苏州市“十三五”规划项目
基于物理史情境的高中物理课堂探究教学实践研究
项目编号
刘焕奇 江苏省太仓高级中学
1. 研究背景及待解决的问题
1.研究背景
1. 以核心素养为核心的新一轮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的本质，主要体现在以下四点：1.体现物理学的本质，培养现代公民必备的核心物理素养。高中物理课程注重体现物理学的本质，从物理概念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面提炼学科的教育价值，充分体现物理学在提高学生核心素养方面的独特作用，为学生终身发展、应对现代及未来社会发展的挑战奠定基础。2.体现课程的基础性、选择性，满足学生终身发展的需求。在结构上，高中物理课程注重为全体学生奠定共同的基础，选取学生终身学习所必需的核心概念和科学实践作为必修模块的内容，并根据学生的兴趣、发展潜力以及未来升学或就业的需要设计丰富多彩的选修课程模块，促进学生自主、个性化学习。 3.体现课程的时效性，关注科技进步和社会发展的需要。在内容上，高中物理课程注重与学生生活、现代社会和科技发展的联系，反映当代科技发展的重要成果和科学思想，同时关注物理学的技术应用所带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和社会责任感。4.重视学生的自主学习，提倡多样化的教学方式。高中物理课程通过创设学生主动参与、乐于探究、善于实验、勤于思考的学习环境，培养和发展学生的自主学习能力。通过多样化的教学方式，引导学生认识物理学的本质，对自然有整体的认识，养成科学的思维习惯，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，在物理教学中，应注重帮助学生提高探究能力、培养学习能力、发展思维品质；注重帮助学生体会物理文化背景，树立科学的人生观和价值观。《高中物理史》作为高中教学的重要内容，蕴含着丰富的教学探究资源，是学生自主学习探究的最佳模板。充分利用物理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通道。
2、是时代背景下学生自身发展的需要。
物理学核心素养是学生在接受物理学教育过程中逐步培养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，是学生通过物理学学习内化的具有物理学特色的品质，是学生科学素养的关键组成部分。物理学核心素养主要由“物理概念”、“科学思维”、“科学探究”和“科学态度与责任”四个要素构成。物理发现史教学是当前物理学教学的薄弱环节，这部分教学内容往往被教师忽视，相应的教学方法和策略也相对缺乏。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环节进行系统研究，结合教学实践，形成相应的教学策略。通过创设情景、提出问题、组织活动、总结提高等教学环节，让学生体验科学家探索的主要过程，体会科学家的研究思路与方法，了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式教学，促进学生核心素养的提高。
2. 需要解决的主要问题
1.在当前“应试教育”的社会背景下，如何解决“物理学史”课堂教学的功利主义问题
由于长期受“应试教育”理念的影响，许多物理教学活动的重心发生了偏差，指向学生的解题能力或应试技巧。学生把物理学习与探究当成答对考试题目的目的，而不是获取知识、提高能力、发展思维、体验文化、获得乐趣。因此，作为物理的精华，物理学生的物理思维方法、思维逻辑自然被忽视，或只是在学习负担轻的时候让学生看一看，流于形式，没有形成科学、规范、合理的学习探究模式。在新课程理念的引领下，教师应更新教育观念，正确引导，让学生自主探究，使学生以积极主动、积极探索的态度参与到物理学史的探究过程中。
2.基于物理“核心素养”的教学要求，探索“物理史背景下高中物理课堂探究式教学”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、逻辑思维与非逻辑思维并存的多彩画卷。这一部分的探索与“实验探索”和“理论探索”相比，既有相似之处高中物理学史常识，又有其特殊性。
