基于核心素养下高中学生物理思维能力培养的研究学科分类：基础教育课题类别：重点课题关键词：核心素养高中学生物理思维能力培养预期研究成果：研究报告课题设计论证一、课题提出的背景教育部在2014月印发的《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》（以下简称《意见》）中首次提出了“核心素养体系”概念，并将这一概念摆在深化基础教育课程改革、落实立德树人目标的基础地位，成为我国新一轮基础教育课程改革的灵魂。即将于2016年12月颁布的《高中物理课程标准》以及2017年秋季高一新生开始使用的《高中物理教材》，再次拉开高中物理课程改革帷幕。国家教育改革和发展规划纲要中提出：坚持以能力为重，优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养。本着这一指导原则，《普通高中物理课程标准(实验)》在课程总目标中更是对学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯提出了明确的要求。在“核心素养体系”的整体框架基础上，提出高中物理学科的核心素养，共有四个维度：物理观念和应用、科学思维和创新、科学探究和交流、科学态度和责任。各维度主要包含的各要素形成学科核心素养体系。其中物理思维能力是核心素养体系的核心。核心素养是对国家教育总体目标的具体化，在这一背景下，围绕新课程理念下的物理思维能力，物理教育研究者与一线教师开展了丰富的研究与实践活动。

在提出“核心素养体系”后，首先，国内学者分别就物理思维能力的理论模型和内涵进行了较为详尽的阐述，所谓物理思维，就是具有意识的人脑对自然界中事物(包括对象、过程、现象、事实等)的本质属性、内部规律性及自然界中事物间的联系和相互关系的间接的、概括的和能动的反映。我们要认识自然界中物质的运动、相互作用等的本质规律性和特征，就必须在头脑中形成对自然界中物质本质的、完整的、深刻的反映，就要对观察过的自然界的现象、事实、过程等在大脑中形成清晰的图景，并反复加工、合理改造、去粗取精，把感性认识上升为理性认识，即为物理思维。与此同时，还有一批研究者对如何评价学生物理思维能力进行了系统、全面的研究，研究人员主要在理论层面探讨学生物理思维能力的构成与评价，但在实践层面还缺乏与之相应的有效教学途径研究，即通过何种教学模式和策略才能提高学生的物理思维能力。当前教育心理学己有的经验研究理论中,诸如David.A,Ko1b的经验学习理论、EdgarDale的十二层次的经验之塔、布鲁纳的三层次经验之塔等，没有具体到学科层面进行深入系统的研究,更没有深入到具体的课堂研究学生具体思维能力的相关问题。而且,这些研究所涉及的对象也不是特别针对高中学生段进行研究。

因此,关于学生物理思维活动经验的内涵与特征、具体内容及其表现形式、获得过程、影响因素、教学策略等方面的研究几乎是一片空白。本研究从课堂物理活动的角度,对高中学生的物理思维能力进行深入的研究。这对于明晰学生物理思维的内涵及具体构成、充实物理思维能力的理论和物理思维的教学理论具有十分重要的意义。由于核心素养具有综合性、跨学科的特点，所提出的关键指标是通过各学科教学都可以育成，也是学生的发展最重要的东西。因此高中物理所提出的核心素养的各个要素，实际上也都是服务于学生发展的核心素养体系。思维是智力活动的核心。智力活动主要包括观察、实验、记忆、思维、注意、想象等因素，在这些因素中，思维处于核心地位。学习和进行科学研究均离不开思维，不论是科学问题的提出、实验现象的观察、实验数据的测量、模型的抽象、概念的形成、规律和理论的建立，还是应用理论解决实际问题，都离不开思维。因此，面对当前的素质教育和课程改革，本研究着眼于实际教学的需要，从现有的关于物理思维能力的相关理论出发，以使教学理论更加有效地指导教学实践为目的，通过行动研究的方式总结归纳山一系列能够切实提高学生物理思维能力的有效教学策略，不仅在理论层面丰富与深化了对这一问题的认识，同时为一线教学提供了具体的典型范例。

