《新教材下的高中物理实验探究研究》结题报告

1《新教材下的高中物理实验探究研究》结题报告课题主持人：马辉一、问题的提出迈入21世纪，世界科学技术正在发生新的重大突破，以信息科学和生命科学为代表的现代科学技术突飞猛进，为世界生产力的发展展示了广阔前景。基础教育特别是高中物理教育面临着难得的发展机遇，同时也面临着严峻挑战。高中物理课程总目标提出让：“学生学习终身发展必备的物理基础知识和技能，了解这些知识与技能在生活、生产中的应用，关注科学技术的现状及发展趋势；学习实验探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和实验探究方法解决一些问题；发展好奇心，培养求知欲，提高科学探索兴趣，有坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神，有振兴中华，将科学服务于人类的社会责任感。了解科学与技术、经济和社会的互动作用，认识人与自然、社会的关系，增强可持续发展意识和全球观念。”这四条标准中，第一条主要是对知识与技能的要求；第二条是对探究能力和思维方式的要求；第三条对情感态度与价值观提出了总体要求；第四条则对科学、技术、社会的观念渗透提出了要求。反思我国基础物理教育发展的历程和现状，不可否认，在“应试教育”的长期重压下，高中物理教育发生了不同程度的扭曲和异化:我们的教育很多时候过于看重短期效益，以升学作为教学工作的唯一目的，“受教育均等”、“科学为大众”成为空谈。在教学内容上以学科为中心，追求物理知识的完整和严密，忽视物理的“人文”特征，割裂物理的STS性质；在教、学方法上主要是灌输式的传统教学，教师满堂灌，像填鸭一样逼迫学生学习和考试，将学生的好奇心抹杀殆尽”。因循守旧的教学法致使物理学习出现了种种弊端，最明显的恶果就是导致越来越多的学生物理学习困难。物理学习兴趣随年级升高而呈下降趋势，“物理学科成为最不受欢迎的学科之一”。如何改善我们的物理教学，以达到“使学生对物理学的内容和方法，工作语言、概念和物理图象，及其历史、现状和前沿等方面在整体上的全面了解，从而培养和提高学生的科学素养和科学思维方法，科学研究能力”，这一目标是我们当前无法回避的问题。自新中国成立以来，受凯洛夫教学理论的影响，我国形成了一种比较稳定的传统教学模式，即以认识为核心的确定性、工具性教学观。它把教学看成是认识过程，以确定性的思维方式2来对待教学中的一切，教学仅仅成为社会的工具，其作为现实生活对人的个体生命成长的意义被漠视和抹杀，导致了教学中的种种弊端。它以教师为中心，由教师通过讲授、板书及教学媒体的辅助，把教学内容传递给学生或者灌输给学生。老师是整个教学过程的主宰，学生则处于被动接受的地位。在这样一种结构下，老师是主动的施教者，学生是被动的外部刺激接受者即灌输对象，媒体是辅助老师向学生灌输的工具，教材则是灌输的内容。一些研究者认为“传统教学模式”与普通高中物理课程标准课程总目标不太和谐:①作为认知过程主体的学生在教学过程中自始至终处于受灌输的被动地位，其主动性、积极性难以发挥，不利于创造性思维的培养。②学生缺乏主动发现、主动探究的学习环境，求知欲不强。③学生与社会上、国际上的信息资源几乎隔绝，他们对信息的筛选、鉴别、获取、加工和处理的能力难以培养，无法满足信息社会对人才素质的需求。不难想象，作为学习过程主体的学生如果在整个教学过程中始终处于比较被动的地位，肯定难以达到比较理想的教学效果，更不可能培养出创造型人才。物理是一门以观察和实验为基础的自然科学。物理学的实验基础、理论体系及研究方法在学生智能结构的发展中占有非常重要的地位。“实验是物理课程改革的重要环节。”要求学生能动脑动手地“学”科学,改变过去以书本为主、实验为辅的教与学的方式,把实验地位空前提升。为了增强学生的创新意识和提高创新能力；培养学生的问题意识；培养学生的合作意识和能力；培养学生关注现实、关注人类发展的意识和责任感。因此，2000年，教育部颁发了《全国普通高级中学课程计划(试验修订稿)》，新设综合实践活动课程，其核心是研究性学习。