开题报告 山区学生构建物理概念与规律的策略研究

《山区学生构建物理概念与规律的策略研究》开题报告

彭阳三中 张万余

一、课题研究的背景

1、新课程改革

新课程标准指出“物理科学是一门实验科学，在义务教育阶段应让学生通过观察、操作、体验等方式，经历科学探究过程，逐步学习物理规律，构建物理概念，学习科学方法，逐步树立科学的世界观。”我国新一轮基础教育课程改革倡导“探究式”学习，要重视学生在接受正式的教学之前，在与环境和他人的相互作用过程中积累起来的日常经验，要在学生已有知识和经验的基础上来促进学生概念的转变和进一步的学习。

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新课程背景下，学生构建物理概念与规律的课堂教学是在教师的启发引导下，学生主动参与、乐于探究、勤于动手的自主学习，倡导培养学生搜集信息和处理信息的能力、分析问题和解决问题的能力以及交流与合作的能力。新课改七年来的课堂教学中，我们老师力求以建立学生自主学习方式为着眼点，突出学生作为课堂主体的地位，引导学生积极主动地学习，传授知识和技能与培养能力和创新意识并重，以学生发展为本，“把课堂还给学生”，但效果往往不是十分满意，留给学生的机会越多，完不成教学任务的几率就越高。通过调研和反思我们认识到，产生这种现象的原因表现在三个方面：

一是学生方面，近几年，由于区市四所重点中学的层层选拔，造成县级高中生源质量严重下降。学生的智力因素较低，语文和数学基础比较薄弱，因此对物理课本中的语句缺乏必要的理解能力，读完一句话后把握不住要点，对关键词语的含义的理解似是而非；学生的空间想象能力和逻辑思维能力在初中都没有得到很好的训练，导致在分析问题时难以明白物体的运动路径或物理量随空间位置的变化规律，搞不清楚物理量之间的因果关系，推理物理规律时缺乏逻辑性；学生在初中形成了很多难以适应高中物理教学要求的学习习惯，比如说，经常死记硬背而不深入思考，不预习教材，缺乏科普类的课外阅读等等。

二是教材方面，高中物理教材重视理论上的分析推导，定量研究较多，数学工具的应用明显比初中有所提高，常用到函数、图像、求极值、解析几何等数学知识。这些工具本身就使得学生感到抽象难懂，加之有些内容数学教学进度跟不上物理教学的需要，学科知识不能衔接等等， 1

全日制义务教育《物理课程标准(实验稿)》．北京：北京师范大学出版社，2003，9 1

给学生数学工具的运用带来了极大的困难；新课程改革要求探究、深入思考的内容较多，而这些要求探究、深入思考的内容的成功实施需要学生具有扎实的学习基础。

三是教师方面，高中的教学进度快，课堂教学密度大，教师过多地顾及了每节课是否能够完成应有的教学内容，而很少去考虑所使用的教学方法及策略能否促成学生学习效果的有效提高，日常教学工作的繁忙也使得教师没有足够的时间去反思自己的教学策略是否适应学生。

这就要求我们重新审视教材，充分利用身边的教学资源，改善教学策略，通过教师间相互探讨与交流，把学生的接受能力、理解能力、探究能力与教材完美的结合起来，降低教学难度，提高教学效果。物理概念与规律的教学是物理教学的核心，物理概念教学的效果直接关系到学生对相关基础知识的认知程度，物理规律教学效果直接关系到学生解决物理问题的能力。学生的智力因素是较难提高的，如果教师下功夫对教材进行深入的研究，结合学生的实际水平，适当为学生铺设获取知识的阶梯，降低概念、规律的教学难度，使学生感到物理知识容易接受，就能激发他们的学习热情，提高他们的学习兴趣和学习效果。因此，对引导学生构建物理概念与规律的策略进行深入的研究是非常有必要的。

