高中物理模型教学调研报告

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一、课题的现实背景及意义

在高中物理教学中，模型一直占有重要的地位，物理学科的研究对象是自然界物质的结构和最普遍的运动形式，对于那些纷繁复杂事物的研究，首先就需要抓住其主要的特征，而舍去那些次要的因素，形成一种经过抽象概括了的理想化的“模型”，这种以模型概括复杂事物的方法，是对复杂事物的合理的简化。对模型进行深刻的研究和分析，掌握模型的基本规律后，就相当于掌握了一个模块，利用一个一个这样的模块，就可以构建复杂的物理问题，反之，复杂的物理问题也可以由此得解。因此，无论问题情景多么新颖多变、或是与日常生活密切联系的实际问题，都可以归结为学生熟悉的物理模型。比如：运动员的跳水问题是一个“竖直上抛”运动的物理模型；人体心脏收缩使血液在血管中流动可简化为一个“做功”的模型等等。由于物理模型是同类通性问题的本质体现和核心归整，长期以来，建立物理模型的方法一直是中学物理教学的重要内容之一，它对提高课堂效率、培养学生能力起到一定的作用。

教学改革是一个不断推陈出新的过程，随着形势的发展，旧的矛盾解决了，新的矛盾又会产生。新的课程标准指出，高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础，其重点之一就是促进学生学习方式的变革。因此，高中物理教学中要实施新课程理念，必须在思想上树立“以人为本”的观念，课堂教学应该做到“化知识为德性，化理论为方法”。在新课程视野下，物理模型的教学的内容和功能也应有相应的的调整，它不能仅仅是一个传授物理知识的简单过程，更应该是一个贯穿物理思想方法的过程，教材中蕴涵的丰富的模型依然是对学生进行物理思想方法教育合适的载体，我们要重新审视物理模型的功能，开发物理模型新的功能及在新课程中的应用。

目前，在高中物理课堂教学中虽已重视了物理模型的教学作用，但许多教师还只停留在单纯地利用物理模型进行物理知识和技能的训练层面上，典型的教学模式往往是先由教师总结归纳出一些物理模型呈现给学生，让学生跟着教师的思路去理解，并辅以大量机械性训练。这样的课堂教学完全由教师主宰，忽视了学生的认知主体作用。学生往往只会识别已接触过的模型，不会辨别未遇到过的情景，更不会自己建立模型、解决问题。这造成了学生不重视构建物理模型的过程，更多的是运用形象思维方式，只记住物理模型的静态结论，生搬硬套。

本课题研究的主要现实意义就是：改变物理模型脱离学生认知规律和新课程要求的状况，把物理模型放在问题中，放到现实中，放到一定的情景中，由学生感知、体验模型的建立过程，使物理模型在课堂中灵动起来，为学生提供探索物理规律并解决物理问题的有效途径。

“模型教学”是本课题组成员在多年的教学实践中总结、创立的教学式样，是在物理课堂教学中以典型物理模型的引入、构建、应用串联高中物理主要课程内容的教学模式，它具有以下特点：打破了原先以书本知识单一线索发展的学习模式，在“物理模型”的平台上有机地综合了新课程理念下的“引导探索掌握”、“自主学习法”、“研究性学习”、“合作学习”、“实验探索”、“综合实践活动”等教学方法，通过这种综合，使物理教学凸现能力的培养、创新精神的培养，突出了物理学习中应有的体验与感悟过程，可以大大提高教学的效率。“模型教学”还有助于学生体会众多像“简谐运动”这样简单、和谐、统一、对称的，充满美的物理模型，可以激发学生的学习兴趣，加深对物理知识的理解和物理内涵的领悟。

二、国内外关于同类课题的研究综述

1、物理“模型教学”的理论基础

在国际教育改革的探索中，建构主义的理论越来越受到重视。它是认知主义中学习理论的一个重要分支，是在认知主义基础上发展而来，同时又吸收了人本主义的一些要素，成为后现代思潮中教育理论和实际教学的指导性理论，物理“模型教学”正是在建构主义理论的指导下形成的。建构主义学习理论认为，知识不是通过教师传授获得的，是学习者在一定的情景下，借助于其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构的方式获得的。

