《光电效应》一节研究性学习探讨

探讨“研究性学习”课程模式，是适应素质教育要求、改革教学方法的新课题。在教学实践中，我们就高中物理中《光电效应》一节开展了研究性学习活动。本文就我们所做的一些尝试和探讨作简单的介绍。

一、课题的选择与引入

1.问题是创造的开端

选择这一课题的理由：一是往届教学活动的信息反馈——学生对光电效应现象普遍感到好奇，但对其规律又理解不透；二是随着生产力的发展，光电转换、光电控制已广泛应用于社会各领域，学生对光电效应的应用有所了解；三是本节内容不仅是对光的本性深刻认识的历史过程，而且蕴藏着普遍适用的科学研究方法。

2.创设情境，引入课题

按图一所示装置演示光电效应现象，并指出：不仅光照射锌板时有电子飞出，光照射其他金属(如铯、钠、银、铂等)，也有电子飞出。人们把在光的照射下从物体表面射出电子的现象叫做光电效应。射出的电子叫做光电子。

介绍光电效应的应用，出示教学用光电管并说明其构造和原理。

提出问题：光电效应现象有些什么规律?它揭示出了一个什么问题?怎样用光电管做实验研究光电效应的规律呢?请同学们想一想。

A、砂光的锌板 B、带电正的金属 C、15W220V紫外杀菌灯管。

二、自主学习探讨

1.确定研究变量学生带着问题认真阅读教材，结合光电效应的四点规律提出了影响光电效应的可能因素有：(1)照射光的强度和频率；(2)被照射的金属材料；(3)实验的环境。

初步明确了研究光电效应的规律，就是研究光电子的产生与这些因素的关系，同时提出问题：(1)光电子的多少怎样测量?光电子的初动能怎样测量?(2)照射光的频率如何改变?(3)照射光的强度如何改变?

针对上述情况，老师引导学生分析教材所示的电路；回顾光通过三棱镜发生色散时七色光的颜色与频率。启发学生去发现解决问题的方法，寻找解决问题的方案。

2.自主设计方案

学生确定了研究变量之后，有了研究方向，迫切要求亲自做实验探索，教师根据学生要求提供了若干组实验器材：有测量电流的安培表、电流计，有学生电源、干电池组，有带灯座的照明白炽电灯、手电用小电珠，有变压器、变阻器，还有教学用光电管和红、黄、紫三色滤光片等。学生按照自己的估计或设想进行实验研究，出现了人人踊跃参与的热情场面，也暴露了一些需要解决的问题： (1)实验操作随便，多数人未做观测记录；(2)未能对多个变量展开替换研究；(3)有书面方案的不多，选择的器材对变量控制不方便；(4)由于课题涉及的变量多，出现的现象于经验中少见，学生的实验几乎都是围绕验证四点规律而展开的。

为了解决研究过程中出现的问题，教师提出了优化方案，用变量控制法把实验步骤列成表格的建议。

学生冷静下来后，重新设计并优化了研究方案。

三、自主实验，探索规律

1.可喜的收获

学生做了“用手挡住照射光，光电流立即失，移开手光电流立即出现”的实验后，领悟了光电效应的瞬时性。还通过实验观察到现象：(1)红光照射时始终未能产生光电流；(2)光电流与入射光亮度有关，亮度大时光电流大；(3)光电流强度与入射光的颜色有关；(4)光电流强度与加速电场的电压有关。

学生归纳得出的结论大致有：(1)光电效应是在瞬间发生的；(2)光电效应的发生是有条件的，只有入射光的频率大于金属材料的最低极限频率时，才能发生光电效应；(3)光电效应发生时从金属中射出的是电子，电子的初动能与入射光的频率有关，频率高的光照射时初动能大；(4)光电流强度与入射光的强度成正比；(5)光电效应时光电子数的多少与照射光的强度有关。

虽然得出上述所有几条结论的只是个别的学习小组，但是探究活动充分满足了学生求知的欲望；学生通过观察光电效应现象，对光电效应规律有了一定程度的认识和理解。

2.深入思考，领会方法

为了让学生理解光电效应现象的深刻含义，教师利用学生汇报实验结果之机又向学生提出问题：光电效应现象怎样解释?光电效应现象揭示出了一个什么问题?

学生进入更深层次的学习探讨，运用现有的理论观点分析、解释实验事实。领会一个科学发现的完整过程；了解爱因斯坦提出光子说理论的内容和过程，学习科学家研究问题的方法；有的学生还重做了自己的实验，完善了对现象的观测记录，领略了科学研究的严谨性原则和实事求是的精神。

四、开展成果交流，点评学习情况

1.由代表陈述实验小组的设计方案，演示实验研究过程，阐述实验结论和对实验结论的解释与思考，其他同学作补充。

交流会上各小组都用实验演示了光电效应的瞬时性、极限频率的存在、光电流随入射光强度的改变而改变等现象；表达了对爱因斯坦的崇敬与赞赏。有的同学还用爱因斯坦的光电效应方程式表示了实验的结果，有的则概括了自己对光的本性的认识。

2.教师点评

就学生学习的过程、方法、结果进行评价，提示学生注意科学研究中发现问题、研究问题的方法，要善于发现方法、学习方法；鼓励学生追求严谨、实事求是的行为；表彰自主学习取得好效果的小组。

小结：《光电效应》一节的研究性学习共占用了三个学时的时间，学生还投入许多课外时间进行思考和整理，才初步理解光电效应的四点规律，接受爱因斯坦的光电效应方程。比之于用一两个课时牵着学生思维分析、讲解、反复练习掌握这些知识要费时费力得多。但是，两种方式产生的效果却有了本质的不同：首先，研究性学习在提高学生认知水平的同时，注意了对知识形成过程的再现，对知识的理解是建立在可靠事实基础之上的，实现了学习形式与目标的高度统一；其次，研究性学习讲究学习知识过程的方式、方法，学习知识的过程同时也就是一些技能的形成过程；第三，自主求知的习惯、实事求是的科学态度的养成，克服了教师和教科书对学生思维的束缚，有利于人才的健康成长、有利于人才的脱颖而出。