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1、1教育研究课题教育研究课题工科物理研究性教学的设计与实践工科物理研究性教学的设计与实践研究报告研究报告20 课题概述课题概述0 0.1 1 研究背景和问题研究背景和问题0 0.1 1.1 1 背景背景20 世纪 80 年代以来，以研究性学习为切入点重构基础教育课程体系成为世界各国课程改革和教学改革的突出特点。世界各国的课程改革都把学习方式的转变视为重要内容，纷纷倡导“适度发挥学生创造力”、“自主研究”与“综合学习”等活动。例如，1996 年法国开始在大学校预备班开设“适度发挥学生创造力”（Travaux dinitiative personnellle encadres 简称 TIPE）课程1
2、。大学校预备班属于法国高中后教育，是法国培养高层次管理、科技、工程师人才的摇篮。TIPE 课程被规定为全体学生的必修课，占学年总课时的 10。学生 23 人组成一个小组，在教师的指导下，要求对学科已有成果进行批判性的研究，鼓励学生介入学科前沿，强调学生的批判精神创新能力以及独立分析问题和解决问题的能力。由于大学校预备班的教师素质一流，队伍整齐，加上学生人数较少，指导十分到位，因此 TIPE 课程的开设获得了巨大的成功。美国的劳伦斯中学，从 1985 年开始一直为 7 年级的学生开设一门“自主研究”课程，该课程要求学生在教师的帮助下独立从事某项课题研究。研究要求学生必须自己提出问题，确定研究课题
3、，设计研究方案，收集、整理、分析资料，撰写研究报告。研究性学习在日本被称为综合学习2，始于 20 世纪 50 年代，20 世纪90 年代在日本中小学中非常盛行。为全面推行研究性学习和把研究性学习法治化，日本文部省首次把综合学习写进了将从 2002 年起实施的新的小学、初中课程方案中3。“综合学习”的设置被认为是日本即将推行的新课程最突出的特色之一。香港特别行政区在 2000 年 9 月颁布的香港教育制度改革建议中，将“专题研习”列为课程改革的四个关键项目之一。我国台湾即将推行的新课程非常强调学习方式的转变，如作为台湾整个新课程体系之灵魂的“十大能力”的第九条规定：“激发主动探索和研究的精神”，
4、第十条规定：“培养独立思考与解决问题的能力”。我国基础教育经过几年的“研究性学习”实验后，于 2001 年 4 月，教育部下发了普通高中研究性学习指南(试行)，把“研究性学习”课程作为重要内容列入普通高中综合实践活动板块。“研究性学习”课程作为一个独具特色1研究性学习在法国，人教网课程教育栏目，主页课程研究课程理论专题研究“研究性学习“在法国2研究性学习在日本，人教网课程教育栏目，主页课程研究课程理论专题研究“研究性学习“在日本3摘自 中国教育报2002 年 3 月 14 日第 4 版3的课程领域，首次成为我国基础教育课程体系的有机构成，被公认为我国当前课程改革的一大亮点。2002 年 12
5、月，教育部在西安交通大学召开的全国高等理工科教育改革经验交流会上周济副部长提出：高等理工科教育要积极推行研究性教学，把研究性教学作为高等理工科下一步教育改革的重要内容。这一举措顺应了世界课程改革的发展趋势。0 0.1 1.2 2 问题问题虽然，研究性学习在我国基础教育改革中正在如火如荼的展开，但是如何把在研究性学习课程中的研究性教学方式和学习方式延伸到物理学科教学，甚至延伸到物理课堂教学在国内还是一个薄弱的研究领域。教育部在普通高中“研究性学习实施指南(试行)也提到：“当前,受传统学科教学目标、内容、时间和教学方式的局限,在学科教学中普遍地实施研究性学习尚有一定的困难” 。这主要针对我国目前普
