新课程背景下开展学生微课题课外探究的实践研究

新课程背景下开展学生微课题课外探究的实践研究

临安市昌化中学　张文博

内容摘要：科学探究是新课改的精髓，但在实施的过程中由于教师的理念、学生的基础、课堂时间的限制等等因素，导致探究教学实施起来困难重重。笔者在教学中采用了微课题课外探究的方法，选择一些与教学内容紧密相关的、有针对性、可操作性强的小课题。具体解决学生学习中遇到的疑难问题。这样既解决了课堂探究的时间问题，又促进了学生的物理学习，锻炼了探究能力。

关键词：微课题　小组探究

一、问题的提出

（一）什么是微课题

微课题是为解决一个具体的、较为微观的现实问题而确立的小课题。它往往会用到一般课题研究中常用的一些研究方法，但又相对简单，不追求方法自身的严密性，更注重过程本身；具有“短、平、快、活”的特点：短，即周期短；平，即平实。快，即收效快。一个问题解决了，就可以转入到下一个问题的研究，一个问题解决了，就可以得到一点收获；活，即灵活。它是“具体而微”的课题，具有课题的一般结构或体式，关注的问题却更为具体。

（二）微课题探究的背景及意义

1.科学探究是新课程的核心理念

新课程标准中明确提出了“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的精神。”“学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。得到成功的体验，享受成功的愉悦，激发学习的热情和责任感。”

2.实际教学中难以进行完整的探究

科学探究过程包括以下要素：提出问题；猜想与假设；制订计划与设计实验；进行实验与搜集证据；分析与论证；评估；交流与合作。而在实际教学中，由于时间的限制，不可能进行完整的探究，只能进行有限的探究，很多时候，为了完成教学进度，教师限制学生的思维，引导学生按照自己设计好的思路一步步走下去，这样的探究是伪探究，达不到应有的效果。其次由于在小学和初中教学的差异，学生程度相差较大，有些学生具有一定的探究能力，大部分还是习惯于老师的讲授。

微课题课外探究可以较好地解决这些问题，利用课外的时间，让学生探究一些与教学紧密相关的小课题，既可以体验探究的过程，又可以促进物理的学习。

二、微课题课外探究的实践

（一）微课题探究的组织

按学生程度及性格将全班分为8个小组，每组6～7人。在教学中由教师确定课题，重点解决学生学习中遇到的疑难问题，一般一个星期的时间结题。8个小组轮流进行，每个小组两个月轮到一次。这样即解决了课堂探究的时间问题，又锻炼了学生的探究能力，并且没有耽误学生太多的课余时间。

（二）微课题探究的课题选择

探究课题的选择本着具体而微、简单易行、针对性强的原则。太大的课题需要的知识面比较广，周期长，从学生的程度及时间上都不允许。太复杂的课题经常会导致问题难以解决，虽然让学生经历了探究的过程，但有时不免会挫伤学生的积极性。笔者在实践中，课题都是选择针对当时的教学进度，与教学内容紧密相关知识的、有针对性、可操作性强的小课题。课题内容主要来自以下几个方面。

1.探究教学中的疑难问题

课题的选择以教学中出现的疑难问题为主。好奇心是人的天性，是能够保持终身学习的前提，如果学生的疑问总是被“这种问题高考不要求”“这类问题高中知识解决不了”等原因所解答，那么会降低学生的好奇心，对学习变得麻木，限制了学生对知识的深入理解，遏止了学生的想象力和创新能力。笔者在教学中，不放过学生的每个疑问，将这些问题作为小组课外探究的课题。比如欧姆表在换挡的时候为什么还可以调到零？人沿杆下滑，摩擦力对杆是否做功？洛伦兹力不做功，为什么安培力做功？在讲解涡流的原理时，同学提出电磁炉利用电磁感应为什么摸电磁炉上的锅不会触电等等问题。在探究这些问题的过程中，学生们通过自身的努力，想方设法地弄清了疑难问题，加深了对知识的理解。

2.探究习题中的疑难问题

在物理学习中，习题可以帮助学生加深对物理规律的理解和应用，培养学生建立物理模型的能力。但经常有这样的现象：很多物理题目反复练习，反复出错，效果不理想。究其原因，一方面是由于学生物理概念不清晰，物理规律理解不深或缺乏解题技巧等因素，另一方面很大程度上与学生缺乏实物的支撑，无法建立真实的物理情境有关。对这些问题进行探究，让学生亲身体验、观察思考，实际的了解原理，深入本质，加深印象，可以事半功倍。既解决了问题，又有利于激发学习热情，培养探究精神。比如课后习题探究自行车的传动原理；高考试题中出现的新实验、新材料、新情境、新方法都可以作为探究的课题。如：