基于建构主义的“模型教学”对教和学提出了一些新的要求，例如：一是要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者；二是要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者；三是要求教学过程使用全新的教育思想、教学模式、教学方法、教学设计等。为了发挥学生的主动性、积极性，相应的教学设计主要围绕“学习策略”和“学习环境”两个方面进行。前者是整个教学设计的核心——通过各种学习策略激发学生去主动建构物理模型；后者则是注重模型建立的过程，强调模型的立体面，旨在提高学生的科学素质，掌握物理学主要思想方法，为学生终身学习打下基础。

2、国内同类课题研究现状

现在国内有关物理模型的研究范畴和着眼点更多地局限于单一知识板块，如发表在《中学物理教学参考》上的论文“子弹打击木块的模型及其应用”、“两个模型同一规律”、“汽车启动两个模型刍议”等等，这类研究已涉及到众多模型的建立与应用，被许多一线物理教师用来整合学科知识，大大提高了学生解决问题的效率，但各物理模型呈现出无序状态，没有形成系统，学生只是照着老师的模型去简单套用，以致出现条件一旦有所变化时无法识别模型。在总结与对比的过程中，我们逐渐确立了在他人研究的基础上完善物理模型在教学中的应用研究，建立一种扬长避短的模式——物理“模型教学”，努力做到既能发挥教师的主导作用，又能充分体现学生的认知主体作用，既注意教师的教，又注意学生的学，把教师和学生两方面的主动性和积极性都调动起来，优化教学过程和学习效果，根据物理学科的教学任务、内容、学生的具体情况，运用典型的物理模型串联教学全过程，引导学生主动学习，培养学生创新能力。

三、课题研究的预期目标和内容

（一）研究目标

1、在已结题的2003年市重点规划课题“用物理模型链接物理知识、规律和能力”研究基础上，构建串联整个高中物理的系列典型模型。

2、寻求在新课程理论指导下，运用物理“模型教学”提高物理学科教学质量，培养学生创新能力的途径和方法，总结出一套行之有效的教学模式、学习模式，为传统的课堂教学注入新的活力，培养出具有较强建模能力、创新能力、物理学习成绩优良的学生群体。

3、为青年教师提供教学实践和科研的机会，培养提高年青教师教学业务能力。

4、取得一些有价值的教科研成果，包括教师论文、高中物理模型素材、实验研究报告等。

（二）研究的内容

1、收集大量有关的素材，为模型教学设计基本能覆盖高中物理课本的课堂教学案例。选取2012级高一年级的部分班级作为实验班，有计划、有步骤地将模型贯穿于课堂教学。做好实验前的调查研究工作，积累实验过程的各种资料及总结。

2、构建“建立基本模型—重组模型—创新模型”三个教学层次，形成一套操作性较强的实践体系。

物理建模活动本身就是一项创造性的思维活动，加强对常规模型的分析、探讨和挖掘是培养学生创新能力的根本，而创造性地进行“物理模型”的迁移和应用，不断激发灵感、探索方法，是创新能力的特质；升华、建立新的模型是“模型教学”的最高目标指向。当然，在高中物理教学阶段，受学生知识和能力、身心发展的限制，课堂教学活动主要围绕前两个层次进行，对于第三个层次“创新模型”，我们会安排充足的课外活动、兴趣小组、综合实践活动加以实践。

3、挖掘物理模型的综合功能

物理“模型教学”中蕴藏着丰富的学科教学资源、物理思想和方法，通过实践开发以物理模型为平台的探索性学习、自主学习、小组合作学习等等新的学习及体验方式，为学生生动主动地学习、创新能力的培养提供良好的氛围环境。