教育理论与教学实践表明，学生的认识过程符合“重演论”。科学史记载了重大物理实验和理论的发生、发展，描述了有影响的物理学家的思维过程。学生只有“亲身经历”科学的发展，才能透彻掌握物理知识和科学方法。同时，科学史再现了科学家克服各种阻碍和困难、与传统观念作斗争的过程留学之路，有利于培养学生形成正确的人生观、世界观和科学观。
“物理学史情境下的高中物理课堂探究教学”的主要探究策略体现在以下四种探究方式:(1)物理学史情境下的完全探究教学模式;(2)学前自主学习与物理课堂渗透相结合的教学模式;(3)专题讲座模式;(4)指导学生开展物理学史研究性学习项目。
3.通过“物理史背景下的高中物理课堂探究教学”的研究，探索科学发现史与物理探究教学融合的课堂突破口。
“科学发现史与物理探究教学的融合”的重点是让学生从物理学的角度进行探究学习。借鉴国内相关学者的研究，构建了以下基本环节：创设情境→提出问题→组织活动→总结改进。主要环节的目标如下：
（1）创设情境
在教学中，我们利用多媒体等形式再现科学发现的历史，或用模拟动画呈现一些不易理解的重要理论，为科学史的学习创设探究情境。将学生带入历史探究事件中，引导学生思考当时人们对科学的认识和实验条件，让他们站在历史和科学家的角度，建构特定时代的学习情境，为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，如何提出有效的问题呢？首先，重要理论和实验的出现是历史发展中的必然，分析这种必然性以及理论和实验的科学性的过程，其实就是一个非常可行的科学探究过程。在探究过程中，科学猜想是最活跃的因素。教师应充分利用史料，创设探究教学的问题情境，鼓励学生大胆猜测和分析，体验科学家探究的过程，建构科学的研究方法；同时，引导学生思考：科学家是如何思考的？他们遇到了哪些困难？这些困难是如何克服的？探究实验是如何设计的？
（三）组织活动
组织学生活动主要是为了帮助学生解决题目的细节和难点，获得丰富的情感体验，体会科学的思维方法，领悟科学的本质。科学发现之路曲折，涉及的问题错综复杂，全面开展探究式教学是不可能的。选取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，探究科学家不成功的实验和成功的经验；分析他们失败的原因和成功的秘诀。引导学生了解科学家的科学思想、科学信念和科学态度，鼓励学生深入思考，体验科学发现过程，领悟科学的思维方法和本质，从而启发学生形成正确的科学观。
（4）总结与改进
学生通过问题思考、实验探索、对实验数据的分析处理等，产生自己的思考和结论，或产生疑惑。通过展示与交流，展示学生探索过程中的思考和想法，即学生的思考产物和实验结果。通过黑板讲解、投影展示等形式呈现不同的想法，目的是让学生真实的思考过程和探索过程暴露无遗，营造一个相互学习的“交流场”。通过自评与互评，学生产生新一轮的思考，从而获得新知识，得出恰当的结论，提炼概念和规律，从中感受到科学发现的魅力，体会到科学态度和人文价值观。
2. 同领域研究现状及价值
1. 当前同一领域的研究现状
1. 高中教学中同类研究的现状
问题式课堂教学研究是一个比较成熟的课题，也是我校在“十一五”期间研究的课题。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。国内外都有一些研究，但他们的研究主要集中在教师对物理学史的研究和讲解、学生兴趣的培养，有的着眼于培养学生的人文精神和爱国主义情怀。但这些目标都主要体现在阅读理解上，有的最多是通过播放动画视频、展示PPT图片来完成。从以上不难看出，国内外的研究还局限于一些硕士论文，这些研究的持续时间比较短，大部分研究主要是对某一地区学校开展的课外学习活动的案例研究。这些研究揭示了国内学校开展物理学史活动的一些现状和问题，但实质性的研究和深入的探索过程却很少。
物理学史背景下的科学探究是引导学生发现问题、提出问题、进行科学设计并最终生成探究的新课题。我们的研究领域为：（1）穿越物理学的时空，研究物理学史。（2）创设情境和氛围，在课堂中营造物理学史背景下学生发现问题的空间。（3）师生互动，生成有效问题。提出科学探究的研究方案。（4）对探究的结论进行检验和推广。
