高中生物理实验能力培养的实践研究

评审编号：          课题名称:  高中生物理实验能力培养的实践研究                       设计与论证方案(5000字以内，不得出现学校和课题相关人员名字)（一）研究背景我国高中新课程改革已经进入到实施阶段，对学生的基本能力的要求渐高，明确要求学生要有基本的观察、提出问题、制定与实施实验方案、分析与论证的科学实验能力，提出应该让学生经历与科学工作者相似的科学探究过程，从中领悟知识和培养技能。这些能力的培养与物理实验密切相关。同时，物理课程改革要求将科学实验探究作为让学生获得知识和认识世界的一种方法，提出学科学的中心环节是探究，而实验探究是其中一个最重要的和最基础的部分。如何更好地利用和开发中学物理实验课程资源，通过科学实验和探究学习帮助学生获取知识、培养学生的实验能力，就是教育工作者面临和必须解决的问题。（二）课题的核心概念及其界定物理学是一门实验科学，物理实验在物理学的发展和物理教学中都有不可替代的作用，物理学的每一概念、规律的发现，都有其坚实的实验基础。人们已认识到，物理实验既是物理教学的重要基础，又是物理教学的重要内容，同时又是物理教学的重要方法和手段。通过物理实验的教学，可以达到培养学生的兴趣、激发学生的求知欲、创设学习有效掌握知识的物理情景、训练学生的科学方法、培养学生的各种能力和良好的科学素养等目的，是学生获取物理知识的主要途径之一，有助于学生对物理知识的充分感知。物理实验及其教学是中学物理教学的重要组成部分，它既是物理教学的重要基础，也是物理教学的重要内容、方法和手段。培养和发展学生的物理能力（主要包括：物理观察能力、物理实验能力、物理思维能力、物理推理能力、运用物理知识解决实际问题的能力）是物理教育的重要目标之一。物理实验能力是指，在学习物理知识、解决物理问题和科学创造过程中，根据一定的目的和任务，借助物理实验装置，运用一切已知信息，利用物理实验仪器和设备，人为地控制、创造、纯化某种自然过程或模拟物理现象，排除各种干扰因素，突出主要因素，通过实验手段，实现实验方案或制作计划的能力。物理实验过程包含着观察、操作和思维三种相互影响和相互交叉的心理活动。观察主要表现在操作过程中；操作主要表现在完成和实践实验设计的过程中；思维主要表现在设计、观察和分析实验现象、分析实验数据的过程中。因此，物理实验能力涉及实验的观察、思维和操作能力，它应是这三种能力的综合。物理实验观察能力是指，在物理实验中，以物理实验知识为基础，运用各种机体感官感知物理实验现象、过程，观察出被观察对象所包含的物理因素和要素及其相互关系，并通过一定的物理实验思维能力加工，发现和解决物理实验问题的过程中所形成的，顺利进行物理实验观察所必须的个性心理特征。物理实验操作能力是将存在于物理实验思维中的实验方案和制作计划，运用一切已知信息，借助于物理实验装置，利用实验手段、方法，使之得以实践的能力。中学物理实验思维能力是指，在学习物理知识、解决物理问题和科学创造过程中，根据一定的实验目的和任务，借助物理实验装置，运用一切已知信息和实验手段，通过物理实验思维顺利实施物理实验并实现实验方案或制作计划完成的能力。具体的说就是在进行物理实验的过程中，根据物理概念、规律、仪器和实验规范以及相关学科知识，使用物理方法进行思维，确保物理实验顺利进行的能力。培养学生的物理实验能力就是通过物理实验教学，增加学生的感性认识，培养学生的动手实验能力，提高学生的实验素质；使学生会正确选择器材，能正确安装调试实验装置，能正确完成实验操作并正确的读数及数据处理。从而使学生物理实验的观察能力、操作能力和思维能力都得到提高。通过本课题的研究可以为物理实验教学提供实践与理论上的支持；提高本学科教师的实验教学理论和实践水平；整合实验教学资源；提高学生的物理实验能力。（三）国内外同一研究领域现状、本课题研究价值与创新之处当前，美国在新课程标准推动下的教学创新运动中，指出学校要反复强调体验性的学习；其课堂教学实践也证明，学生学习任何学科都是“从做中学”学得最好，而不是听别人如何说。美国创新教学研究同时指出，对于科学而言，这意味着做实验和实地调查自然环境和污染问题等等。由此可见，实验教学在美国具有突出的地位。在美国中学物理教学中，只要教师能够用实验说明的一般就不用语言说明，这样就增加了实验的数量；同时，教师鼓励学生根据自己的兴趣和知识基础来设计实验，自由的研究、提问，采集和分析数据，验证假设和写实验报告；最后，美国理科教师在传授知识之前，鼓励学生观察思考和实验，这样一节课中往往先做实验，有时甚至大部分时间在做实验。