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体现科学本质的物理问题解决教学研究一、选题背景分析：人类的发展离不开对于问题以及问题解决的思考，最早可以追溯到古希腊时期，人们关注的焦点是如何形成问题解决的方法，古希腊人透过思考很早就懂得采用分析和综合的方法步骤来解决问题。关于“问题解决”课题的研究，从不同角度解读“问题解决”的内涵及定义。“问题解决”作为一种新教育理念的体现被世界各国广泛关注并运用于教学领域中。问题解决能力侧重学生探索解决问题的过程，通过激发学生兴趣、重视策略指导、注重过程性、重视培养创新意识等手段，是培养学生问题解决能力的有效途径。也是《2017年普通高中物理课程标准》中提及：“高中物理课程在义务教育的基础上，帮助学生从物理学的视角认识自然，理解自然，建构关于自然界的物理图景；引导学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力；引领学生认识科学的本质以及科学•技术•社会•环境（STSE）的关系，形成科学态度、科学世界观和正确的价值观，为做有社会责任感的公民奠定基础。”的课程性质的本质。数学教育家张奠宙先生认为：“以问题解决为主导”是改革我国数学和科学教育的突破口。可见问题解决教学是适合当代教学改革发展要求的一种基本的教学形式，它基于问题解决的方式来建构知识，培养能力、提高素质，进而促进学生的主动发展。这意味着高中物理课程注重体现物理学科的本质，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面提炼学科育人价值，充分体现物理学科对提高学生核心素养的独特作用。由此可见，在物理教学过程中重视问题解决，能够有利于帮助和引导学生认识科学的本质以及STSE关系，提高学生核心素养，为学生日后独立自主学习、认识科学本质奠定基础作用。因此，本文选择体现科学本质的物理问题解决教学研究，是为了更高效地提高课堂效率，有助于物理教学的发展。二、研究要解决的主要问题及目标：2.1问题解决过程中蕴含着哪些科学本质内容？问题解决是指为了从问题的初始状态到达目标状态。而采取的一系列具有目标指向性的认知操作的过程。问题解决既是能力又是学习，在教学中得到训练和发展。创造性是解决问题的最高表现形式。科学本质是人们对科学本质问题的认识，科学本质探讨的是科学本体论的问题。在物理教学过程中，培养学生科学的物理思维方法和努力去发展学生解决问题的能力，使得他们能够亲近科学，在日常学习中运用科学，把科学转化为对自己日常生活的指导。2.2如何在问题解决教学中体现科学本质教育？（1）设置恰当的问题情境；问题解决教学是基于问题的学习与教学，问题的还坏直接决定了教学的效果。因此，在问题设置难度必须使得学生易于接受又具有发展性。①通过管擦自然现象形成问题情境；②通过演示实验形成问题情境通过物理学史创设问题情境；③利用学生对某一问题的不同看法设置问题情境；④通过提出假设、验证假设的方法形成问题情境。（2）形成正确的问题表征；对物理问题的正确表征是解决问题的重心。通过物理教学中的问题解决，让学生在读题的同时通过画草图，进行相关的物理量标注，把文字转化为图像表征等，一方面可以减轻工作记忆的负担，另一方面可以把认知过程外化。（3）指导学生的问题解决以“问题解决”的方式组织的教学过程，即遵循“产生问题———猜想———提出假设———实验探索———理论分析———猜想———得出规律”这一认识探究过程而进行的教学过程。（4）合理评价结果在问题解决教学中，应该发挥学生的主体地位作用，注重学生积极主动参与解决问题的活动过程。因此，在此教学过程中应该使用形成性评价方法，这种评价能够及时了解学生在问题解决过程中存在的问题，并且加以调整。