苏州“十三五”课题

基于物理史情境下高中物理课堂探究教学的实践研究

立项课题 立项编号16122366

江苏省太仓高级中学 刘焕奇

一、研究背景及所要解决的问题

（一）研究背景

1.是新一轮以核心素养为背景的物理课程改革的需要

新一轮高中物理课程体现了物理课程本质，主要表现在以下四点：1. 体现物理学科本质，培养现代公民必备的物理核心素养。高中物理课程注重体现物理学科的本质，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面提炼学科育人价值，充分体现物理学科对提高学生核心素养的独特作用，为学生终身发展、应对现代和未来社会发展的挑战打下基础。2. 体现课程的基础性和选择性，满足学生终身发展的需求。高中物理课程在结构上注重为全体学生打好共同基础，精选学生终身学习必备的核心概念和科学实践作为必修模块内容，同时针对学生的兴趣、发展潜能和今后的升学或就业需求，设计多样化的选修课程模块，促进学生自主地、富有个性地学习。3. 体现课程的时代性，关注科技进步和社会发展需求高中物理课程在内容上注重与学生生活、现代社会及科技发展的联系，反映当代科学技术发展的重要成果和科学思想，同时关注物理学的技术应用带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和社会责任感。4. 重视学生自主学习，提倡教学方式多样化。高中物理课程通过创设学生积极参与、乐于探究、善于实验、勤于思考的学习情境，培养和发展学生的自主学习能力。通过多样化的教学方式，引导学生理解物理学的本质，整体认识自然界，形成科学思维习惯，增强科学探究能力和解决实际问题的能力，逐步形成科学态度和正确的价值观。

基于以上四点，我们在物理教学中要注意帮助学生提高探究能力、培养学习能力、发展思维品质；要注意帮助学生体验物理文化背景，树立科学的人生观和价值观。作为高中教学学习的重要内容——《高中物理学史》，包含丰富的教学探究资源，拥有学生自主学习自主探究的最好模板。用足用好物理学史，是学生主动感知物理探究过程、培养物理思维方法的理想渠道。

2.是“核心素养”在时代背景下对学生自身发展的需要

物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分。物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的要素构成。物理发现史的教学是目前物理教学中的一个薄弱点，这一部分教学内容常常被教师所忽视，相应的教学方法和策略也比较欠缺。针对“核心素养”对学生发展的要求，我们计划通过对这一薄弱点的系统研究，结合教学实际，形成了相应的教学策略，通过创设情景、提出问题、组织活动、总结提升的教学环节，让学生经历科学家探索的主要过程，体验科学家的研究思路和方法，理解科学发现的过程和科学家的探索精神，实现科学发现史的探究教学，促进学生核心素养的提升。

（二）所要解决的主要问题

1.当前“应试教育”社会背景下，解决“物理学史”课堂教学功利化的问题

由于长期受到“应试教育”观念的影响，很多物理教学活动的重点出现了偏差，指向了学生的解题能力或应试技巧，学生把物理学习探究当做是为了把考题做对，而不是为获取知识、提高能力、发展思维、体验文化、获得乐趣。因此，作为物理学的精华，包含物理思想方法、思维逻辑部分的物理学生就被自然而然地忽略了，或是仅仅是在学习负担轻时让学生捎带看一看，流于形式。没有科学规范合理的模式进行学习探究。在新课程理念的指导下，教师应更新教育观念，作好正确引导，让学生进行自主探究，使其以积极主动的、探究式的态度参与完成物理学史的探究过程。

2、依据物理“核心素养”的教学要求，探究“物理史情境下高中物理课堂探究教学”的策略

科学发现史是一幅理论与实验交叉、失败与成功并存、逻辑与非逻辑思维并用的丰富多彩的画面。与“实验探究”和“理论探究”相比，这部分内容的探究既有相似之处，又有特殊之处。