而作为成绩一部分实验能力考核也是非常重要的。在英国，科学学属于三门核心课程之一，因而科学教学备受重视，在科学教学中以“科学探究”为其首要特色。在英国国家课程中，学生探究的过程大致是：确定研究课题——拟定初步计划——查找文献资料——修改研究课题——制定研究方案——选择实验设备——观察实验现象——读取实验数据——分析实验结果——写出实验报告——反思研究过程。在这一探究过程中，以实验设计、操作、数据记录、分析为核心，通过实验加深学生对科学知识的理解，经历科学发现的过程，在潜移默化中建立学生科学认识论和方法论的“认知结构”，以培养学生的科学素养、实验能力。　　德国中学教育也历来重视物理实验，德国物理学界流传着这样一种说法：“没有演示实验的一堂课是不可想象的”。一般每堂课要做2到3个演示实验，实验能力培养是学生学习能力培养的重要内容。目前，我国新一轮基础教育课程改革正在以世人瞩目的迅猛之势在全国推进，这次课程改革是一个意义重大、影响深远、任务复杂艰巨的系统工程，整个改革涉及到培养目标的变化、课程结构的改革、国家课程标准的制定、课程实施与教学改革、教材改革、评价体系的建立、课程管理机构的建立等，是一次完整意义上的课程改革，在整个基础教育改革中处于核心的地位。《中国教育改革和发展纲要》指出：“中小学要由‘应试教育’转向全面提高国民素质的轨道，面向全体学生，全面提高学生的思想道德、文化科学、劳动技能和身体心理素质，促进学生生动活泼地发展、办出各自的特色”，并提出“学会学习、学会生活、学会做人”作为社会导向目标。其中，“学会生活”要求培养、发展学生独立生活的能力、动手能力、交往能力，为适应现代社会生活打好基础。可见，发展学生能力（包括学生的实验能力）是当今教育实践中必须倍加关注和认真研究的课题。同时，我国中学生的实验能力普遍较弱，究其原因是多方面的，除了实验仪器设备配置不足外，重要原因是多年各级物理科考试基本上都是以考查基础知识为主。书面考查中纵有一部份实验题，也是纸上谈兵，“重理论，轻实验，甚至在黑板上背实验”的现象在中学教学中屡见不鲜，其有效性值得怀疑。在传统的物理教学中，实验常常作为教学的手段来应用，师生很少意识到实验本身就是学习和教学的目标，从根本上说，在人们的观念中，实验总处在从属的位置，没有自己的独立地位。进入二 十一世纪以来，随着中学教育投入的不断加大，实验室的规模变大了，实验器材更新了，特别是数字实验室进入了中学实验室，丰富的网络课程资源不断地涌现，现代科技也不断改变生活和教学环境，多媒体及现代的投影技术影响着课堂教学内容和实验呈现的方式。如何利用现有资源更好的为实验教学服务，需要进一步探讨。因此，在新的形势下本课题通过加强物理实验教学研究，充分利用现有信息科技等手段整合实验教学资源，提高学生的实验能力水平，意义重大。（四）理论依据建构主义理论：建构主义理论认为知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境中，借助他人的帮助，利用必要的学习资料通过建构方式获得的。在制定教学策略、确定实验案例的时候，教师要成为学生建构意义的帮助者，要使实验教学做到（1）、激发学生学习兴趣；（2）、创设符合教学要求的情境，联系新旧知识；（3）、帮助学生组织协作交流的学习小组。动机理论：动机理论认为学习动机激发学习行为，这一行为指向某一学习目标，并为达成这一目标而维持学习行为。在实验教学中，教师要此案用一些训练手段，激发学生学习的自觉性，帮助形成自制力，培养学习动机，促进实验能力的发展。研究性学习理论：研究性学习理论要求以类似于科学研究的方法去主动获取知识、应用知识、解决问题，培养分析问题、解决问题的能力和创造能力。科学探究就是一种系统的调查研究活动，实验教学通过再现这种研究活动，充分发挥学生的自主性，从而达到培养能力的目的。（五）研究的目标、内容（或子课题设计）与重点一、本课题试图通过两年的系统研究，实现如下目标：（1）、通过本课题的研究，可以充分发挥实验教学的促进作用，增加学生的感性认识，培养学生的动手实验能力，可以提高学生的实验素质：会正确选择器材，能正确安装调试实验装置，能正确完成实验操作并正确的读数及数据处理。