蘇州市“十三五”規劃項目
基于物理史情境的高中物理課堂探究教學實踐研究
項目編號
劉煥奇 江蘇省太倉高級中學
1. 研究背景及待解決的問題
1.研究背景
1. 以核心素養為核心的新一輪物理課程改革的需要
新一輪高中物理課程體現了物理課程的本質，主要體現在以下四點：1.體現物理學的本質，培養現代公民必備的核心物理素養。高中物理課程注重體現物理學的本質，從物理概念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等方面提煉學科的教育價值，充分體現物理學在提高學生核心素養方面的獨特作用，為學生終身發展、應對現代及未來社會發展的挑戰奠定基礎。2.體現課程的基礎性、選擇性，滿足學生終身發展的需求。在結構上，高中物理課程注重為全體學生奠定共同的基礎，選取學生終身學習所必需的核心概念和科學實踐作為必修模塊的內容，并根據學生的興趣、發展潛力以及未來升學或就業的需要設計豐富多彩的選修課程模塊，促進學生自主、個性化學習。 3.體現課程的時效性，關注科技進步和社會發展的需要。在內容上，高中物理課程注重與學生生活、現代社會和科技發展的聯系，反映當代科技發展的重要成果和科學思想，同時關注物理學的技術應用所帶來的社會問題，培養學生的社會參與意識和社會責任感。4.重視學生的自主學習，提倡多樣化的教學方式。高中物理課程通過創設學生主動參與、樂于探究、善于實驗、勤于思考的學習環境，培養和發展學生的自主學習能力。通過多樣化的教學方式，引導學生認識物理學的本質，對自然有整體的認識，養成科學的思維習慣，增強科學探究能力和解決實際問題的能力，逐步形成科學態度和正確的價值觀。
基于以上四點，在物理教學中，應注重幫助學生提高探究能力、培養學習能力、發展思維品質；注重幫助學生體會物理文化背景，樹立科學的人生觀和價值觀。《高中物理史》作為高中教學的重要內容，蘊含著豐富的教學探究資源，是學生自主學習探究的最佳模板。充分利用物理史是學生主動感知物理探究過程、培養物理思維方法的理想通道。
2、是時代背景下學生自身發展的需要。
物理學核心素養是學生在接受物理學教育過程中逐步培養的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學學習內化的具有物理學特色的品質，是學生科學素養的關鍵組成部分。物理學核心素養主要由“物理概念”、“科學思維”、“科學探究”和“科學態度與責任”四個要素構成。物理發現史教學是當前物理學教學的薄弱環節，這部分教學內容往往被教師忽視，相應的教學方法和策略也相對缺乏。針對“核心素養”對學生發展的要求，我們計劃通過對這一薄弱環節進行系統研究，結合教學實踐，形成相應的教學策略。通過創設情景、提出問題、組織活動、總結提高等教學環節，讓學生體驗科學家探索的主要過程，體會科學家的研究思路與方法，了解科學發現的過程和科學家的探索精神，實現科學發現史的探究式教學，促進學生核心素養的提高。
2. 需要解決的主要問題
1.在當前“應試教育”的社會背景下，如何解決“物理學史”課堂教學的功利主義問題
由于長期受“應試教育”理念的影響，許多物理教學活動的重心發生了偏差，指向學生的解題能力或應試技巧。學生把物理學習與探究當成答對考試題目的目的，而不是獲取知識、提高能力、發展思維、體驗文化、獲得樂趣。因此，作為物理的精華，物理學生的物理思維方法、思維邏輯自然被忽視，或只是在學習負擔輕的時候讓學生看一看，流于形式，沒有形成科學、規范、合理的學習探究模式。在新課程理念的引領下，教師應更新教育觀念，正確引導，讓學生自主探究，使學生以積極主動、積極探索的態度參與到物理學史的探究過程中。
2.基于物理“核心素養”的教學要求，探索“物理史背景下高中物理課堂探究式教學”的策略
科學發現史是一幅理論與實驗交叉、失敗與成功并存、邏輯思維與非邏輯思維并存的多彩畫卷。這一部分的探索與“實驗探索”和“理論探索”相比，既有相似之處高中物理學史常識，又有其特殊性。