教育理论和教学实践表明，学生认知的过程符合“重演论”。科学史记述了重大物理实验和理论的发生、发展过程，描述了有重要影响的物理学家的思维过程。学生只有“亲历”科学的发展过程，才会彻底掌握物理知识和科学方法。同时，科学史再现了科学家们克服种种阻力与困难作斗争、与传统观念作斗争的过程，有利于培养学生形成正确的人生观、世界观和科学观。

“物理史情境下高中物理课堂探究教学”主要探究策略表现为以下四点探究方式（1）物理学史情境下全全探究式教学模式。（2）前置性自主学习与物理课堂渗透相结合教学模式（3）专题讲座模式（4）指导学生开展物理学史研究性学习课题模式。

3、通过“物理史情境下高中物理课堂探究教学”的研究，探寻科学发现史与物理探究教学整合的课堂突破口。

“科学发现史与物理探究教学整合”的重点是让学生从物理学的角度进行探究学习。借鉴我国有关学者的研究，构建如下的基本环节：创设情景→提出问题→组织活动→总结提升。主要环节的目标如下

（1）、创设情境

教学中利用多媒体等形式再现科学发现的历史，或者把难以理解的重要理论用模拟动画等形式展示出来，营造研究科学史的探究情境。把学生带到历史上的探究事件中去，引导学生思考当时人们对科学的认识和实验条件，让学生站在历史的角度，站在科学家的角度，构建特定时代的学习情景，给学生的探究活动奠定基础。

（2）、提出问题

科学探究的第一要素是提出问题，那么，在科学史教学中怎样才能提出有效的问题？首先，重要理论和实验的产生有其历史发展的必然性，在对这种必然性以及理论与实验的科学性的分析过程其实就是一种非常可行的科学探究过程。在探究的过程中，科学猜想是最活跃的因素，教师要充分利用史料，创设探究教学的问题情境，鼓励学生大胆猜测分析，从中体验科学家探究过程，构建科学研究的方法；同时引导学生思考：科学家是如何思考的？遇到了怎样的困难？这些困难是如何克服的？探究实验是如何设计的？

（3）、组织活动

学生活动的组织主要是帮助学生解决问题的细节和难点、获得丰富的情感体验、体会科学的思想方法和理解科学的本质。科学发现的道路是曲折的，涉及的问题纷繁复杂的，进行探究教学不可能是全面的，选择科学发现中的几个关键点，模仿科学家的思维方法进行实验设计和逻辑推理，探究科学家未果实验和成功经验；分析其失败的原因和成功的秘诀。引导学生来认识科学家的科学思想、科学信念和科学态度，促使学生进行深入的思考，体验科学的发现过程，理解科学的思想方法和本质，从而启迪学生形成正确的科学观。

（4）、总结提升

学生通过问题思考、实验探究、对实验数据分析处理，有了自己的思考和结论、或疑惑，通过呈现交流，把学生探究时的所思所想，即学生的思维产品和实验结果呈现出来，通过板演讲解、投影展示等不同方式，呈现不同的思路，目的是要暴露学生真实的思维过程合探究过程，产生相互学习的“交流场”。学生通过自评、互评，产生新一轮的思维，从而获得新知识，得出应有的结论，提炼出概念和规律，从中感受到科学发现的魅力，体验科学态度与人文价值。

二、同一领域的研究现状与研究价值

(一)目前同一领域的研究现状

1、高中教学同一研究领域现状

问题化课堂教学研究是一个比较成熟的课题，也是一个我校“十一五”研究过的课题。物理学史的研究也是近年来物理课堂教学过程中的一个敏感话题，目前在国内外的研究有一些，但是他们的研究重点主要集中在教师对物理学史的研究讲解上，集中在学生的兴趣培养上，还有一些集中在有利于养育学生的人文精神和爱国主义情怀上。但所有的这些目标，主要体现在阅读理解上完成的，还有一些最多放一放动画录像，放映一下PPT图像来完成。以上所述不难看出国内外的研究仅仅局限在一些硕士毕业论文之中，且这些研究的时长较短。大多数研究主要针对某地区某所学校开展的课外学习活动进行的个案研究，这些研究揭示了国内学校开展的物理学史活动的一些现状和问题，但鲜有实质性研究和深入探究过程。

