物理学科中的科学研究

吴新宇

   物理学科中的科学研究对于提高学生的创新能力，提高学习效果作用显著，基于此，本文针对物理学科中的科学研究的流程进行了分析，同时以实例探讨了具体实施的方法，以供参考。

针对物理学科中的科学研究，在新课程标准下，就是学生开展研究性学习活动。这是在教师的协助下，从生活当中选出一个研究课题，学生通过类似于科研的方式，从研究课题当中主动获取知识，并运用所学解决问题。从这个角度看，研究性学习的内容需要具有开放性、民主性，以及学生的自主性和主动性。

一、物理学科中科学研究的流程

在素质教育背景下，学生要在学习过程当中养成创新精神，并提高自身的实践能力，知识的量在衡量一个人素质的标准中的地位下降。物理作为自然科学类学科，理论性、实践性、应用性强，就物理学科中的科学研究来说可行性很高，也是必然趋势。在新课程标准下，教材整理的知识，越来越贴近生活，同时高考的命题也越来越灵活多变，偏重生活实际的问题越来越多，基于此，学生在学习物理知识时，开展科学研究性活动，作用显著[1]。而要使科学研究达到理想的效果，可按以下流程展开。

（一）课题选择

选择的课题难度适中符合学情，并能在一个合理的时间范围内完成，可以考虑一下几点：其一，知识型。将课堂上学习的可拓展、探究性强的知识点进行深化研究，还可以针对实验进行改进研究，这要求学生需要在学习过程当中善于思考、创新，从教材中挖掘可供研究的对象。其二，热点型。比如新闻中报道的前沿课题，这种课题有很高的学术价值，但难度很高，若能够成功完成对于学生来说意义重大。其三，生活型。即与现实生活息息相关的物理方面的课题，如公路的弯道测量、交通工具中的物理学、生活中的电磁辐射现象等等。

要做到有课题可选，就需要在平时的学习、生活过程当中，多观察、多关注生活学习当中的变化，平时多积累，研究素材自然取之不尽。

1.研究计划

   确定课题后，制定计划书，包含题目、目的、背景、方法、人员、进展、成果及器材等。

2.收集资料

资料是关键，是重要的理论及事实依据，因此要在课题、计划制定完成后收集并整理相关资料。有三个途径：其一，从现有的电子出版物、书籍、杂志、网络等渠道获取所需资料。其二，制作调查问卷获取资料。其三，通过与校内外专家访谈获取资料。

要在收集资料的过程中学会利用辩证的唯物主义科学方法，从大量的资料中筛选所需的信息。同时要学会对这些信息进行整理归纳，可利用计算机进行辅助。

（二）方案设计及实施

   根据资料及课题目的，设计实施方案。首先大胆假设，这是关于课题的不确定性答案，然后确定实验方法及步骤来验证这一假设。在设计方案的过程中，要全面考虑可能对实验结果产生影响的所有变量，强调单一变量，也就是控制其他变量，只改变一个变量。最后根据方案确定所需的器材。

（三）结论与总结

通过分析从实验当中获取的数据，并制作成图表，然后小组成员对数据进行讨论，得出最终的结论，若结论与假设一致，那么就可以利用这一假设延伸到同类型的实验，同时可设计另一组实验进行对照，使结论更加准确。之后便可进入总结阶段。在总结阶段，主要包含研究报告的撰写、成果展示以及研究评价。

   总之，物理学科中的科学研究就是一种研究性学习方法[2]，对于学生来说，作用十分显著。下文以公路弯道测量为例，分析物理学科中的科学研究的具体实施方法。

   二、案例分析

（一）提出问题

   公路在进入弯道之后有一定的倾斜角度，对于这一倾斜角，有如下观点：利于排水；车辆可更快通过等。那么弯道路面呈一定的倾斜角的目的是什么？这是一个与向心力有关的问题，同火车转弯比较类似，基于此，可针对这一问题，拟定“公路弯道测量”的研究课题。

（二）实施步骤

首先选取车流量少的路段，确定测量场地，并保证测量能安全进行。其次，联合同伴组成课题小组，邀请老师进行指导，利用课余时间对待测路段进行现场勘查：S形路面，弯道内侧低，外侧高，弯曲程度大。此时从“圆周运动及其应用”当中找寻依据。

假设：车辆以速度v通过弯道，向心力的构成是重力和支持力，那么可得公式：。

根据这些公式可知，弯道的半径越小，弯道处的倾角越大。

那么如何确定过弯车速？

确定测量方案进行实地测量。在实地测量当中不可避免地会出现一些问题，比较便捷的方法如下，使用皮尺测量弯道中点到弯弧顶点的距离，原理如图1。

图1

根据数学当中的几何知识，可得：。

使用水槽测倾角，原理如图2。

图2

可得倾角计算公式：。但由于外界因素的影响，测量结果不准确，基于此可采用标尺及激光笔进行测量，如图3。

图3

（三）结论

   根据所测量的数据，计算得到车速30km/h的结果，与提示牌上的限速数据一致。

   三、结束语

   综上所述，在物理学科当中的科学研究，对于学生来说有利于养成自主学习的良好习惯，同时可培养出科学素质，提高物理知识的运用能力。关键是要注意在平时多观察积累，并发挥自身的思维能力，以所学知识解决实际问题，学以致用，提高学习效果。

（作者单位：湖南师范大学附属中学）