教育理論與教學實踐表明，學生的認識過程符合“重演論”。科學史記載了重大物理實驗和理論的發生、發展，描述了有影響的物理學家的思維過程。學生只有“親身經歷”科學的發展，才能透徹掌握物理知識和科學方法。同時，科學史再現了科學家克服各種阻礙和困難、與傳統觀念作斗爭的過程留學之路，有利于培養學生形成正確的人生觀、世界觀和科學觀。
“物理學史情境下的高中物理課堂探究教學”的主要探究策略體現在以下四種探究方式:(1)物理學史情境下的完全探究教學模式;(2)學前自主學習與物理課堂滲透相結合的教學模式;(3)專題講座模式;(4)指導學生開展物理學史研究性學習項目。
3.通過“物理史背景下的高中物理課堂探究教學”的研究，探索科學發現史與物理探究教學融合的課堂突破口。
“科學發現史與物理探究教學的融合”的重點是讓學生從物理學的角度進行探究學習。借鑒國內相關學者的研究，構建了以下基本環節：創設情境→提出問題→組織活動→總結改進。主要環節的目標如下：
（1）創設情境
在教學中，我們利用多媒體等形式再現科學發現的歷史，或用模擬動畫呈現一些不易理解的重要理論，為科學史的學習創設探究情境。將學生帶入歷史探究事件中，引導學生思考當時人們對科學的認識和實驗條件，讓他們站在歷史和科學家的角度，建構特定時代的學習情境，為學生的探究活動奠定基礎。
（2）提出問題
科學探究的第一要素是提出問題。那么，在科學史教學中，如何提出有效的問題呢？首先，重要理論和實驗的出現是歷史發展中的必然，分析這種必然性以及理論和實驗的科學性的過程，其實就是一個非常可行的科學探究過程。在探究過程中，科學猜想是最活躍的因素。教師應充分利用史料，創設探究教學的問題情境，鼓勵學生大膽猜測和分析，體驗科學家探究的過程，建構科學的研究方法；同時，引導學生思考：科學家是如何思考的？他們遇到了哪些困難？這些困難是如何克服的？探究實驗是如何設計的？
（三）組織活動
組織學生活動主要是為了幫助學生解決題目的細節和難點，獲得豐富的情感體驗，體會科學的思維方法，領悟科學的本質。科學發現之路曲折，涉及的問題錯綜復雜，全面開展探究式教學是不可能的。選取科學發現中的幾個關鍵點，模仿科學家的思維方法進行實驗設計和邏輯推理，探究科學家不成功的實驗和成功的經驗；分析他們失敗的原因和成功的秘訣。引導學生了解科學家的科學思想、科學信念和科學態度，鼓勵學生深入思考，體驗科學發現過程，領悟科學的思維方法和本質，從而啟發學生形成正確的科學觀。
（4）總結與改進
學生通過問題思考、實驗探索、對實驗數據的分析處理等，產生自己的思考和結論，或產生疑惑。通過展示與交流，展示學生探索過程中的思考和想法，即學生的思考產物和實驗結果。通過黑板講解、投影展示等形式呈現不同的想法，目的是讓學生真實的思考過程和探索過程暴露無遺，營造一個相互學習的“交流場”。通過自評與互評，學生產生新一輪的思考，從而獲得新知識，得出恰當的結論，提煉概念和規律，從中感受到科學發現的魅力，體會到科學態度和人文價值觀。
2. 同領域研究現狀及價值
1. 當前同一領域的研究現狀
1. 高中教學中同類研究的現狀
問題式課堂教學研究是一個比較成熟的課題，也是我校在“十一五”期間研究的課題。物理學史的研究也是近年來物理課堂教學過程中的一個敏感話題。國內外都有一些研究，但他們的研究主要集中在教師對物理學史的研究和講解、學生興趣的培養，有的著眼于培養學生的人文精神和愛國主義情懷。但這些目標都主要體現在閱讀理解上，有的最多是通過播放動畫視頻、展示PPT圖片來完成。從以上不難看出，國內外的研究還局限于一些碩士論文，這些研究的持續時間比較短，大部分研究主要是對某一地區學校開展的課外學習活動的案例研究。這些研究揭示了國內學校開展物理學史活動的一些現狀和問題，但實質性的研究和深入的探索過程卻很少。
物理學史背景下的科學探究是引導學生發現問題、提出問題、進行科學設計并最終生成探究的新課題。我們的研究領域為：（1）穿越物理學的時空，研究物理學史。（2）創設情境和氛圍，在課堂中營造物理學史背景下學生發現問題的空間。（3）師生互動，生成有效問題。提出科學探究的研究方案。（4）對探究的結論進行檢驗和推廣。
（二）本課題的研究價值