（二）本课题的研究价值
物理学发展史是一幅理论与实验交叉、失败与成功并存、逻辑思维与非逻辑思维运用的多彩画卷，是一部跌宕起伏、曲折离奇的英雄乐章。物理学家们的人生故事、高尚情操、成功与挫折、智慧与幽默、分歧与争论、物理思想方法的演变、物理发展跳动的脉搏，都能调动学生的情绪，激起他们强烈的好奇心和进取的激情，激发浓厚的兴趣和积极的思考。可见，物理学史不仅包含着物理科学知识，还蕴含着伟大的智慧；它融合了许多精神和文化。这些精神文化思想方法，不仅对物理学本身具有宝贵的价值，而且有力地推动了整个自然科学乃至社会科学的发展，成为人类的共同财富。因此，物理学史的学科特性决定了它具有丰富的教育因素。物理学的一件大事，其实就是凝固的历史文化积淀。高中物理史背景下的科学探索，不仅能激发学生的好奇心，而且在学生知识与技能形成过程中，对过程、方法、情感、态度、价值观等核心素养的建构起着不可或缺的作用。
三、主要观点与创新点
（一）要点：
（1）高中生的逻辑思维、创新思维能力已经发展到一定水平，发掘有效资源的条件较好。作为重要课程资源之一的“高中物理史”，我们的研究不应仅仅停留在学习、学习物理学史的阶段，而应在课堂教学中充分利用物理学史资源，为学生创设发现、分析、探究、总结的情境；找出物理学史中最有效资源的应用规律，并就如何利用物理学史激发未来产生更多有效资源提供相关策略；让这些物理学史资源在应用中发挥其有效作用，形成相关的应用策略。
（2）通过基于问题导向的物理学史课堂教学实践研究，可以让更多的教师成为物理课堂教学的研究者，激发学生在物理学史情境下参与课堂教学，丰富物理课程资源，实现物理教学理念和实践的根本性转变，使师生通过共同研究、共同创造，实现共赢。
（二）可能的创新
（1）目前学者对于物理学史教学的研究主要停留在发展层面，因此在普通高中物理课堂教学中，尝试在物理学史背景下拓展和应用问题导向教学策略，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，更体现在教学观念的转型，让教师在探讨的过程中真正成为物理史探究教学的研究者，让学生在学习实践中真正成为历史经典探究的核心。
（3）从本课题的研究领域来看，研究重点不在于课堂教学组织形式的革新，而在于在课堂中创设物理史情境，引导学生实现对物理学史上经典发现的重新探索、重新发现、重新思考的实践过程，引导教师完成新旧交替、旭日东升而不停滞的自然发展规律，这一过程将进一步促进教师的专业成长，更加注重学生核心素养的培养。
四、概念界定及支撑理论
1. 概念定义
1. 物理学史
物理学史是人类对自然界各种物理现象的认识历史，研究物理学发生、发展的规律，阐明物理学基本概念、规律和理论体系的孕育、生成和发展的辩证过程。
2. 高中物理历史背景
高中物理史以《伽利略论自由落体运动》、《万有引力定律》、《划时代的发现》等篇章为中心，要求学生在教师的引导下“还原”历史、“穿越”时空、追溯“大师”的思维、思辨物理学家的方法。教学中要充分利用物理史料，有意识地创设当年的历史情境，营造探索的氛围。课上师生顺着历史本身的线索，从起点走到终点，理解历史并努力还原历史真相，了解当时世界上发生的各种重要事件及其之间的联系，了解当时人类掌握的科学知识水平，以及当时哲学家、科学家的知识地位和见解。
3.高中物理史背景下的问题式教学
高中物理史情境下的问题式教学，就是以高中物理史情境为背景，建构历史情景，让学生在教师的引导下发现问题、提出并筛选有效问题，进而进行科学探究；在物理情境下的探究过程中，要特别注重过程方法、情感态度等标志性内容。通过上述过程，目标是将一个几乎已成“纸上谈兵”的历史“痕迹”变成一个易于操作、有效的“必做”实验。该类实验结合事实与逻辑推理，凸显科学方法；抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，真正承担起高中物理教学中培养核心素养的任务。
4. 物理情境与问题式教学的关系