由此可见，问题解决不仅包括传统的习题，还要包括原始物理问题、情境题等新题型。问题解决教学是一个过程，在这个过程中，面对物理问题，根据“问题解决”的教学过程，在不同环节中面对物理问题时会体现那些科学本质。2.3研究的目标：从物理问题解决教学过程中体现科学本质的优化策略。首先，收集和分析关于“物理问题解决教学”的相关资料，得出：物理问题解决教学的过程。其次，结合《课标》要求，归纳总结科学本质的相关含义。最后，结合教案设计，提出物理问题解决教学过程中体现科学本质的优化策略。三、国内外研究综述目前，关于学科问题解决的研究主要停留在两个层面。3.1国外研究3.1.1认知理论关于学生问题解决得到心理机制的研究，比较多停留于认知心理学理论应用范畴，是属于认知理论层面的研究，具体包括问题解决过程中的表征程度和类型、策略的选择和运用、元认知等。如美国科罗拉多州大学的PatriekB.Kohl和NoahD.Finkelstei【1】在关于此课题上做了大量的研究实验，并且把研究结果发布在国际物理研究领域的核心期刊《PhysicsReview》2005-2006年版上，其研究结果指出：对于不同表征形式的同一物理问题，学生的表现是存在差异，不同表征形式的表现水平，与一系列因素有关，如学生的期望值、前概念、元认知能力、问题的情景和表征形式本身等等，不同的表征形式的问题，对应不同的解决策略。3.1.2教学实践学科教学过程中开展问题解决活动的相关研究，涉及到教学论面向教学的实践操作性研究，是隶属于教学实践层面的研究。对此，美国及西方国家在该层面的研究成果相对较多，具体有：通过问题解决地学习，问题本位的学习，问题及激发的学习等。其中，布兰斯福德和斯坦恩提出了关于理想问题解决五步骤“发想问题与机会、界定目标与表征问题、探索可能的问题解决策略、取其结果并实施策略、回顾与学习”。【2】3.2国内研究国内物理学科教育领域对于物理问题解决教学的实践研究主要集中在两个方面。3.2.1教学实践一个方面是关于物理问题解决教学中学生问题解决困难的研究，研究物理学习过程中，出现学生学习兴趣匮乏、前概念、知识结构、元认知能力不足等问题，如何针对学生的特点及个性特征，融合教师的教学方式对学生的问题解决能力造成影响。季薛庆;季庆燕（2013）以“水银体温计”原始问题为例子，重点探究体现科学本质的原始物理问题教学设计。该研究主要是为了解决现实中与物理有关的问题，首先要抽象出物理问题，然后再运用物理知识和数学工具推导出结论。应试教育模式下培养的学生擅长于其中的第二个环节，也就是说，他们习惯于解答剥离了现实情境的纯粹的物理问题，遇到原始的现实问题往往感到无从下手。3.2.2教学培养另一方面是关于培养学生物理问题解决能力的研究。常伟伟、徐衡（2019）研究学生的信息获取与解读能力的因素，对信息获取与解读水平的现状进行分析，指出学生在课堂学习过程中其信息获取与解读能力的方法。郑荣伟（2019）对影响中学生问题解决的因素分析，提出提高高中生物理问题的解决能力，提出创造良好的问题情境、搭建操作平台、实施有效训练策略等提高学生的解决能力。以上研究为学科问题解决教学提供了一定的理论依据和实践基础，也使得物理学科教育研究者以及教学工作工作者开拓了视野，丰富了教学理论，然而，从物理学科的问题解决实践研究中看，研究者大多数是把物理问题解决看作是解决具体的物理问题，其大部分停留在问题解决的初始阶段中，或者是关注解决物理问题时学生问题解决能力的培养以及物理兴趣的培养上，从而忽视了物理问题解决与课堂教学有机结合，没有较强的系统指向性，也难免会导致缺少对问题解决教学的宏观描述与界定。因此，提出的策略是具有一定的局限性，并不能够全面概括出物理问题解决教学的实施，更是无法体现出科学本质。