物理學發展史是一幅理論與實驗交叉、失敗與成功并存、邏輯思維與非邏輯思維運用的多彩畫卷，是一部跌宕起伏、曲折離奇的英雄樂章。物理學家們的人生故事、高尚情操、成功與挫折、智慧與幽默、分歧與爭論、物理思想方法的演變、物理發展跳動的脈搏，都能調動學生的情緒，激起他們強烈的好奇心和進取的激情，激發濃厚的興趣和積極的思考。可見，物理學史不僅包含著物理科學知識，還蘊含著偉大的智慧；它融合了許多精神和文化。這些精神文化思想方法，不僅對物理學本身具有寶貴的價值，而且有力地推動了整個自然科學乃至社會科學的發展，成為人類的共同財富。因此，物理學史的學科特性決定了它具有豐富的教育因素。物理學的一件大事，其實就是凝固的歷史文化積淀。高中物理史背景下的科學探索，不僅能激發學生的好奇心，而且在學生知識與技能形成過程中，對過程、方法、情感、態度、價值觀等核心素養的建構起著不可或缺的作用。
三、主要觀點與創新點
（一）要點：
（1）高中生的邏輯思維、創新思維能力已經發展到一定水平，發掘有效資源的條件較好。作為重要課程資源之一的“高中物理史”，我們的研究不應僅僅停留在學習、學習物理學史的階段，而應在課堂教學中充分利用物理學史資源，為學生創設發現、分析、探究、總結的情境；找出物理學史中最有效資源的應用規律，并就如何利用物理學史激發未來產生更多有效資源提供相關策略；讓這些物理學史資源在應用中發揮其有效作用，形成相關的應用策略。
（2）通過基于問題導向的物理學史課堂教學實踐研究，可以讓更多的教師成為物理課堂教學的研究者，激發學生在物理學史情境下參與課堂教學，豐富物理課程資源，實現物理教學理念和實踐的根本性轉變，使師生通過共同研究、共同創造，實現共贏。
（二）可能的創新
（1）目前學者對于物理學史教學的研究主要停留在發展層面，因此在普通高中物理課堂教學中，嘗試在物理學史背景下拓展和應用問題導向教學策略，本身就是一種創新。
（2）本課題的研究不僅體現在課堂教學實踐的轉型，更體現在教學觀念的轉型，讓教師在探討的過程中真正成為物理史探究教學的研究者，讓學生在學習實踐中真正成為歷史經典探究的核心。
（3）從本課題的研究領域來看，研究重點不在于課堂教學組織形式的革新，而在于在課堂中創設物理史情境，引導學生實現對物理學史上經典發現的重新探索、重新發現、重新思考的實踐過程，引導教師完成新舊交替、旭日東升而不停滯的自然發展規律，這一過程將進一步促進教師的專業成長，更加注重學生核心素養的培養。
四、概念界定及支撐理論
1. 概念定義
1. 物理學史
物理學史是人類對自然界各種物理現象的認識歷史，研究物理學發生、發展的規律，闡明物理學基本概念、規律和理論體系的孕育、生成和發展的辯證過程。
2. 高中物理歷史背景
高中物理史以《伽利略論自由落體運動》、《萬有引力定律》、《劃時代的發現》等篇章為中心，要求學生在教師的引導下“還原”歷史、“穿越”時空、追溯“大師”的思維、思辨物理學家的方法。教學中要充分利用物理史料，有意識地創設當年的歷史情境，營造探索的氛圍。課上師生順著歷史本身的線索，從起點走到終點，理解歷史并努力還原歷史真相，了解當時世界上發生的各種重要事件及其之間的聯系，了解當時人類掌握的科學知識水平，以及當時哲學家、科學家的知識地位和見解。
3.高中物理史背景下的問題式教學
高中物理史情境下的問題式教學，就是以高中物理史情境為背景，建構歷史情景，讓學生在教師的引導下發現問題、提出并篩選有效問題，進而進行科學探究；在物理情境下的探究過程中，要特別注重過程方法、情感態度等標志性內容。通過上述過程，目標是將一個幾乎已成“紙上談兵”的歷史“痕跡”變成一個易于操作、有效的“必做”實驗。該類實驗結合事實與邏輯推理，凸顯科學方法；抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，真正承擔起高中物理教學中培養核心素養的任務。
4. 物理情境與問題式教學的關系
從教學情境與課堂問題生成的關系上看，前者是為了更好地促進后者，物理情境構建的價值取向是為課堂問題生成提供最佳途徑和最大可能性，本課題的目標是實現物理史情境構建的最優化和問題生成的最大化。
2. 理論支持