3.探究课本上的做一做、科学漫步等

理论联系实际是真正学好物理，培养学生实践能力最有效的途径。课本上的做一做、科学漫步等栏目都较好地体现了这一点。内容紧密配合教材，且联系实际，趣味性强。既有很多利用身边常见材料完成的实验，又有很多利用了传感器等先进的设备。可操作性强，可以加强学生对物理规律的理解，提高学生的动手能力，同时也让学生了解到现代科技的发展。比如旋转的液体、用传感器观察电容器充放电、制作验电器、摇绳发电等。

[案例]　旋转的液体

课题背景：书本上的做一做，在实际实验的过程中，无法看到液体的旋转。针对这一问题，我们小组进行了研究。

实验设计：通过讨论，我们认为实验做不出来的主要原因是磁场不够强，实验室用的磁铁磁性太弱。为此我们决定换用磁性强的磁铁来实验。

解决方法：通过淘宝网进行网上购物，买到了钕铁硼材料做的磁铁。但是这种磁铁虽然磁性很强，但体积很小，只有橡皮那么大，通过讨论，我们决定把这种磁铁贴到蹄形磁铁的两极用来加强磁性。

实验结果：效果很明显，氯化钾溶液在通电后在磁场中旋转的很快，甚至可以带动液面上的纸屑一起旋转。

发现新的问题：在实验中，我们又发现了新的问题，实验中，氯化钾溶液越来越混浊，而且接负极的铜片上有气泡产生，接正极的铁丝变得越来越细。到底是什么原因？

结论：通过大家的讨论，我们认为这应该是化学中学到的电解池原理。接正电的铁丝是电解池的阳极，接负电的铜片是电解池的阴极。在阳极：Fe－2e^－＝Fe^2＋

在阴极：2H＋＋2e^－＝H²↑　2H₂O＋2e^－＝H₂↑＋2OH－Fe^2＋＋2OH－＝Fe（OH）₂↓

所以溶液中可以看到灰绿色的沉淀（氢氧化亚铁），经过一定时间后会变成红褐色的氢氧化铁，作为正极的铁丝也会越来越细。

这次探究对学生的触动很大，学生第一次进行了网络购物，第一次自己动手制作模型，在制作的过程中，他们团结合作运用集体的智慧去解决困难。比如金属盒中心的电极既要固定，又不能和金属盒接触。他们想到了将电极套上一小段橡胶，然后用502胶水粘在金属盒底部。方法的巧妙让人赞叹。在实验中他们没有局限在实验结果上，没有放过实验伴生的一些问题。这种细心观察、尊重实验事实的精神将使他们受益终生。他们还利用化学知识解释了物理实验中遇到的问题，这令他们热情高涨，极大地加强了学习的热情。

4.探究相关的课外知识：

在新教材中，对原来的一些实验已经不做要求，比如电表的改装、探测黑箱、半偏法测电阻等。还有与教学紧密相关的物理知识，如地电流，磁悬浮列车原理等等，这些都可以作为课外探究的课题。即可以加深学生对知识的理解。又加强学生对现代社会及科技发展的认识，了解科学技术发展的重要成果和科学思想，关注物理学的技术应用所带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和对社会负责任的态度。

[案例]　终极速度的测量

背景：2005年上海、2003年江苏卷中均考查了终极速度。实际中雨滴下落是否会达到终极速度，如果能够达到，速度会是多大？为了解决这个问题，我们小组利用传感器进行了探究。

实验装置：DIS软件、计算机、支架、吊瓶装置、光电门、照相机（如图1）。

实验原理：①利用吊瓶装置模拟雨滴，可以得到大量大小一致的雨滴，利用支架不断调整雨滴下落的高度。实验证明雨滴在下落7m左右时即可达到终极速度。

②利用数据采集器和光电门测量雨滴通过光电门的时间。光电门的原理：光电门内可以发出一条很细的不可见光，当物体下落通过光电门时，光电门可以记录物体挡住光线的时间，通过数据采集器传入电脑。实验发现光电门对于液体也同样适用。

图1

图2

③雨滴下落过程中，形状要发生变化，为了测量雨滴下落到光电门时的直径，可以在光电门的后面放上一张白纸，上面画上一厘米的线段，用相机拍下雨滴通过光电门时的形状，在照片上量出1cm线段在照片中的长度和雨滴的直径，通过比例算出雨滴的下落到光电门时的直径。如（图2）