二、课题研究的意义核心素养与能力是有所区别的。能力既可以是与生俱来的，也可以是后天形成的。核心素养则是可教、可学的，是后天通过学习而获得的。高中物理教学应综合反映人类在探索自然规律过程中取得的成果,以提高学生科学素养为目标。在此阶段的物理教学不仅要注重科学知识的传授和技能的训练，更要注重对学生学习兴趣、探究能力、创新意识以及科学态度、科学精神等方面的培养。以往教学中，老师们对物理基本知识、基本技能、基本思想方法的教学都非常重视，却忽视了学生的思维能力培养及其对物理探究、发现等活动的重要影响与作用，教学中缺乏针对促进物理思维能力的教学设计及策略方法，致使我们的教学偏离学生已有的经验基础。因此本课题研究不仅可以提高高中物理教师对物理基本活动经验重要性的认识，增强物理基本活动经验的实践意识，而且还可以为高中物理思维能力培养的教学实践提供一些操作模式、实践范式与策略方法，这不仅有利于教师准确把握学情、提高教学设计有效性，而且有利于教师对学生在物理学习过程中的表现与水平层次予以准确判断与客观评价，从而不断调整、优化其教学过程，促进教学质量全面提升。芬兰提出：基础教育要去学科化，强调综合，提倡从现象学的视角研究教育，这符合学生发展核心素养综合发展的需要。

虽然高中物理难度较大，学科性较强，但在教学中也要注重学科之间的有机整合。比如高中物理跟数学、化学、地理、哲学、美术等学科都有较多的交融。学生通过高中物理的学习，不仅要获得必备的物理知识和技能，还要领悟物理的思想与方法，形成终身发展所必备的能力，这些都是高中物理教学需要完成的根本任务。高中物理教学注重让学生领悟物理学科的思想方法、体验探究的过程、感受物理学的美妙、增强实践意识、养成良好习惯、培养创新思维能力等。这些培养目标的实现，都依赖于物理思维教学的过程。只有在物理概念的建构过程、物理规律的探索过程中，才能让学生真切感受物理的思想方法，才能有效培养学生的物理核心素养。自新课程实施以来，许多一线物理教师积极投身到课堂教学改革之中，然而由于教师对物理思维能力的认识与经验有限，往往不能采取恰当的教学策略进行教学，从而不能形成科学、系统的物理思维能力培养途径和策略。若能对物理思维能力的培养方式进行全面、系统的实践研究，它将促进广大一线教师更好地开展物理教学，更有效地提升学生物理思维能力，从而实现《课程标准》以及教育中期发展规划纲要中所提及的教育目标。总的来说，要充分发挥高中物理课程在人的发展中的作用，就是要努力通过物理课程的学习培养学生的核心素养，这样才能让学生将来可以运用物理思维的方式方法去处理各种实际问题。

三、本课题研究的主要内容(一)核心概念的界定基于我国对“核心素养”的界定，今后学校的教育就必须从“知识传递”转向“知识建构”，这标志着我国基础教育的课程发展进入一个新的阶段。物理概念是自然界中事物的共同属性和本质特征在人脑中的反映，是客观事物的抽象，它产生在观察、实验和思维的基础上，具有严格的质的规定性。由观察、实验事实到建立物理概念的过程，是分析、综合、抽象和概 括等思维的过程。思维能力：是通过分析、综合、概括、抽象、比较、具 体化和系统化等一系列过程，对感性材料进行加工并转化为理性认识及解 决问题的。我们常说的概念、判断和推理是思维的基本形式。无论是学生 的学习活动，还是人类的一切发明创造活动，都离不开思维，思维能力是 学习能力的核心。 (二)研究内容的界定 物理思维的基本特征。物理思维是从属于一般思维的，它既符合思维的一 般规律与特征，又由于物理学科自身的特点，而具有其独特的思维特点。 第一，精确性和近似性的统一。 物理规律 (包括定律、定理、原理、法则、公式等)反映了科学现象、过程 在一定条件下必然发生、发展和变化的规律。它产生在观察、实验、思维 和数学推理的基础上，用语言逻辑或数学逻辑表述出来，既可以用数学公 式表示，也可以用数学图像表示。