1.學科教育理論。
把學生作為教育的主體，在教育教學過程中落實學生的主體地位，培養學生的主體性，是素質教育的要求，也是未來社會發展的要求。主體性的特點是選擇性、自主性、能動性和創新性。這是教育者努力的方向，而創新性的培養，首先要了解物理學的發展過程，然后才能實現創新。
2.教學優化理論。
巴班斯基認為，實現優化教學的目標，需要分析學生情況和教學任務，明確教學內容，選擇科學的教學方法與途徑，制定教學進度，測量和分析教學結果等。實現優化的關鍵是：第一，分析教材中主要的、本質的東西，確保學生能夠掌握這些內容；第二，選擇能夠有效掌握內容和完成學習任務的教學方法與途徑，進行差異化教學。
五、研究目標與內容
1. 研究目標
1、通過研究，提升教師自身的教學智慧，轉變教學觀念，改變課堂形態。在教學實踐研究中，增強教師的服務意識和生成意識，提高教師的預設和把控能力，讓教師成為學生聲音的傾聽者和對話者、課程資源的開發者和使用者，讓教師的課堂教學更加智慧，真正成為學生發展的引導者和推動者。
2、通過研究，讓學生真正成為學習的主人，通過教師的引導，使課堂有效、動態地生成，豐富我們的課程資源，讓學生在生成性課堂中活躍起來，促進學生全面、優化發展，從而提高學生的思維品質和生成性創新能力。
3.通過研究項目，從成功案例中積極探索課堂教學中開發和運用生成性資源的策略，提高教師應對生成性資源的能力。同時，鼓勵教師回歸研究狀態，研究教材、研究學生，促進教師學習相關理論，從而實現教學觀念和教學實踐的根本性轉變。
2. 研究內容
1.高中物理史研究及構建物理史情境的發展策略
對高中物理教材進行全面分析整合，確定重點建設的核心章節，形成校本教材。
2. 物理史背景下高中物理課堂科學探究過程策略研究
開展物理史資源開發策略與高中物理課堂物理史探究策略的研究與制定,將使研究成果盡可能的系統化、操作性和有效性。
3.子主題設計
子課題1：高中物理教材中科學發現史與物理探究教學資源整合策略研究
在整合資源的時候，一定要有針對性，初步計劃整合下面關于物理學史的內容。
（1）發現物理定律的過程
（2）物理學家傳記
（3）物理學各個學派和假說之間的爭論
子課題2：基于高中物理科學發現史的課程形式與物理探究教學融合研究
主要研究方法為：（1）物理學史背景下的完全研究型教學模式。（2）學前自主學習與物理課堂滲透相結合的教學模式。（3）專題講座模式。（4）指導學生開展物理學史研究型學習項目。
子專題三：基于高中物理科學發現史與物理探究教學融合的問題情境創設研究
嘗試從以下三個方面進行創設：（1）情境創設來源于學生的文化生活和學生的認知世界；（2）情境創設遵循社會史、科學史和物理史發展的歷史背景；（3）情境創設在科學進步與技術創新的發展聯系中進行創新。
六、研究思路、方法及實施步驟
1.研究思路
1.對項目組成員進行培訓，學習相關教育理論。認真閱讀物理學核心素養研究論文和資料，認真閱讀國內外泛讀理論資料。加深對物理學史的理解，加深對物理學史所蘊含的核心素養重要性的認識。
2、以劉煥琪老師為核心的物理工作坊以沙龍形式展開討論，認真閱讀《高中物理史》中的歷史經典，探討如何引導學生對科學史進行深入研究。例如，如何讓學生學會自主閱讀書籍，如何挖掘出物理學史上的重大發現；如何讓學生了解和熟悉學校的物理教學實驗設施；如何讓學生掌握科學研究的基本流程等。
3.進行校內調查研究，通過研究性學習，了解學生課外活動的現狀、對物理學史的興趣等。
4.在各層次教學與討論的基礎上，在自主學習理論的指導下，開發物理學史實驗發現、實驗設計、實驗探索、情境創設等相關主題的專題、學生研究案例研究和專著。
2.研究方法
1.文獻研究法：查閱國內外相關研究成果和文獻，以及支撐本課題的理論知識。為“問題導向教學資源”、“物理學史”、“構建物理學史情境”等研究尋找理論支撐和依據高中物理學史常識，從而進一步指導研究實踐。對物理學史情境下教學的相關理論和研究情況進行調查分析，并從不同維度進行整理、歸納和總結。
2、問卷調查法：利用問卷對學生進行現狀調查，了解他們目前在物理學習、興趣愛好、探究等方面存在的問題和困難；用問卷調查學生物理史學習與探究活動的實際變化。