2、调查分析

通过平时的观察、访谈已经发现，我们山区学生在构建物理概念与规律的学习上存在问题，对于概念和规律的正确理解现在已经是中学生认为物理难学的重要原因。在课题正式开题之前，首先需要了解我们山区中学的物理必修模块教学现状及其学习现状并将其作为依据，以便更有效地找出存在的问题。为了进一步论证本课题的可行性，我们又对彭阳三中2009级和2010级的部分学生和全校物理教师进行了调研。其中问卷的题目设计主要是根据我校实际，同时参考网络上一些有关调查并通过与我校多名物理教师讨论，最终确定了《物理必修模块山区教学现状调查问卷》、《物理必修模块山区学生学习现状调查问卷》，以期对今后的物理教学策略的制定提供依据。

其中的知识问卷“牛顿力学基本概念测试”，我们采用美国亚利桑那州David Hestenes开发的考察学生力学基本概念学习困难的测试卷，简称FCI（Force Concept Inventory），该测试卷由30道单项选择题构成，其中每小题包括5个备选项共计150个选项。从测试题中看出这些选项是从大量问卷调查中提炼出来的学生最常见的前科学概念，涵盖了牛顿力学中的基本概念，也正是我们研究的必修模块的内容。本次调查共发放试卷260份，收回有效试卷254份，试卷回收率为97.7%，通过整理数据并与国内外相关文献对比，发现这些力学概念的理解困难具有普遍性。

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根据调查结果成绩分析，这次测试的平均分为17.11分，比笔者在银川某些高中调查的平均分18.67分略低些。在具体的题目设计的内容中，我们发现在以下几个方面掌握的普遍不好，具体有：受力分析（运动方向上受力、力的瞬时性）；力和速度的关系；力和运动的关系（有力存在物体才受力）；速度和加速度的关系；速度的合成；平抛运动。

为了改变以往多根据宏观经验和理论推导制定物理实际教学策略的状况，我们做了“物理必修模块山区学生学习现状调查”。本问卷主要从以下几个方面进行调查：学生主观因素（心理、兴趣、动机、自信度等），对应问卷中的2、3、4、5、6题；学习方法（自学及努力程度、学习习惯），对应问卷中的7—24题；适应的教学方法，对应问卷中的22题；物理学习困难的原因及具体体现等，对应问卷中的多项选择题。

根据调查的结果我们分析发现百分之七十的学生认为目前的物理学习状况是“困难”，从对物理的学习兴趣分析来看百分之七十的学生对物理存在兴趣，仅仅有百分之三十的学生对物理兴趣一般和不感兴趣，百分之九十的学生都选择喜欢做物理实验，但是由于条件限制我们学校一学期只能带学生到实验室去做一两次实验，这在很大程度上影响着学生对物理的兴趣和探究心理。在调查对物理抱有的学习态度上，数据显示百分之六十的学生相信能学好物理，百分之十的学生怀疑自己的能力抱着试试看的态度进行学习。在学习习惯的调查中我们发现大多数同学不能有一个良好的物理学习习惯，积极学习物理知识的仅占百分之三十，根本没有兴趣，无奈被逼要学物理的比例达到百分之四十二，上物理课之前能预习的仅仅占百分之八。上课没听懂，百分之二十六点七的学生选择“有时间就问老师，没时间就算了”。课下能经常自己系统总结学习内容的同学仅占百分之三 。老师布置的作业百分之三十的学生选择“看参考答案或拿同学的作业抄一遍”。课下花在物理学习上的时间百分之三十二的学生选择“半小时或更少”。在调查喜欢的教学方法上喜欢“讲授演示法”的占百分之五十三，喜欢“提问法”的占十二，喜欢“讨论法”的占百分之三十，喜欢“自学辅导法”的占百分之五。

在物理学习困难的原因分析上百分之八十八的学生选择“自己的主观努力不够”，百分之五十二的学生选择“物理学科本身太难”，百分之二十二的学生选择“自己智力不好”，百分之四十的学生认为“物理成绩不好没有成就感”，从这项分析我们看出以后学校的物理测试我们应该按照我们学校的学生实际情况进行出题，让大多数同学的物理成绩都能在及格线以上，从而提高他们的成就感。