2003年出版的《普通高中物理课程标准(实验稿)》从课程改革目标、教材的编写与管理、教学过程等方面，把实验探究学习摆到了突出的位置，强调要突出培养学生的创新精神和实验能力，提倡“引导学生质疑、调查、探究、在实践中学习”，以此为契机，我国的教育工作者以“研究性学习”和“实验探究学习”为核心，开始了新一轮的对传统教学的反思，促进学生实验探究学习。其目的在于将科学家的探究引入课堂，让学生以类似科学家探究的方式学习科学，使他们不仅获得科学知识，同时还掌握科学方法，培养科学态度。物理探究性实验的实质是学生自主地进行实验，在实验前对于将要得到的实验结果并无真正了解，通常由学生自主地进行各种探究活动,包括形成问题、提出假设，提出模型，进行实验、观察、测量、制作，对观测结果或实验数据进行分析解释、评价和交流等,教师只做组织引导。让学生在实验中改变长期以来一直恪守的被动地接受教师知3识传输的学习方式，即偏重于机械记忆、浅层理解和简单应用的学习方式,在帮助学生开展有效的接受性学习的同时，将学生置于一种主动探究并注重解决实际问题的学习状态；改变学生只是单纯从书本学习知识的传统，让学生通过自己的亲身体验来了解知识的形成和发展过程,丰富他们的学习经历,提高他们学习物理的积极性和主动性,激发他们探究物理奥妙的兴趣,改变学校教学始终围着考试转的局面,真正把教学的重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,让学生养成爱观察、爱实验的习惯。在不断的探究中发现问题,自己动手解决问题，提高自身的科学素养。能否让学生在参与探究活动中，科学探究能力、合作能力、实验能力、信息搜集处理能力、实践创新能力得到发展和提高，是当前新课程物理教学的关键所在。教师采取科学的态度和方法，才是解决这一关键问题的重要途径，才能事半功倍，取得更佳效果。二、研究的指导思想和理论基础与学生学习现状调查20世纪90年代，美国先后出台了两部具有纲领性的科学教育文献：一是1990年美国科学教育研究会提出的《2061计划》，二是美国国家研究理事会1996年推出的《美国国家科学教育标准》。这两部文献都强调实验探究教学的重要性，后者甚至认为“学习科学的中心环节就是实验探究”，并对实验探究提出了一系列的标准。美国《实验探究与国家科学教育标准》对探究式教学进行了界定:探究式教学是指学生在教师指导下，以类似科学研究的方式去获取知识的一种教学形式。在物理课程中指导学生进行实验探究，是让学生像科学工作者进行科学研究一样，通过自主的探究活动，学习物理概念和物理规律，去探究和获取知识，从而体会科学家研究科学时的探究过程，培养学生的实验探究能力、科学态度和科学精神。它分为两类:一类是课堂内的探究活动.这类活动主要由教师根据学生的认知水平和己有的知识基础，精心设计探究方案，学生在课堂内按学生或教师设计的程序进行；另一类是课外探究活动，这类活动应在教师的指导下，主要由学生自主设计探究方案，并让学生主动地开展探究活动。实验探究式教学是在科学探究教学思想、理论指导下，教师在进行探究式教学时展开的稳定、具体的教学框架结构，以增强学生的物理创新意识，培养创新精神、创新能力和解决实际问题的能力为宗旨，以物理实验为主要教学方法，以学生自我评价为主要评价方式的，以学生为主体、以教师为主导、以学生自主探究为主线的，以建构主义“学与教”理论和认知工具理论为主要理论依据的，以学生自主学习为核心的“探究式”高中物理课堂教学模式。在这一教学模式中，教师通过“教学意图和策略影4响学生”。把学生置于主体地位并提供主体地位的天地，使学生成为学习的行动者。把学生作为交往活动的主体，通过与学生交往活动的展开，实施对学生的了解，交流与指导。此模式中，教师和学生分享彼此的思考，见解、知识，交流彼此的情感、观念与理念，丰富教学内容，求得新的发现。学生主动参与知识形成过程，并从中获取新知，掌握方法，成为知识的“发现者”和“应用者”上体现着科学探究的意义。