3.行動研究法：是指從實際工作需要出發，尋找課題，在實際工作過程中，有實際工作者和研究者參與，使研究成果為實際工作者所理解、掌握和付諸實施，以達到解決實際問題、改善社會行為的目的。在研讀研究文獻和調查分析的基礎上，結合研究實踐中的問題，不斷實踐、總結、反思，提煉操作經驗，以獲得更為系統、成熟的理性認識和具有生成性資源的校本教材。
4.案例研究法：（1）本項目采用案例研究的方式，通過對具體物理史情境中的教學課件的研究，探索自主學習與自主探究活動的實施模式。（2）本項目采用案例研究的方式，通過每個學生的課堂探究過程，建立學生個人學習檔案，并對一些典型案例進行綜合考察與分析，揭示出一定的規律與本質，為研究項目提供必要的支撐材料。
（三）實施步驟
1.準備階段（2016年5月-2016年7月）
查閱相關文獻，研究“問題式教學”、“物理學史”、“高中物理史”、“發展與應用策略研究”等相關理論，了解國內同一研究領域的現狀，確定具體研究內容的框架；組建子項目組并明確分工與職責；制定項目研究實施方案及開題報告；完成項目申請工作。
2.實施階段（2016年9月-2019年7月）
①啟動課題研究階段，進一步細化各子課題研究計劃；
②完成物理課堂生成教學的現狀研究，形成調查報告，明確實踐研究的切入點和相關策略；
③開始制定實施意見和評估計劃，以“基于物理歷史的背景下的高中物理教室中基于問題的教學的策略進行研究”。
④在此主題的研究過程中收集和積累教學實踐的案例材料；
⑤執行中期報告，根據自及其意見和專家意見修改研究實施計劃，并在后期對研究重點進行深入研究。
3.成就摘要階段（2019年9月至2020年2月）
匯編研究結果；
VII。
1.研究成員
Liu 是該項目的主持人。 ICS教學培訓的講師團隊是“人物教育出版社”，江蘇省特殊教師預備役班的學生，蘇州市著名的教師社區的成員。他是江蘇省陶坎（ City）高級研究課程的第一階段的學生，該階段是對“第十五年計劃”的關鍵項目的指導，負責“指導性學習案例”的“指導性學習案例”的撰寫基于學生思維的發展。在過去的五年中，他在“中國優秀的教學案例”的全國評估中獲得了二等獎，以及江蘇省的出色課程在“一位老師，一位出色的”課程評估中。已在省級雜志上發表了十多個論文，并在核心期刊上發表了三篇論文。
小謊言是研究項目的核心成員。
Zhao 研究項目的核心成員，江蘇·陶坎高中的高級物理老師，江蘇省陶康市物理學科的負責人，江蘇省江蘇省高中物理工作室的成員。
Lu Wei的研究項目的核心成員是江蘇省高中的高級物理老師，蘇州市的一位出色的班級老師，也是江蘇省 City的物理主題領導者。
2.研究基礎
我們的學生是江蘇省的四星級高中。我們的研究材料，我們的研究將又可以促進課外活動和物理利益群體的平穩發展。
3.研究支持條件
1.組織管理保證
市政教育局的統一領導和高度關注，相關領導者和專家的護理和指導以及學校領導者的大力支持為研究項目創造了良好的外部條件。
2.研究資金保證
該項目啟動后，教育局和學校將完全保證研究資金。
3.研究數據保護
我們的學校有足夠的書籍，教師的個人計算機滲透率很高，所有辦公室都可以訪問寬帶互聯網。
8.項目結果的形式
成就名稱
結果
完成時間
臨時結果（限制為5個項目）
該項目的研究計劃“基于物理史的背景基于高中物理教室中基于問題教學的策略的研究”
學習計劃
2016.08
在物理歷史的背景下，有關高中物理教室中基于問題的教學的調查報告
調查報告
2016.10
關于在物理史上關于高中物理教室中基于問題教學的調查報告的開發和應用的案例研究
案例研究
2017.08
中期報告
研究報告
2017.12
最終結果（限制為3個項目）
在物理歷史的背景下，高中物理教室中基于問題的教學的相關論文
紙
2018.06
關于“基于物理歷史背景的高中物理課程中基于問題的教學策略的研究的最終報告”
研究報告
2019.06
調查報告和基于物理歷史背景的高中物理教室中基于問題的教學的出色案例研究
案例收集紙
2019.06