对于在物理学史情境下的科学探究是引导学生发现问题，提出问题，进行科学设计直至探究生成的课题是一个崭新的话题，我们的研究领域：（1）穿越物理的时间和空间，研究物理学史。（2）创设情境，营造氛围，为学生在课堂上创造一个物理学史情境下的空间，发现问题（3）师生互动，生成有效问题。提出研究方案进行科学探究（4）对探究结论进行检验推广。

(二) 本课题研究价值

物理学发展史是一幅理论与实验交叉、失败与成功并存、逻辑与非逻辑思维并用的丰富多彩的画面，是一部跌宕起伏、曲折前进的英雄乐章，物理学家的生平事迹、高尚情操、成功与挫折、智慧与幽默、分歧与争论，物理学思想与方法的演变、物理学发展跳动的脉搏，都可以调动学生的情绪，唤起他们强烈的好奇心和奋发向上的激情，引起浓厚的兴趣和积极的思考。可见，物理学史不仅包含物理科学知识，而且蕴含一种大智慧；融合了许多精神和文化，这些精神文化思想方法不仅对物理学本身有价值，也有力地推动了整个自然科学乃至社会科学的发展，成为人类共同的财富。因此，物理学史的学科特点就决定了它具有丰厚的教育因素，一段重大的物理学史实其实就是一个凝固的历史文化积淀。在高中物理学史情境下进行科学探究，不仅仅激发学生好奇心，对学生在知识技能形成过程中的过程、方法、情感、态度、价值观等核心素养的构建都会起到不可或缺的作用。

三、主要观点与创新之处

(一)、主要观点：

（1）高中生的逻辑思维与创新思维能力已发展到一定水平，其探究有效资源的条件更优越，作为一种重要课程资源之一——“高中物理学史”，我们的研究不应仅停留在对物理学史的研究学习阶段，更要在课堂教学中充分利用物理学史资源来创设情境，让学生进行发现分析探究总结；我们要找出物理学史中最有效资源的运用规律，对今后如何利用物理学史激发生成更多的有效资源提供相关策略；使这些物理学史资源在运用中发挥其有效作用，并形成相关运用策略。

（2）通过物理学史问题化课堂教学实践的研究，让更多的教师在物理课堂教学中成为研究者，让学生在物理学史情境下的课堂中动起来，丰富物理课的课程资源，达到物理教学理念和实践的根本转型，让师生在共同研究和共同创造中实现共赢。

(二).可能的创新之处

（1）目前学者对物理学史教学的研究主要停留在开发层面，因而在普通高中的物理课堂教学中，尝试物理学史情境下的问题化教学的开发和运用策略本身就是一种创新。

（2）本课题的研究不仅体现在课堂教学实践的转型，更是一种教学理念上的转型。让教师在探讨中成为物理学史探究教学的真正研究者，让学生在学习实践中真正成为探究历史经典的主体核心。

（3）从本课题研究的领域来看，研究重点并不在于课堂教学组织形式的翻新，而在于通过课堂上创设物理学史情境，引领学生实现对物理学史上经典发现的再探究、再发现、再思考的实践过程，带领教师完成新故相交、日升不滞的自然发展规律。这一过程会更加催生教师的专业成长、更加注重学生的核心素养的培养。