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调查中发现百分之六十八的学生认为物理学习困难主要体现在“对物理概念不理解”，百分之八十五的学生认为“学过的公式容易记混写错误的公式”，百分之六十五的学生体现在“老师分析例题能听懂，自己做题就不行”，百分之二十三的选择“虽能读懂题目但是数学解题能力不行”，这里也折射了数学学科的基本运算能力对于物理学习的影响。其实后两项的公式记混写错误的公式与自己做题不行，究其原因也应该首先归结到自己对物理概念理解的不到位甚至理解的错误，很明显物理概念是学生认为自己物理学习困难的主要障碍。

同时我们推测山区孩子与城市孩子之间的综合素质存在着较大的差距，也可能是导致山区中学物理概念和规律掌握不好的原因之一。

二、 预设的研究目标和形式

1、组织教师问卷调查，统计筛选出基础较差的学生不易接受的教材知识点，明确教材中哪些地方学生容易在语言理解上产生困惑与障碍，哪些概念或规律需要教师在物理课堂上进行数学知识的补充，哪些概念或规律需要降低教学难度，确定用怎样的策略去教学才能使学生比较容易获取知识。

2、组织课题研究成员从专业杂志、报刊、网络上收集有关人教版物理教材内容探讨的论文，进行学习、讨论、交流，提高研究成员的专业素养，使研究具备一定的理论支持。

3、定期撰写教研论文，把各个阶段内的研究成果以论文的形式呈现出来。

4、根据课题组研究的策略，在两个平行班进行对比教学，定期进行测试并分析测试结果，验证课题研究形成的结论是否有效。

5、在分析测试结果之后，如果发现两平行班测试结果差距不大，需重新在组内开展讨论，搜寻理论支持加以辩论，形成新的教学策略，在下一届学生使用该教材时重新进行对比教学，验证该课题的结论是否可行，总结反思教学策略的应用情况，组内讨论形成更适合、更完善的教学策略，进行下一轮的教学，最终形成研究结果。

三、课题研究的思路及步骤

1、课题的准备阶段（2010年10月1日至2011年1月15日）

①成立有力的课题组织机构，由有关校领导指导管理，物理教研组全员参与。 ②全组成员根据自治区教育厅下发文件分析讨论，选择课题。

③填写课题立项申请报告书，申请立项。该项工作主要由张万余、任世功、刘风领、马海军

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四人完成。

④组内成员搜集整理个人积累的教学资料，以备立项后研究使用。 2、课题的实施阶段（2011年1月至2013年6月）

①（2011年1月）进行开题论证，学习并讨论课题实施方案，使参加课题研究的每一位教师搞清楚课题实施的具体方案，明确在所研究的课题中自己要承担的任务。

②（2011年1月）问卷、访谈阶段：在我校教师和高一、高二学生中分别进行问卷调查、座谈、访谈的方式确定学生不容易理解或学习有障碍的概念和规律的内容。

③（2011年2月）独立进行教学设计阶段：分解研究任务、实施课题研究，研究人员分为四个小组，每组三人，按组分工，各自查找资料，钻研教材，重新学习教师继续教育书目，就下学期高一年级学生所要学习的必修教材中含有不容易理解或学习有障碍的概念和规律的教学内容，个人先写出符合我校学生和教学实际情况的教学方案。

④A （2011年3月至2012年1月）优化教学策略的形成阶段：在学期中，分阶段定期进行小组内交流、讨论，研究确定小组内某一教学内容的统一的教学策略。这一教学策略必须充分考虑到学生的思维能力、心理状态、学习习惯、已有知识储备等多方面因素，能够充分调动学生的积极性，能够让学生感到比较容易理解所学内容。各小组长负责形成符合这一教学策略的教学设计，小组内高一年级教师用该教学设计进行教学。课堂教学采用“同课异构”教学方式，全组成员就同一授课内容参加两个小组的两次听课，听课后就这两个小组所确定的教学策略的优略进行对比评定。还可以利用课堂录像对两节课进行对比，授课教师也通过课堂录像对自己的教学进行反思。小组长做评课记录。课题组指定研究人员根据有关这一教学内容的两个教学设计以及该课题的评课记录，结合相关理论文章形成适应我校学生的新的教学设计。在这一基础工作之余，根据新的教学设计撰写构建物理概念与规律的策略的论文。定期召开物理课题组例会，学习相关理论文章并讨论所确定的策略的可行性。如有修改意见，可应用修改后的策略去更新前面形成的教学设计。