从教学情境与课堂问题生成的关系上看，前者是为了更好地促进后者，物理情境构建的价值取向是为课堂问题生成提供最佳途径和最大可能性，本课题的目标是实现物理史情境构建的最优化和问题生成的最大化。
2. 理论支持
1.学科教育理论。
把学生作为教育的主体，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，也是未来社会发展的要求。主体性的特点是选择性、自主性、能动性和创新性。这是教育者努力的方向，而创新性的培养，首先要了解物理学的发展过程，然后才能实现创新。
2.教学优化理论。
巴班斯基认为，实现优化教学的目标，需要分析学生情况和教学任务，明确教学内容，选择科学的教学方法与途径，制定教学进度，测量和分析教学结果等。实现优化的关键是：第一，分析教材中主要的、本质的东西，确保学生能够掌握这些内容；第二，选择能够有效掌握内容和完成学习任务的教学方法与途径，进行差异化教学。
五、研究目标与内容
1. 研究目标
1、通过研究，提升教师自身的教学智慧，转变教学观念，改变课堂形态。在教学实践研究中，增强教师的服务意识和生成意识，提高教师的预设和把控能力，让教师成为学生声音的倾听者和对话者、课程资源的开发者和使用者，让教师的课堂教学更加智慧，真正成为学生发展的引导者和推动者。
2、通过研究，让学生真正成为学习的主人，通过教师的引导，使课堂有效、动态地生成，丰富我们的课程资源，让学生在生成性课堂中活跃起来，促进学生全面、优化发展，从而提高学生的思维品质和生成性创新能力。
3.通过研究项目，从成功案例中积极探索课堂教学中开发和运用生成性资源的策略，提高教师应对生成性资源的能力。同时，鼓励教师回归研究状态，研究教材、研究学生，促进教师学习相关理论，从而实现教学观念和教学实践的根本性转变。
2. 研究内容
1.高中物理史研究及构建物理史情境的发展策略
对高中物理教材进行全面分析整合，确定重点建设的核心章节，形成校本教材。
2. 物理史背景下高中物理课堂科学探究过程策略研究
开展物理史资源开发策略与高中物理课堂物理史探究策略的研究与制定,将使研究成果尽可能的系统化、操作性和有效性。
3.子主题设计
子课题1：高中物理教材中科学发现史与物理探究教学资源整合策略研究
在整合资源的时候，一定要有针对性，初步计划整合下面关于物理学史的内容。
（1）发现物理定律的过程
（2）物理学家传记
（3）物理学各个学派和假说之间的争论
子课题2：基于高中物理科学发现史的课程形式与物理探究教学融合研究
主要研究方法为：（1）物理学史背景下的完全研究型教学模式。（2）学前自主学习与物理课堂渗透相结合的教学模式。（3）专题讲座模式。（4）指导学生开展物理学史研究型学习项目。
子专题三：基于高中物理科学发现史与物理探究教学融合的问题情境创设研究
尝试从以下三个方面进行创设：（1）情境创设来源于学生的文化生活和学生的认知世界；（2）情境创设遵循社会史、科学史和物理史发展的历史背景；（3）情境创设在科学进步与技术创新的发展联系中进行创新。
六、研究思路、方法及实施步骤
1.研究思路
1.对项目组成员进行培训，学习相关教育理论。认真阅读物理学核心素养研究论文和资料，认真阅读国内外泛读理论资料。加深对物理学史的理解，加深对物理学史所蕴含的核心素养重要性的认识。
2、以刘焕琪老师为核心的物理工作坊以沙龙形式展开讨论，认真阅读《高中物理史》中的历史经典，探讨如何引导学生对科学史进行深入研究。例如，如何让学生学会自主阅读书籍，如何挖掘出物理学史上的重大发现；如何让学生了解和熟悉学校的物理教学实验设施；如何让学生掌握科学研究的基本流程等。
3.进行校内调查研究，通过研究性学习，了解学生课外活动的现状、对物理学史的兴趣等。
4.在各层次教学与讨论的基础上，在自主学习理论的指导下，开发物理学史实验发现、实验设计、实验探索、情境创设等相关主题的专题、学生研究案例研究和专著。
2.研究方法
1.文献研究法：查阅国内外相关研究成果和文献，以及支撑本课题的理论知识。为“问题导向教学资源”、“物理学史”、“构建物理学史情境”等研究寻找理论支撑和依据高中物理学史常识，从而进一步指导研究实践。对物理学史情境下教学的相关理论和研究情况进行调查分析，并从不同维度进行整理、归纳和总结。