四、概念界定与支撑理论

（一）概念界定

1、物理学史

物理学史是人类对自然界中各种物理现象的认识史，它研究的是物理学发生、发展的规律，说明了物理学中的基本概念、定律和理论体系的酝酿、产生和发展的辩证过程。

2、高中物理学史情境

高中物理学史就是以《伽利略对自由落体运动》《万有引力定律》《划时代的发现》等章节为核心，要求在教师的引领下带领学生一起“还原”历史，“穿越”时空，追溯“大师”们之思维，推测物理学家们之方法，教学中要充分利用物理学史料，有意识地创设当年历史情境，创设一种探索的氛围。课堂上老师和学生一起沿着历史本身的线索从起点看终点，了解历史力求还原历史真相，了解当时世界的各个重要事件以及它们之间的联系，更要了解当时人类掌握科学知识的水平，当时哲学家、科学家们的知识状况和见解。

3、高中物理学史情境下的问题化教学

高中物理学史情境下的问题化教学就是基于高中物理学史情境的基础上构建历史情景，让学生发现问题，提出并筛选出有效问题，从而在老师的引领下进行科学探究的过程；在物理学情境下探究过程中特别要注重过程方法、情感态度这个标志性内容，通过以上过程，目标要把一个几乎成了“纸上”的历史“痕迹”变为一个便于操作效果明显的“必做”实验，这一类实验把事实和逻辑推理结合起来凸显科学方法；抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，真正地担负起高中物理学科教学中核心素养的培养任务。

4、物理学情境与问题化教学之关系

从教学情境与课堂问题生成的关系讲，前者是为了更好地促进后者，构建物理学情境的价值取向就在于为课堂生成问题提供最佳途径和最大可能；本课题目标是实现物理学史情境开发的最优化和问题生成的最大化。

（二）理论支撑

1、主体教育理论。

把学生当成教育的主体，在教育教学过程中落实学生的主体地位，培养学生的主体性，是素质教育的要求，是未来社会发展的要求。主体性的特征有选择性、自主性、能动性和创新性。这是教育工作者努力的方向，而创新性的培养首先要了解物理学的发展历程，然后才能有所创新。

2、教学最优化理论。

巴班斯基认为：要达到教学最优化的目的，就必须分析学生状况和教学任务，明确教学内容，选择科学的教学方法、方式，拟定教学进度，对教学结果加以测定和分析等等。要达到最优化的关键：一是分析教材中主要的和本质的东西，确保学生能掌握这些内容；二是选择能有效地掌握所学内容、完成学习任务的教学方法、方式，进行有区别的教学。

五、研究目标与研究内容

（一）研究目标

1、通过课题研究，增强教师自身的教学智慧，转变教学理念，转变课堂形态。在教学实践研究中，增强教师的服务意识、生成意识，提高教师的预设能力和调控能力，使教师成为学生心声的倾听者和对话者，成为课程资源的开发者和利用者，使教师的课堂教学更具智慧，使之真正成为学生发展的引导者和促进者。

2、通过课题研究，使学生真正成为学习的主人。通过教师的引导，让课堂有效地动态生成，丰富我们的课程资源，使学生在生成性的课堂中活起来，促进学生的综合发展和最佳发展，从而提高学生的思维品质和生成创新能力。

3、通过课题研究，从成功的案例中积极探索课堂教学中生成性资源的开发与运用策略，提高教师应对生成性资源的能力。同时推动教师回到研究状态，研究教材、研究学生，促进教师进行相关理论的学习，达到教学理念和教学实践的根本转型。

（二）研究内容

1、高中物理学史和构建物理学史情境的开发策略的研究

对高中物理教材进行全面分析整合，找出核心章节进行重点开发，形成校本教材。

2、物理学史情境下高中物理课堂科学探究过程策略的研究

对高中物理课堂中物理学史资源开发策略、物理学史探究策略的研究开发，尽可能地使课题研究的成果系统化、可操作、有成效。

（三）子课题设计

子课题1：基于高中物理教材中科学发现史与物理探究教学资源进行整合的策略研究

在整合资源的时候要有针对性，初步计划对以下物理学史内容进行整合。

（1）物理规律的发现过程

（2）物理学家生平事迹

（3）各物理学派、假说间的争议

子课题2：基于高中物理科学发现史与物理探究教学整合教学的课型形式的研究

主要探究以下四点探究方式（1）物理学史情境下全全探究式教学模式。（2）前置性自主学习与物理课堂渗透相结合教学模式（3）专题讲座模式（4）指导学生开展物理学史研究性学习课题模式