本课题的选择是为了弥补这一个缺漏，尝试对问题解决心理机制和教学理论进行梳理，并且说明物理问题解决得到本质含义，并且对问题解决教学作出概括性梳理。通过物理教学实际的案例分析，提出体现科学本质的物理问题解决教学的各个阶段所能够运用的具体策略，从而促进物理问题解决能够高效地进行，最终提高和发展学生的问题解决能力。四、研究设计1.研究目标已有研究进行分析，得出目前对物理教学中“问题解决”教学过程的流程，结合实际教学情况，分析其蕴含的科学本质理论探索。2.研究内容重点（1）问题解决中蕴含的科学本质内容分析这里说的问题解决不仅包括传统的习题，还要包括原始物理问题、情境题等新题型。分析在解决物理问题中可以体现哪些科学本质。要以具体的问题解决过程为例进行分析，最终按照问题解决的某种思路整理其蕴含的科学本质内容。（2）体现科学本质的物理问题解决教学策略在实践角度说明如何在问题解决教学中体现科学本质教育，可以提出若干条物理问题解决的教学策略，每一条策略下，先说明这条策略的含义以及为什么提出该策略；再以小案例说明这条策略如何运用。3.研究方法：（1）文献研究法借助互联网（中国知网、维普）、图书馆等手段，查找相关的书籍及文献。对于当前关于物理问题解决以及物理问题解决教学中各界的说法进行梳理和归类。理解问题解决的本质含义，确定问题解决教学的各个阶段，分析各种关于物理问题解决的文献以及研究成果，提取出与本文研究相符、有意义的部分，为本文积累丰富的资料及论据。（2）案例分析法在文献研究的基础上，通过对物理课堂教学案例进行分析，实际代入到教师对问题解决教学中，在理论依据的基础上，更准确地提出问题解决教学策略，有效提高教学效率。4.研究流程（1）对于国内外已有研究进行分析。（2）总结成果与不足。（3）查阅相关物理学史及课标中关于“科学本质”、“问题解决”相关理论及研究思路。（4）以此为理论依据进行分析，挖掘问题解决教学过程中蕴含的科学本质内容。（5）进行教学设计。（6）优化体现科学本质的物理问题解决教学。5.工作进度安排：（1）开题报告完成论文主要内容的框架构建工作，如：问题提出、已有研究、研究设计（包括研究目标、研究内容、研究方法、研究流程或思路、进度安排、论文框架等）完成时间：1月31日前（2）概念界定对问题解决和科学本质进行核心概念界定（即下定义）完成时间：2月10日前（3）问题解决中蕴含的科学本质内容分析分析在解决物理问题中可以体现哪些科学本质。要以具体的问题解决过程为例进行分析，最终按照问题解决的某种思路整理其蕴含的科学本质内容。完成时间：2月29日前（4）体现科学本质的物理问题解决教学策略在实践角度说明如何在问题解决教学中体现科学本质教育，可以提出若干条物理问题解决的教学策略，每一条策略下，先说明这条策略的含义以及为什么提出该策略；再以小案例说明这条策略如何运用完成时间：3月20日前（5）整理形成论文初稿完成时间：3月30日前6.论文框架第一章引言1.1研究背景1.2研究现状1.3研究意义第二章相关理论概述2.1“科学本质”内涵2.2“问题解决”内涵2.3“问题解决”的心理学观点第三章高中物理问题解决教学现状与现存问题分析3.1学生自身存在的问题及其分析3.1.1学习动机不够明确，意志力不强3.1.2在分析物理过程，建立物理模型中存在一定障碍3.1.3解决物理问题方式存在一定问题，缺少正确的物理思维方式3.2教师方面存在的问题与分析3.2.1实践教学落后于教学理念的发展3.2.2教学形式单一，忽视学生问题意识培养的物理方法教育3.2.3忽视自我提升的空间第四章物理问题解决教学的案例分析4.1.教学现状及教材的两条线索4.2明线4.3暗线4.3.1科学研究方法4.3.2唯物辩证思想第五章高中物理问题解决教学中的教学策略5.1创设问题策略5.2分析解决问题策略5.3评价反思策略第六章结论与反思6.1研究结论6.2研究反思