（2）、通过本课题的研究，可以同时提高本学科教师的实验教学设计、实验操作、实验创新等能力。（3）、通过本课题的研究，可以把教材实验进行重新整合，建立具有可操作性的高中物理实验案例库，确定哪些实验可以由演示改为分组，哪些实验可以由 “验证性”实验改进为“探索性”实验，哪些实验可变教师演示实验为师生共做实验，或变换角色，让学生实验表演。二、研究内容（子课题设计）（1）、高中物理实验考查及物理实验教学现状的研究通过对课程标准和物理教材的分析，研究高中物理实验考查现状；通过对现行课程标准与课改前教学大纲的对比、教师及学生的调查等分析，研究物理实验教学现状。（2）、高中物理实验教学策略及案例研究针对学生实验能力的培养，结合第一子课题提出实验教学策略；根据教学策略整理高中重要实验可操作性的教学案例。（3）、高中实验教学的实践研究设计评价方案对第二子课题提出的实验教学策略进行实践检验；根据实践检验的结果，完善教学策略、整理教学案例。由于研究强调实效性，修改工作在未来的教学研究中还可以不断完善，因此，研究的重点将放在第二子课题。（六）研究的思路、过程与方法一、研究的主要思路和过程（一）第一阶段：启动阶段（2010年9月—2011年2月）（1）、调查分析当前我校学生物理实验能力现状，设计有关调查问卷。（2）、学习有关理论，借鉴别人科学有效的经验，思考并确立本课题下一步的研究内容及思路。（二）第二阶段：实施阶段（2011年2月—2012年3月）（1）、通过搜集有关资料，系统整理，综合分析，针对不同的实验内容制定不同的教学策略，完成案例。（2）、制定课题方案，申报课题。（3）、优化课堂教学改革。探究更有效的课堂教学方法。（4）、针对研究结果和教学中的反馈信息不断进行反思，总结完善教学策略和案例。（三）第三阶段：总结阶段（2012年3月—2012年9月）（1）、整理档案并归档。（2）、全面总结实验经验，进一步修改完善，完成课题研究报告。（3）、总结课题的研究经验、发表的论文等。（4）、请领导、专家进行成果鉴定。二、研究的主要方法：文献研究法：查阅相关文献资料，了解物理实验教学情况的调查方式和分析方法，研究整理中学物理实验教学的策略及案例。调查研究法：对教师的实验教学现状，对学生实验能力调查。案例分析法：选取对比班级跟踪研究，分析他们目前的现状，评估教学策略及案例。（七）预期研究成果    成果名称    成果形式    完成时间阶段成果（限填5项）    我校学生物理实验能力现状调查研究    问卷集、报告    2010年12月    物理实验教学管理及评价的有关制度    手册    2011年12月    新旧教学体系物理实验案例的研究    系列案例    2012年2月    物理实验教学管理评价的内容与指标体系研究    论文    2012年2月    课题中期汇报    报告    2012年6月（限填3项）最终成果    课题结题报告    报告    2012年9月    高中物理实验教学案例研究    案例集    2012年9月    学生实验能力培养策略研究    论文集    2012年9月（八）完成研究任务的可行性分析（包括：①研究力量。主持人及课题组核心成员的学术或学科背景、研究经历、研究能力、研究成果；②研究基础。围绕本课题所开展的文献搜集、调研和相关论文等；③保障条件。研究资料的获得、研究经费的筹措、研究时间的保障等。）    此课题组核心成员由教科研人员、教育行政干部、特级教师、一线优秀教师组成，他们中有省特级教师、市学科带头人、省市教学优课一等奖获得者、区学科带头人、区教学能手、区教坛新秀等优秀教师，分别在各个年级担任备课组长及学校教科研、教学管理工作，多人曾承担国家、市、区级课题，在参与教学改革等方面的专题研究，积累了丰富的研究经验，在省市各级取得了较丰硕的研究成果，形成了严谨、踏实的工作作风，并享有一定的知名度。课题主持人作为省特级教师，是市中心组成员，擅长中学物理教学研究，尤其对于中学实验教学和实验教学自制教具颇有心得，在多个省级刊物有相关论文发表。课题组成员对于实验教学的研究也多有文章发表在省级刊物上。前期已经对学生实验情况，物理实验的相关文献进行过的调查，为下一步研究提供了依据。此项研究是全校内的协同研究，是在校科研、行政的主持、指导下，进行有计划的研究，因此在协调、统筹中会形成较强的合力，有效推进研究，为课题的研究提供重要的保障。学校教科研课题研究有经费保障制度。