子课题3：基于高中物理科学发现史与物理探究教学整合的问题情境创设的研究

尝试从以下三方面进行创设（1）情境创设来源于学生文化生活和学生的认知世界。（2）情境创设遵循于社会、科学和物理史发展的历史时代背景。（3）情境创设创新于科学进步和技术更新的发展衔接带。

六、研究思路、方法与实施步骤

（一）研究思路

1.课题组成员培训，学习相关的教育学理论。认真研读关于物理核心素养等方面的研究论文和资料、认真研读关于国内外泛读理论的资料。深化对物理学史和物理学史包含的核心素养重要性的认识。

2.以刘焕奇老师为核心的物理工作坊通过沙龙的形式进行研讨，精读“高中物理学史”中的历史经典，探讨如何指导学生进行科学史的深入探究。例如，如何让学生学会自主看书，如何挖掘物理学史的重大发现；如何让学生了解熟知学校物理教学实验设施；如何让学生掌握进行科学探究的基本过程等等。

3.进行校内调查研究，通过研究性学习研究本校学生课外活动的现状，对物理学史的爱好钻研情况等等。

4.在教学、各层次研讨的基础上，形成自主学习理论指导下有关物理学史的实验发现、实验设计、实验探究、情境创设的专题集、学生研究个案集和专著。

（二）研究方法

1．文献研究法：查阅国内外相关的研究成果及文献资料，及关于支持本课题的理论知识。为“问题化教学资源”、“物理学史”、“构建物理学史情境”等的研究寻找理论支撑和依据，以进一步指导研究实践。对物理学史情境下教学的有关理论和探究情况进行调查分析，从不同的维度进行整理、归纳和总结。

2.问卷调查法：借助问卷对学生进行现状调查，了解学生目前对物理学学习、爱好以及探究现状存在的问题困难；利用问卷，调查学生物理学史学习探究活动的实际变化。

3.行动研究法：是指从实际工作需要中寻找课题，在实际工作过程中进行研究，由实际工作者和研究者共同参与，使研究成果为实际工作者理解、掌握和实施，从而达到解决实际问题，改善社会行为的目的。在学习研究文献和调查分析的基础上，结合课题研究实践中的问题，不断实践、总结、反思，提炼操作性的经验，获得较为系统、成熟的理性认识和生成性资源的校本教材。

4.个案研究法：（1）本课题运用课例研究，通过一节节具体的物理学史情境下的教学课的研究，探讨自主学习自主探究活动的实施模式。（2）本课题通过个案研究，通过每个学生的课堂探究过程，建立学生个人的学习档案，并对某些典型个案进行全面的调查和分析，揭示出某些规律和本质，为课题研究提供必要的支撑性材料。

（三）实施步骤

1.准备阶段（2016年5月—2016年7月）

查阅相关文献资料，学习“问题化教学”、“物理学史”、“高中物理学史”、“开发和运用策略研究”等相关理论，了解国内同一研究领域的现状，确定具体研究内容的框架；组建子课题组，明确分工职责；制定课题研究实施方案和开题报告；完成课题申报工作。