6、通高中实际情况而言的。但在国外，如美国、英国、日本等，研究性教与学的方式已在科学教育的课堂上普遍运用4。对大学来说，虽然在许多专业课中有课程设计、毕业设计、毕业论文等研究性教学的内容。但是，在学科教学中，特别是工科普通物理教学中开展研究性教学则是凤毛麟角，物理学科教学中研究性教学的理论和实践都不成熟。因此，学科教学中研究性教学的理论和实践研究成为推广和开展研究性教学的攻坚战，这对新时代的每位教师来说，既是挑战又是机遇。本课题试图将研究性教与学的方式引入到高等工科普通物理学科教学之中，并以建构工科物理能量知识结构为研究性教学的主题，探索物理学科教学中研究性教学设计和实践的规律。0 0.2 2 研
7、究的目的和意义研究的目的和意义0.2.10.2.1 研究的目的研究的目的我们通过对研究问题的筛选、分类把研究性教学教与学的方式引入到课堂教学之中，并使课堂与课外研究性教学有机地结合起来；通过能量知识结构的意义建构把建构主义的课堂教学设计理论与研究性教学的教学设计结合起来，探索研究性教学的教学设计理论；通过问题情境的设计把研究性教学的内容和方法结合起来；通过建构知识结构为主题的研究性教学把知识的掌握和创新能力的培养结合起来。从而实现研究性教学教与学的方式向物理学科教学的顺利引入，充分发挥学科教学作为开展和进行研究性教学主战场的作用，实现学科4钟启泉等主编， 为了中华民族的复兴 为了每位学生的发展
8、 基础教育课程改革纲要（试行） 解读 ，华东师范大学出版社，2001 年 8 月第一版，第 36-39 页4教学中教与学方式的根本转变，让学生的学习方式产生实质性的变化，培养适应知识经济时代要求的创新人才。0.2.20.2.2 研究的意义研究的意义如上所述，在工科普通物理教学中开展研究性教学的理论和实践都不成熟。但是我们认为，在大学的学科教学中开展研究性教学，无论从学生的认知水平和师资水平，还是开展研究性教学的其它条件比高中更加成熟，在学科教学中开展研究性教学是完全可能的。该课题的研究将为工科普通物理教学中研究性教学的设计理论增砖添瓦。另外，在工科物理学科教学中开展和进行研究性教学是信息化社会
9、对工科物理教学的要求，建构工科物理能量知识结构的研究性教学设计与实践是以建立一种以能量为主线的知识结构为载体进行研究性教学设计的探索和教学实践。它有利于培养学生从实际出发、实事求是的科学态度和科学精神；有利于培养学生养成科学的思想方法、正确的对科学和道德等方面的评价能力；有利于发展学生对社会的责任心和使命感，发展学生关注社会的现实与未来的人文精神。培养学生学会合作，发展学生在学习生活和社会生活中乐于合作、善于合作的团队精神。培养学生通过主动探究的实践活动，获取亲自参与研究探索的积极情感体验，培养学生主动求知、乐于探究的心理品质和勇于创新的精神。促进学生通过研究性教学，掌握基本的科学研究方法，提
10、高综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力，培养学生在开放性环境中获取、收集、处理信息的能力，包括发现问题的能力、提高问题的能力、提出解决问题的设想的能力、收集资料和分析资料的能力、表述思想和交流成果的能力等。这些正是实施素质教育所要求的目标，它有利于大面积提高大学物理教学质量，其设计方案对于师生在工科物理学科教学中开展和进行研究性教学具有重要的指导意义，也为进一步推进素质教育积累经验和提供借鉴。0.30.3 研究方法和途径研究方法和途径通过文献研究“研究性教学”的含义、特征、和建构主义课堂教学设计理论，把“研究性教学”的理论迁移到工科物理学科教学中，把课堂教学设计理论迁移到“研究性教学”的教
11、学设计之中，探讨工科物理学科教学中的“研究性教学” 和“研究性教学”的教学设计的规律。通过文献、访谈、观察、调查研究一套 以建构工科物理能量知识结构为主题的“研究性教学”的教学设计方案。通过观察、实验对设计方案进行实践，探索实践中的组织形式、指导策略等实践策略。通过调查、访谈总结研究性教学的评价方案，编制调查问卷，检5验设计方案。0.40.4 课题研究的基本框架课题研究的基本框架本课题从理论、设计方案、实践三个层面进行了研究。从理论层面上分析课题研究的理念、探讨工科物理学科研究性教学和教学设计的理论。从设计方案层面对建构工科物理能量知识结构为主题的大学物理研究性教学的目标、方法、选题、评价、实