B （2012年2月至2013年6月）优化教学策略的检验阶段：第一年的课题研究形成的教学设计中已经包含了优化教学策略的内容，在两个授课教师不同但入学物理考试成绩较为接近的班级进行对比教学（一名教师在这一学期一直用优化后的教学设计去教学，另一名教师一直用独立备课形成的教学设计去教学），在2012年6月底、2013年1月底、2013年6月底分别进行三次

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概念与规律教学效果的对比检测，课题组指定实验教师设计检测试卷，测试调查不同的教学策略对概念规律的理解产生的效果的差异，课题组全体教师进行评卷，指定实验教师分析测试结果。课题负责人总结出课题小组的阶段性研究成果，并负责审定、修改各小组的总结，根据各小组的总结向区教研室进行五次（2011年7月、2012年1月、2012年7月2013年1月、2013年7月）阶段性研究成果汇报。

3、课题的总结阶段（2013年7月至12月）

①整理分析过程资料，形成终期研究报告和其他成果集。 ②申请鉴定验收。

4、在行动研究中，如发现不切实际的预设，经课题组讨论认定后，可进行调整。

四、研究方法

1、 文献法

利用计算机网络进行研究资料的查找、分析与收集，探索与物理必修教材应用相关的知识，在研究分析、收集前人或相关研究结论的基础上，进行理论分析，比较筛选出与本课题有关的知识与结论。

2、调查法

通过对高中物理教师访谈调查和问卷调查的方式了解与高中物理必修教材有关的信息与内容。通过问卷调查和测试的方式对高一、高二年级的学生进行物理知识学习情况的调查。

3、 行动研究法

本课题研究主要运用行动，在实际的教育教学和管理工作中寻找高中物理必修教材应用的策略、方法、途径与措施，在具体的研究工作情境中认真进行行动过程的研究，行动者参与研究，研究者参与实践，并根据研究中遇到的具体情况，边实践，边探索，边完善，使理论与实践，成果与应用有机地结合起来。

4、 内容分析法

在教学中，课题研究成员要坚持不断地探讨和交流，把教材上学生不易接受的知识点确定下来，讨论教材容易在语言理解上产生的困惑与障碍，讨论用怎样的策略去教学才能使学生比较容易获取知识。

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五、预设的结果

隐性结果：

1、学生的学习热情高涨，学习兴趣更加浓厚，物理教学效果有较大的改观， 2、教师的专业素养和教学能力更高，带动广大教师产生进行教育科研的热情。 3、促进教材结构更加完善，知识梯度更加合理。 显性结果：

1、优秀教案汇编、教学实录视频文件、教学论文、终结报告。 2、教学成绩显著提高。 六、课题组织机构及任务分工

1、课题领导小组 组长：

李世权（校长、自治区级骨干教师） 主要工作：负责规划课题研究整体工作 副组长：

田宁江（副校长、教育战线全国劳动模范、自治区级骨干教师） 主要工作：指导课题实施工作

成员：

王克勇（教学管理中心主任、县级骨干教师） 主要工作：组织召开阶段性汇报、座谈会

张银栋（教学管理中心副主任、市级骨干教师）

主要工作：监督、检查各阶段任务的落实情况，调整研究思路 张万余 （物理信息教研组长、县级骨干教师）

主要工作：负责课题工作的组织与管理、主持召开两周一次的 课题组例会、研究报告的撰写及研究的阶段性总结工作。 2、课题研究小组 组长：

任世功 （市级学科带头人）：主要负责课题研究方案的设计、研究报告的撰写及研究的总结工作。

刘风领（物理教学论研究生）：主要负责课题研究活动的专业理论支持、活动资料的收集与整理及研究的阶段性总结工作。

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李锦莲：课堂录象及播放 成员分组： 第一组 陈博伍（组长） 王海杰 陈琳 第二组 刘风领（组长） 陈爱玲 张国春 第三组 张伟（组长） 马海军 李锦莲 第四组 梁添平（组长） 张万余 任世功 小组主要工作：以小组为单位实行集体备课，各组指定高一年级的一位任课教师备写教学方案;两个小组实施“同课异构”教学，评价后修改制定“优化教学设计”；撰写研究论文等。 七、课题组活动方式