2、问卷调查法：利用问卷对学生进行现状调查，了解他们目前在物理学习、兴趣爱好、探究等方面存在的问题和困难；用问卷调查学生物理史学习与探究活动的实际变化。
3.行动研究法：是指从实际工作需要出发，寻找课题，在实际工作过程中，有实际工作者和研究者参与，使研究成果为实际工作者所理解、掌握和付诸实施，以达到解决实际问题、改善社会行为的目的。在研读研究文献和调查分析的基础上，结合研究实践中的问题，不断实践、总结、反思，提炼操作经验，以获得更为系统、成熟的理性认识和具有生成性资源的校本教材。
4.案例研究法：（1）本项目采用案例研究的方式，通过对具体物理史情境中的教学课件的研究，探索自主学习与自主探究活动的实施模式。（2）本项目采用案例研究的方式，通过每个学生的课堂探究过程，建立学生个人学习档案，并对一些典型案例进行综合考察与分析，揭示出一定的规律与本质，为研究项目提供必要的支撑材料。
（三）实施步骤
1.准备阶段（2016年5月-2016年7月）
查阅相关文献，研究“问题式教学”、“物理学史”、“高中物理史”、“发展与应用策略研究”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；组建子项目组并明确分工与职责；制定项目研究实施方案及开题报告；完成项目申请工作。
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研究计划；
②完成物理课堂生成教学的现状研究，形成调查报告，明确实践研究的切入点和相关策略；
③开始制定实施意见和评估计划，以“基于物理历史的背景下的高中物理教室中基于问题的教学的策略进行研究”。
④在此主题的研究过程中收集和积累教学实践的案例材料；
⑤执行中期报告，根据自及其意见和专家意见修改研究实施计划，并在后期对研究重点进行深入研究。
3.成就摘要阶段（2019年9月至2020年2月）
汇编研究结果；
VII。
1.研究成员
Liu 是该项目的主持人。 ICS教学培训的讲师团队是“人物教育出版社”，江苏省特殊教师预备役班的学生，苏州市著名的教师社区的成员。他是江苏省陶坎（ City）高级研究课程的第一阶段的学生，该阶段是对“第十五年计划”的关键项目的指导，负责“指导性学习案例”的“指导性学习案例”的撰写基于学生思维的发展。在过去的五年中，他在“中国优秀的教学案例”的全国评估中获得了二等奖，以及江苏省的出色课程在“一位老师，一位出色的”课程评估中。已在省级杂志上发表了十多个论文，并在核心期刊上发表了三篇论文。
小谎言是研究项目的核心成员。
Zhao 研究项目的核心成员，江苏·陶坎高中的高级物理老师，江苏省陶康市物理学科的负责人，江苏省江苏省高中物理工作室的成员。
Lu Wei的研究项目的核心成员是江苏省高中的高级物理老师，苏州市的一位出色的班级老师，也是江苏省 City的物理主题领导者。
2.研究基础
我们的学生是江苏省的四星级高中。我们的研究材料，我们的研究将又可以促进课外活动和物理利益群体的平稳发展。
3.研究支持条件
1.组织管理保证
市政教育局的统一领导和高度关注，相关领导者和专家的护理和指导以及学校领导者的大力支持为研究项目创造了良好的外部条件。
2.研究资金保证
该项目启动后，教育局和学校将完全保证研究资金。
3.研究数据保护
我们的学校有足够的书籍，教师的个人计算机渗透率很高，所有办公室都可以访问宽带互联网。
8.项目结果的形式
成就名称
结果
完成时间
临时结果（限制为5个项目）
该项目的研究计划“基于物理史的背景基于高中物理教室中基于问题教学的策略的研究”
学习计划
2016.08
在物理历史的背景下，有关高中物理教室中基于问题的教学的调查报告
调查报告
2016.10
关于在物理史上关于高中物理教室中基于问题教学的调查报告的开发和应用的案例研究
案例研究
2017.08
中期报告
研究报告
2017.12
最终结果（限制为3个项目）
在物理历史的背景下，高中物理教室中基于问题的教学的相关论文
纸
2018.06
关于“基于物理历史背景的高中物理课程中基于问题的教学策略的研究的最终报告”
研究报告
2019.06
调查报告和基于物理历史背景的高中物理教室中基于问题的教学的出色案例研究
案例收集纸
2019.06