12、施过程、计划和方案等方面进行设计。在实践层面上进行教学实验并验证其有效性。课题研究的基本框架如下图所示。研究框架方案理论实践研究性学习教学设计物理教学研究性学习目标问题实施评价结论6第第 1 1 章章 物理学科教学中的研究性教学物理学科教学中的研究性教学1.11.1 什么是物理学科教学中的研究性教学什么是物理学科教学中的研究性教学对研究性教学含义的理解有广义和狭义两种。广义的理解，它泛指学生主动探究的学习活动，它是指一种学习的理念、策略、方法，适用于学生所有学科的学习5。它强调每一位学生都应形成主动探究式的学习态度，摒弃我们现在被动接受、机械训练、死记硬背、简单重复的学习方式、培养创新意识、创
13、新精神和创新能力。这种思想应该贯穿在所有的学习活动之中，让学生自己去观察、分析和判断，用自己的语言去表达，从而成为具有创造性和独立个性的新时代大学生。狭义的理解，是在教学过程中，以问题为载体，学生在教师指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。教育部印发的 20016 号文件普通高中研究性教学实施指南（试行） 中采用的是狭义上的“研究性教学”概念。根据美国国家科学教育标准中对研究的定义是：“研究是多层面的活动，包括观察；提出问题；通过游览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论，制定调查研究计划；根据实验证据对已有的结论作
14、出评价；用工具收集、分析、解释数据；提出解答、解释和预测；以及交流结果。研究要求确定假设，进行批判的和逻辑的思考，并且考虑其他可以替代的解释6。在美国国家科学教育标准中，研究有几种用法：1科学研究。 “科学研究指的是科学家研究自然界，根据研究中发现的证据提出解释的多样化的方式。2基于研究的教学以研究为本的教学。 “对产生于学生的经验的真实问题的研究是科学教学的核心策略” 。研究可以用于以下内容：（l）物理，生活，地球空间科学的学科内容；（2）科学事业的性质（例如关于科学研究的性质） ；（3）进行科学研究所要求的能力。3以研究为本的学习。在美国国家科学教育标准中，研究也指学习过程。它是一种积极的
15、学习过程“学生去做的事，而不是为他们做好的事7”（something that students tonot something that is done to them ） 。从美国国家科学教育标准中研究一词的用法可以看出，研究一词有多重含义，第一，是科学5霍益萍主编，研究性学习试验与探索，广西教育出版社，2002.10，第 10 页6陆璄，研究性学习及基本特征， 上海教育研究1999， （2） ，第 26 页7 美 国家研究理事会著：美国国家科学教育标准 ，科学技术文献出版社 1999 年版7家们用来研究自然界的各种方式；第二，是指一种培养学生科学研究能力教学策略；第三，是指学生构建知识、
16、形成科学观念、领悟科学研究方法的学习过程。我们认为，在学科教学中研究性教学的“研究” 主要是后两种含义，即对教师来说，它是一种教学策略，对学生来说，它是一种学习方式。但也不能忽略它是学生仿照科学家进行科学研究的特点。虽然由于学生认知水平的限制，学生的“研究”不可能达到科学家的研究水平，但是我们不能否认这种方式对于学生将来进行科学研究所要求的能力的培养。笔者认为，物理学科教学中的研究性教学应贯穿在物理教学的课堂内外，它既是一种教育理念和教学策略，也是一种学生的学习方式。根据建构主义的教学思想和美国国家科学教育标准中关于研究性教学的定义，物理学科教学中的研究性教学是指在教师指导下，在教学过程中创设一种类似科学研究的情境或途径，从自然、学习、及社会生活中去选择和确定与物理学科相关的研究问题问题，用类似科学研究的方式，提出假设，进行批判的和逻辑的思考，主动地对信息进行收集（实证实证），通过观察、或实验、或分析、或判断做出结论和检验（解解释释），并对结论作出评评价价和交流交流。从而在掌握物理科学内