④由于雨滴通过光电门的时间很短，所以用雨滴通过光电门的直径除以通过光电门的时间可得到雨滴下落到光电门时的速度：v＝L/t。

实验数据：

注：在得到的数据中雨滴通过光电门的时间差别比较大，比如说直径3.4mm的雨滴通过光电门的时间有的是0.29ms，有的是0.37ms。分析后发现原因是雨滴在通过光电门时挡住光线的不一定是雨滴的直径，所以会有这么大的差别。所以处理数据时不能取其平均值，应该取数据中重复出现的最大值。

实验结论：通过实验数据我们可以看出，直径越大的雨滴终极速度越大。由于太大的雨滴不稳定，易破碎，因此地面上很少看到直径大于5mm的雨滴（下落后直径在4mm左右），所以雨滴下落的终极速度最大应该在10m/s左右，题目中经常出现的雨滴速度达到几十米每秒或者更大，是不符合实际的。

（三）微课题探究的成果交流

由于高中教学的紧张性，对于成果的交流一般不利用课堂时间，通常以以下三种方式在课余时间进行。

（1）以实验报告形式，在班级内进行张贴，多次报告汇成一册，供同学交流。

（2）做成课件，利用中午或晚自学前的大块时间进行汇报。交流内容的组织，课题的提出、探究计划框架、信息收集过程和数据整理、基本论点和对论点的解释、存在的问题和新发现等，让学生准备有条理的讲稿，并进行准确和富有逻辑的发言。提高学生的表达能力。

（3）做成视频，在课前十分钟进行播放。

（四）微课题探究的指导与评价

1.研究方法的指导

在学生的探究活动中，教师应该是组织者和建议者，不应该将学生的研究引向已有的结论。但完全放手，许多学生因缺乏系统的专业知识和必要的科研知识，在参与的过程中觉得无从下手或舒展不开思路。这要求教师要及时了解学生所遇到的困难及应有的需要，指导学生采用多种形式解决问题，并为此提供机会和条件，如文献探究、网络查询等等。另一方面指导学生将物理研究的方法应用到探究中，渗透观察和实验能力。如在探究牛顿第二定律的实验时，指导学生利用控制变量法研究各个物理量之间的关系。在数据处理时利用图像分析数据，在探究物理规律时渗透科学猜想、归纳和演绎、比较与分类等方法。使学生在探究中了解和发现物理规律的科学方法，认识物理实验、物理思维和逻辑思维在物理学中的应用。

2.指导学生细心观察、尊重事实

要注意培养学生客观的思维品质，不要只把注意力集中在与探究假设相符的物理事实上，同样需要观察和收集那些与预期结果相矛盾的信息。在通过一定的科学探究之后，应该让学生学会依照物理事实运用逻辑判断来确立物理量之间的因果关系，树立把物理事实作为证据的观念，形成根据证据、逻辑和现有知识进行科学解释的思维方法。

3.鼓励学生勇于质疑，勇于创新

著名科学家爱因斯坦曾说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”大胆提问，大胆怀疑，往往是创造发明的前奏。我们的学生并不缺乏想象力和创新能力。而只是缺少一些引导，缺少一些尝试，缺少一些鼓励。在和学生一起探究的过程中，笔者深深地感到了他们活力、热情和智慧。如2008全国卷Ⅰ第17题：已知太阳到地球与地球到月球的距离的比值约为390，月球绕地球旋转的周期约为27天.利用上述数据以及日常的天文知识，可估算出太阳对月球与地球对月球的万有引力的比值约为（正确答案选B）A.0.2　B.2　C.20　D.200。很多同学在解这道题目时，没有进行计算，而是利用排除法，认为既然月球是地球的一颗卫星，围着地球运动，那么地球对月球的吸引力一定大于太阳对月球的吸引力，于是选择A。如何解释这个问题，于是组织学生进行了探究。但网络上对此也是争论不休，无法得出一个让人信服的结论。有同学大胆地提出了天体之间有可能存在着除了万有引力以外的其他力的作用。对于学生的这些大胆的猜想，偶尔闪现的灵感，不管正确与否，笔者在教学中都给予充分的鼓励。培养他们开放的思维，培养学生敢于突破权威，勇于创新的精神，这也是我们课改的最终目的。

通过两年的教学实践，笔者发现微课题课外探究周期短、见效快、可操作性强。学生在亲自参与探究，通过各种方法和渠道去解决学习中遇到的疑难问题的过程中，加深了对物理知识的理解，学会了团队合作，学会了探究的方法。且保持了较强的好奇心和求知欲望，有遇到问题想办法解决的习惯，且由于活动时间在课外，较好地解决了课堂探究的时间问题，微课题课外探究是课堂教学的有力补充。