2.实施阶段（2016年9月—2019年7月）

①启动课题研究阶段，进一步细化各子课题的研究计划；

②完成物理课堂生成性教学的现状研究，形成调查报告，明确实践研究的切入点及相关策略；

③着手研制推进“基于物理学史情境下的高中物理课堂问题化教学的策略研究”的实施意见和评估方案。

④收集和积累本课题研究过程中教学实践的个案材料；

⑤进行中期汇报，在自我总结和听取专家意见基础上修订课题研究实施方案，并针对后阶段研究重点深入进行课题研究。

3.成果总结阶段（2019年9月—2020年2月）

汇编课题研究成果集；展示优秀教师课堂教学活动；撰写结题研究报告；举办课题研究成果专家鉴定会等。

七、课题研究条件与可行性分析

（一）研究成员

刘焕奇 本课题主持人，江苏省太仓高级中学物理高级教师，江苏省教学名师 苏州市名教师，苏州市物理学科带头人，苏州市优秀教育工作者，苏州市先进青蓝文明岗核心成员、苏州市优秀教师群体。《人民教育出版社》物理教材培训讲师团专家成员 ，江苏省特级教师后备班学员，苏州市物理名师共同体成员。江苏省物理奥林匹克竞赛高级教练员。江苏省太仓市名师俱乐部成员。江苏省太仓市高研班第一期学员，江苏省教育科学“十一五”规划重点课题子课题“元认知理论指导下‘导学学案’的设计与编写”的负责人，江苏省“十二五”规划重点课题《基于学生思维发展的高中物理课堂生成的策略研究》的副组长。近五年来，先后获得 “中国优秀教学课例”评比全国二等奖；获 “一师一优”课评比江苏省优课，有十多篇论文在省级杂志上发表，有三篇论文在核心期刊上发表。

肖丽英 课题核心成员 江苏省太仓高级中学物理高级教师，苏州市物理学科带头人。江苏省太仓高级中学物理工作坊成员。

赵文华 课题核心成员 江苏省太仓高级中学物理高级教师，江苏省太仓市物理学科带头人。江苏省太仓高级中学物理工作坊成员。

陆 伟 课题核心成员 江苏省太仓高级中学物理高级教师，苏州市优秀班主任，江苏省太仓市物理学科带头人。江苏省太仓高级中学物理工作坊成员。

（二）研究基础：

我校为江苏省四星级高中，学生经过中考选拔，有良好的物理基础和一定的物理自学研究能力。另外，我校学生均进行着不间断的课外自主学习活动，例如高一年级利用课余时间进行物理兴趣学习小组的组建，高二年级利用课余时间开展物理奥林匹克自主学习活动，为我们的研究提供了一定实际材料，而我们的研究也将反过来促进课外活动和物理兴趣小组的顺利开展。

（三）研究保障条件

1．组织管理保障

市教育局的统一领导与高度重视，有关领导、专家的关心与指导，以及学校领导的大力支持，为课题研究创设了良好的外部条件。

2．研究经费保障

课题启动后教育局及校方将在研究经费上予以全力保障。保障调查实践、资料采集、会议研讨、论文结集、论著出版等各项支出的如期支付，保障开题论证、中期评估、结题鉴定的各项经费及时到位。

3．研究资料保障

我校都拥有图书馆，拥有足够多的藏书，老师个人电脑普及率较高，在办公室都有宽带网络连接上网，因此能够及时把握国内外关于核心素养及阅读教学的最新进展与最新信息。

八、课题成果形式

成果名称

成果形式

完成时间

阶段成果（限5项）

《基于物理学史情境下的高中物理课堂问题化教学的策略研究》课题研究方案

研究方案

2016.08

物理学史情境下的高中物理课堂问题化教学调查报告

调查报告

2016.10

物理学史情境下的高中物理课堂问题化教学调查报告开发与运用的案例设计

研究案例

2017.08

课题中期报告

研究报告

2017.12

最终成果（限3项）

物理学史情境下的高中物理课堂问题化教学的相关论文

论文

2018.06

《基于物理学史情境下的高中物理课堂问题化教学策略的研究》结题报告

研究报告

2019.06

基于物理学史情境下的高中物理课堂问题化教学调查报告和优秀案例集

案例集 论文集

2019．06