1、课题组定期集中活动，由课题负责人主持，讨论所确定的研究内容的教学策略的优缺点；学习有关课题研究的理论文章。

2、课题组根据教学进程灵活组织全组成员参加听课活动，由教研组长主持，进行有关课题研究的评课活动。

3、课题组成员根据收集、整理的研究材料，撰写论文。

4、课题组每两周召开一次课题组例会，探讨评价课题研究活动开展的情况，征求各方意见，及时改进课题研究方案。 八、课题研究的条件分析

1、课题研究得到充分重视。成立了课题领导小组，分别有身为区级骨干教师和教育战线国家劳模的两位校长参与规划和指导，有学校领导的支持，研究人员充满信心。

2、课题组有业务精炼的研究人员，有市县级骨干教师、有物理教学论研究生以及全体物理教师参与。

3、课题研究涉及三个学年，有约56个教学实验班。 基于上述条件，课题完全可以正常开展研究。 九、课题研究的意义及完成课题研究的可行性分析

本课题为自治区教研室审核立项课题，对我校实施新课程教学，提高教学质量有实际意义，有县教研室的支持，有专家的指导和骨干教师的参与，以及一些教育专家总结出的相关理论知识和实践经验供我们学习借鉴。我们会在总结他人经验的基础上不断改进和创新，设计一套适应山区学生构建物理概念与规律的教学策略。 相应措施：

1. 加强理论学习。组织教师学习相关理论，转变观念，为指导学生构建物理概念与规律找到科

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学合理的方式和方法。

2. 加强师资培训，提高科研水平。加强研究工作的阶段性小结。课题组定期召开专题研讨会、经验交流会，研讨存在的问题并及时完善方案，同时总结阶段成果，邀请专家指导。 3. 制定相应的考核奖励措施，推动研究工作的顺利开展。 十、理论依据及本课题核心概念的界定：

1、理论依据

建构主义

建构主义是西方心理学和教育学的一种观点，基本上是在解释“知识是什么？学习是什么？”的一种理论观点。强调学生已有的概念来自日常经验或以前的各门课程，强调复杂的学习环境和真实的学习任务，强调社会协商和社会相互作用，强调学生用多种方式表征学习内容，强调学生理解知识建构过程和以学生为中心的教学。归纳起来建构主义的教育思想具有知识结构整体性、框架发展性、积极的情感性、情境探索性、互动对话性等。

物理概念和规律的构建是建立在建构主义的理论基础之上的。建构主义对学习的解释主要有以下几点：

⑴、学习是一种建构的过程。知识来自于人们与环境的交互过程中。学习者在学习新的知识单元时，不是通过教师的传授而获得知识，而是通过个体对知识单元的经验解释从而将知识变成了自己的内部表述。因此，教学的目标是使学生形成对知识的深刻理解，即“为理解而学习”。 ⑵、学习是一种活动的过程。学习过程并非是一种机械的接受过程，在知识的传递过程中，学习者是一个极活跃的因素。

⑶、学习必须处于真实的情境中。学习发生的最佳情境不应该是简单抽象的，相反，只有在真实世界的情境中才能使学习变得更为有效。学习的目的不仅仅是要让学生懂得某些知识，而且要让学生能真正运用所学知识去解决现实世界中的实际问题。

有意义学习

奥苏贝尔指出有意义学习的本质就是：在学习过程中，符号所代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当概念建立实质性和非人为的联系的过程。