不论是在理解，还是在应用时，均不能 有丝毫的差错。 在探索物理规律时，不论是由实验归纳，还是理论分析，均需要进行逻辑 推理、数学推导和分析、归纳、概括。这些过程均需要按照严格的逻辑规 则和步骤进行。在解决物理问题时，要利用分析、综合、推理的方法，利 用数学工具，按照解决物理问题的步骤，一步一步地进行，才能得出正确 的结论。 物理思维具有精确性，但并非像数学一样完全精确，它还具有近似性。第 二，理论性与实践性的统一 物理学是实验科学，物理理论是物理学的核心。物理理论的获得和验证都 离不开实验，物理思维不同于数学思维，它除了具有理论性外，还必须体 现出其实践性，即物理思维不可能是一种“纯思维”。无论是经典物理还是现 代物理，物理体系的建构过程中，都反映了其理论性与实践性的辩证统一。 第三，抽象性与形象性的统一 物理思维的过程是人脑对外部的信息(现象、事实等)的接收、分析、选择、 加工和综合的过程，是一个从感性认识到理性认识的过程。因此，思维的 材料可以分为感性材料和理性材料两部分，感性材料具有形象性，主要是 在观察、实验基础上对研究对象的感觉和知觉，理性材料主要有概念、规 律等，他们往往隐藏在现象背后，不能靠感官直接把握，故具有抽象性。

在思维的方法上，也具有抽象性和形象性。总之，物理思维不仅具有抽象 性，而且具有形象性，抽象思维是物理思维的核心，形象思维是物理思维 的先导，具体的思维中往往同时存在着两种思维，抽象思维和形象思维相 互作用、相互补充。 1．通过文献综述、教师访谈以及行动研究的方式，分别得到：(1)跟踪国 内外研究和实践的进展，了解当前中学物理思维能力培养的主要方式与问 题；(2)归纳一线教师针对物理思维能力已有的教学经验和遇到的问题，并 加以升华与总结；(3)从教学实践中探索有效培养学生物理思维能力的教学 方法与策略。根据以上三种研究方式得到的结果，从而有针对性地制定具 有可操作性的教学策略和相应的教学模式，提高学生的物理思维能力，具 体内容如下： (1)新课程下培养物理思维能力的教学内容选取以及相应的能力 (2)新课程下与物理思维能力培养相适应的教学模式及教学策略 2．根据本研究对物理思维能力的界定以及具体的教学策略与模式，通过 对国内外有关思维能力评价文献的综述，一线教师经验的总结以及实际条 件的考虑，探索检测中学生物理思维能力的评价形式并形成相应工具。 新课程下中学生物理思维能力的过程性评价手段与相应工具（2）新课程 下中学生物理思维能力的结果性评价手段与相应工具 3．根据以上研究成果以及教育学、心理学和相关的新课程理论；（1）通 过行动研究的方式检测上述教学策略与模式，评价方式与工具在物理教学 的实验效果，并总结经验，形成一系列有关物理思维能力培养的完整教学 案例；（2）通过组织教研活动（研究课、现场会等），不断提高物理教师 实施学科能力培养的能力，促进教师与学生的发展。

四、本课题国内、外研究现状，预计有哪些突破 物理思维能力历来受到国际物理教育界的，广泛关注。国外研究成果主要 集中在以下三个方面： 1)物理思维能力的含义。首先在理论层面上对物理思维能力的含义进行了 广泛的探讨，其成果主要体现在《国家科学教育标准(美国)》、《科学素养 的基准(美国)》等主要国家和地区的课程文件当中。 2)物理思维能力的培养。国外研究者根据自身课程内容与形式的特点，尝 试并开发了一系列的专门课程和培养策略，如“翻转课堂"、‘‘工作单"教学等， 均收到了一定效果。 3)物理思维能力的评价。研究者在上述理论研究的基础上，从认知的角度 对各个能力要素进行水平划分，形成了具体的能力评定框架，通过大型学 业水平评估测试(如TIMSS、PISA 和NAEP 等)，实现了对学生物理思维 能力水平的监测。 国内研究情况。随着课程改革的不断深入，国内学者对于思维能力也给予 了重点关注，但总体而言还处于对国外已有研究和结果的借鉴、吸收与整 合阶段。课程标准当中缺乏对思维能力具体的界定与说明，不利于对一线 教学的指导。在实践方面的研究相对零散，多为依靠教师自身经验的性质 研究，从而无法得出系统、有效地研究结论。 本研究立足于国内物理课程实施的实际情况，从现有课程标准中规定的内