2003年我国普通高中物理课程标准研制工作组编写的《普通高中物理课程标准(实验)》提出实验探究有七大要素:(1)发现并明确提出所要研究的问题;(2)猜想与假设；(3)制定探究计划、设计实验方案；(4)通过观察、实验等多种方法收集各种数据；(5)对所得数据加以分析与论证；(6)评估，吸取经验教训，改进探究方案，并发现新的问题；(7)交流与合作。在高中物理教学中通过对这七个部分的要求可以帮助学生提高五种能力，(1)理解能力:理解所学自然科学基础知识的涵义及其适用条件，能用适当的形式(如文字、公式、图表)进行表达。并能够正确解释和说明有关自然科学现象和问题，即不仅“知其然”，还能“知其所以然”。(2)推理能力:能够根据已知的知识和题目给定的事实和条件，抽象、归纳相关信息，对自然科学问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来。(3)设计和完成实验的能力:物理学是实验性科学。物理学的概念、原理和规律大多是由实验推导和论证的。教学过程中的实验有助于加深学生对自然科学概念、原理和规律的理解，也有助于培养学生的科学态度和创新精神，实验能力也是考生将来从事科学研究的基础。(4)获取知识的能力:自学是人类获取知识的重要途径。自我获取知识的能力，即能够敏捷地接受新知识，与已学过知识结合、重组、转换、迁移和解决问题的能力。人们对自然界的各种现象和规律通常是用文字、图、表来描述的，与文字相比，图、表描述自然科学的研究成果具有直观形象的特点。因此读懂自然科学方面的资料，看懂图、表所包含的信息，能从文字、图、表中提取所需的信息，并从中找出规律是一个非常重要的能力。(5)分析综合能力:能够独立地对所遇到的问题进行具体分析，找出起重要作用的因素及相关条件，能够把一个复杂问题分解成若干较简单的问题，找出它们之间的联系，能够灵活地综合运用物理学的知识解决问题。在高中物理课程中进行实验探究，就是要学生在知识和概念的理解方面、“做”科学的技能和活动能力方面、态度和思维习惯方面得到充分的发展。5相比较传统教学模式，实验探究式教学模式有以下优点:①有利于学生扩大信息来源，通过查阅资料，看到物理学带给人们的好处，知道为什么要学习物理，深入理解所学知识。只有当学生有了学习的欲望，才能学好物理。②有利于培养探究能力、养成科学态度和科学精神。时代在发展，社会在进步，管用一生的教育教学根本不可能存在了。新时代的人必需活到老，学到老，在学生时代主要是为终身学习打好基础，掌握一定的探究能力，有正确的科学态度和科学精神。③有利于提高学生的协作精神、信息处理能力和自我评价能力。查阅过程中得到的信息很多，学生通过积累懂得分工合作、分享成果;学会该怎样取舍。④有利于个别化教学的实施。总之，在高中物理课程中进行实验探究活动就是要从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三个方面让学生得到全面发展。简单地说，就是培养具有科学素养的新世纪公民，因为一个具备科学素养的公民，就应该理解科学中重要的概念和原理，熟悉自然世界并承认其多样性和统一性，能够运用科学知识和科学思维方式考虑和处理个人与社会问题。三、课题研究的主要内容1.目标（1）通过实验研究，构建适合我校学生实际，体现学科特点，便于实施操作，具有自身特色的探究实验课堂教学模式，丰富模式内容和完善实践操作，形成以学生自主探究为核心的课堂教学。（2）探究和构建探究实验的课堂教学方法体系。（3）提高教师的实验教学水平和科研能力。（4）培养学生的理解能力、推理能力、设计和操作实验能力，获取知识的能力、分析和综合能力，使他们成为具有主体意识和自主学习能力、勇于探索创新、善于合作交流，个性独特、行为习惯良好的一代新人。（5）培养学生具有良好的学习习惯和科学的学习方法2．内容：（1）实验探究学习实施策略、途径的研究。（2）探究实验问题设计的研究。（3）激发学生对实验现象的研究。（4）探究实验教学内容选择的研究。（5）物理实验教学中培养学生探究能力的研究。6(6)探究学习的课堂教学组织与教学环节设计的研究。（7）探究实验学习方式与其它学习方式整合的研究。四、研