有意义学习理论对构建物理概念和规律的启示表现在：首先各个物理概念和规律之间是有联系的，学习中要注意发现他们之间的联系，不能机械的、孤立的学习一些物理知识，没有联系没有活性的知识既不能迁移，更不能应用。其次教学过程中教师要善于应用先行组织者，即在正式的教学前要先向学生呈现那些准备性的、引导性的材料，这些是学习新内容必须具备的先前知识，先行组织者可以在学习者已有知识与需要学习的新内容间架设起一座桥梁，使学生能更有效的同化、理解新学习的内容。

2、课题核心概念的界定：

山区学生

我校是一所处在宁夏南部山区的普通高级中学，相当一部分学习优秀的学生外流，再加上家庭教育条件不足，对孩子的教育缺少有效的指导和支持。乡村初中没有实验课的开设条件，也影响了学生的动手和探究能力。虽然目前政府和学校通过各种途径解决了学校的办学条件，配备了

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一定数量的实验仪器，但和大城市的学生相比，他们在实验素养上都还存在很大的差距，这从一定程度上影响着他们的综合素质的发展。目前学校的一部分学生不仅基础差，而且学习习惯、方法更差。通过调查了解，大多数学生课前没有制订学习计划的习惯，依赖老师，习惯于等着老师讲解分析，没有预习的习惯，更谈不上自主学习。课堂上听课效率低，容易受到外界的影响而开小差，习惯于被动听讲，做题时不重视物理解题的方法而只是愿意按照老师分析的某一思路去解题。课后不善于温故而知新，甚至没有复习的习惯，抄袭作业的现象很严重。

物理概念

物理学科作为自然科学的基础有其自身的一些概念，这些概念不同于其他的自然科学。概念是反映客观事物本质的思维形式，物理概念是反映物理现象、物理过程本质属性的一种抽象，是在大量观察、实验的基础上，运用逻辑思维的方法，对一些事物本质的、共同的特征集中起来加以概括而形成的。

对于物理概念的分类方法各种资料文献上主要提出了两类，一是把物理概念分成两类，包括定性的概念和定量的概念。一是根据对物理现象和过程的性质、相互关系的描述方式来划分的。

从认识论角度，物理概念可分为：具体概念、抽象概念和特殊概念。2

对于当前所学的物理新概念、新命题来说，有可能起固定、吸收作用的原有观念与新观念之间通常有以下三种关系：类属关系、总括关系、并列组合关系。

物理概念是构成物理规律和公式的理论基础，是整个物理学知识体系的基础，是人类智慧的结晶。物理规律反映了各物概念之间的相互制约关系，反映在一定条件下一定物理过程的必然性。构建物理概念与规律的策略是指在建构主义理论指导下，注重概念和规律的形成过程，探究概念和规律的学习策略技巧与方法。

如果用建构主义理论给物理概念学习下定义的话，应该是以学生掌握好物理概念为目的，利用教师提供的各种教学方法、策略和情境，将面临的新概念融入到其原有的物理概念网络中去，建构起新的物理知识体系和物理认知结构。 十一、国内外研究现状

自上个世纪七十年代以来，国内外学者对学生概念学习进行了大量的研究，包括对构建物理概念和规律的研究，至今这一直是各国教育界普遍关注的重要问题。纵观国内外中学教育研究成果，无论是教育方针的推出，还是一种教学方案方法的设计，都是建立在研究学生学习中存在的问题的基础之上的。中学物理基本概念与规律学习过程中存在的问题如果得不到及时的发现，在一定程度上将影响着学生对物理学习的兴趣和科学素养的提高。

美国著名物理教育专家Hestenes等设计的一套可以测试学生对牛顿力学基本概念理解的“力的概念测试”，简称FCI（Force Concept Inventory），该量表由30道单项选择题构成，其中每小题包括5个备选项共计150个选项。从测试题中看出这些选项是从大量问卷调查中提炼出来的学生最常见的前科学概念，涵盖了牛顿力学中的基本概念。

FCI作者David Hestenes、Malcolm Wells and Gregg Swackhamer在编写量表后，对超过 2

阎金铎．物理教学论．南宁：广西教育出版社，2003，89~105

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