题很多,这也恰好是一个培养学生研究性学习意识和能力的有效途径。”
(3)通过参与物理科技写作,学生克服困难、不断进取的精神得到加强,严谨求实的学风逐步培青起来。从确立题目、收集资料到最后成文,学生的物理科技写作通常不会一次顺利完成,总要经历不断筛选,反复修改,力图优化求精的几个阶段。在这些过程中,不仅使学生在知识、能力方面得到锻炼和提高,同时对培养良好的意志品质和学风也十分有效。
3、开展物理科技写作活动中应该正确认识和解决的问题
在中学物理教学中开展物理科技写作活动会遇到许多问题,比较突出的有以下几个,能否较好地认识和解决这些问题,关系到能否很好开展物理科技写作活动。
(1〉“高中物理教学内容较多,课时较紧,教师没有时间、学生没有精力搞物理科技写作。况且学生写一篇、两篇小文章,未必就对物理成绩的提高有什么作用。”这是许多物理教师担心的问题。实事求是地讲,学生写一篇、两篇物理科技写作,确实很难在短期内就对物理成绩的提高有什么明显作用。但是若能够在高中物理教学中坚持让学生参加物理科技写作,通过教师指导和具体帮助,学生将能够在学习方法和分析解决问题能力方面得到锻炼和提高。这将从根本上提高学生学习物理的能力,这才是提高学生物理学习成绩的根本保证。
我觉得,要想较好地开展物理科技写作活动,首先要解决的是教师的认识问题。为了培养具有主动学习精神、具有创新意识和能力的学生,必须使学生由被动学习转化为主动学习,以往传统的教学模式必须改革。我在物理教学中加进物理科技写作,就是出于这种考虑。
(2)“物理科技写作是优秀学生的事,那些连物理习题都不会做的学生不必摘物理科技写作。”这是许多物理教师的观点。我想,这是一种误解。前面我已经提出的观点是“本文所说的物理科技写作,并不是真正意义上的科研论文,它仅仅是对科研论文的一种初级模拟”。物理科技写作和解物理习题也有相似的地方,就是它们都要与学生的实际水平相适应。要想较好地开展物理科技写作,好的选题标准是什么?我认为首先应该是写作的选题要与学生的实际水平相适应。所请“与学生的实际水平相适应”,就是学生对选题“有的可说”,而且“通过进一步学习还有新的东西可说”。按照这样一个原则确定物理科技写作选题,不论什么样的学生都可能参加。即使学生基础较差,只要选题合适,他从最简单的问题分析做起,都会不同程度地得到提高。这时“不会做物理习题”的情况才可能真正得到解决。
(3)在物理教学中加进物理科技写作,对教师有许多实际困难。除去时间与精力外,更加重要的问题是我们在日常教学中习惯于按传统模式讲授知识,不太注意在讲授知识过程中发现、挖掘与学生水平相近的问题供他们分析与思考，我们比较习惯于将一个物理过程分析得清清楚楚,将一个物理结论讲得明明白白,而不太思考在教学中有哪些应该是教师讲的,又有哪些应该是留给学生的。在开展物理科技写作后,这些问题是教师必须面对和解决的。此外,我们还将遇到许多意想不到的困难。例如,学生在物理科技写作中所写的内容我们不熟悉,甚至是一无所知,学生在分析解决问题时不仅使用常规的物理方法和数学方法,还运用计算机进行模拟分析等。对此,一方面我们自己要不断学习,另一方面我们要请大学教师和专家予以指导。经过这几年在教学中引入物理科技写作的摸索和实践,我觉得如何在物理数学中开展研究性学习有许多工作可做,有许多问题值得深入探讨。我将做进一步的努力。
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来源：
中国教育曙光网http://www.chinaschool.org/sgzy/study/03-0917-02.htm