例如：在“单摆”的教学中，教师先用“引导探索总结”方式引导学生对影响单摆物理过程的诸多因素进行分析，总结出单摆的结构特征、动力学特征、运动学特征和能量特征，建立起常用的基本模型。这个过程要组织学生对基本模型所涉及到的物理量、物理过程、物理规律、物理方法深入讨论，加深学生对牛顿第二定律、机械能守恒定律等知识及规律的认识，同时也再次应用了圆周运动的模型。在后面的教学中通过“研究性学习”辨别单摆模型在各种情景中的具体表现，使学生对此模型建立起更丰富的感性认识，对头脑中的物理模型不断进行修正和建构，使这一模型不断充实、发展和完善，从而培养学生思维的正确性和深刻性。

当然，对学生这种能力的要求并非一朝一夕就能培养出来的，“模型教学”正是把这种建模意识贯穿在教学的始终，重视思维程序的建立和训练，循序渐进地启发引导学生，使学生逐步熟悉并掌握“物理模型”这种科学研究的思维方法，养成良好的思维品质，才能使构建物理模型的意识成为学生思考问题的方法与习惯，让学生在建立模型的过程中完成知识和能力的自洽。

4、利用物理模型开发课程的隐性功能

科学对真理的追求同时也是对美和善的追求，所以物理课程也就有一定的拓展功能。利用物理模型教学可使学生在学习物理知识的同时自然而然地渗透了美育与德育。物理之美非常抽象，当我们在构建物理模型的时候，就使学生在头脑里构画了美丽的物理图景，而借助计算机模拟可以将物理模型描绘得更加直观这些图形本身就具有极高的美学价值，将这些物理之美呈现在课堂教学中就能帮助学生去发现美，欣赏美，进而去热爱美、追求美。

四、实施方法

1、学习法

新一轮高中新课程改革即将来临，作为教师，必须与时俱进，学习新的教育思想、转变观念、主动探索新的教育教学规律。

2、调查法

调查研究学生的完成初中学业后，对物理基础知识及基本方法（思维方法、研究方法、数学方法）掌握到何种程度，评估学生抽象思维的发展情况及学生建立物理模型的能力。

3、实验法

本课题在调查研究的基础上以实验法为主，探索实践有效的教学方法。

五、研究的操作步骤及人员分工

1、准备阶段（2012年7月-9月）

(1)召开相关教师座谈会,确定课题研究方向

(2)查找相关资料,收集各种信息,为课题研究提供理论依据

(3)请专家论证本课题的可行性，起草本课题的实验方案,申报课题

2、实施阶段(2012年9月-2013年7月)

(1)按计划实施本课题研究方案,边实施,边研究、边小结、边调整

(2)走出去、请进来，不断学习、取经，请专家指导，使本课题研究顺利进行

(3)定期开设观摩研讨课，推广总结本课题的经验及反思

(4)积累相关素材及资料，包括典型教学设计、优秀课堂教学录像、多媒体课件等

3、总结阶段（年7月-10月）

（1）整理归类相关资料

（2）撰写研究报告或论文

（3）邀请专家鉴定研究成果

4、人员分工：

丁萍：中学物理高级教师主持本课题的研究制定研究方案

校长助理兼教科室主任负责实验班实验任务

王莉红：中学物理二级教师承担物理模型的整理和完善工作负责物理模型课件制作

王慧萍：中学物理二级教师负责资料的收集及整理

六、课题研究的条件分析

1、初期研究成果

本课题负责人于年进行了市重点教育规划课题“用物理模型链接知识、规律和能力”的研究并取得了一定的成果，年顺利结题并获奖。在此课题中我们已调查、积累和总结学生学习过程中常遇到的问题和易错处，根据各个阶段学生的知识背景建立一系列对应的物理模型，在课题组主要成员多年教学积累的基础上系统地整理、编写出物理模型讲义一册，并在教学实践中加以应用。由于用物理模型贯穿高中物理教学全过程，链接各知识点、规律及能力，将物理知识及能力形成了一个网络，避免了以往教学中学生学习象猴子掰玉米，掰一个，掉一个，有效地帮助学生掌握了解题策略，提高了学习兴趣，培养了学生思维的能力，提高了教学的效率。

2、本课题成员是“用物理模型链接知识、规律和能力”课题的原班人马，使得本课题研究能顺利与前期研究对接，使课题研究迅速进入正轨。

3、学校重视教科研工作，为省、市立项教科研课题提供一定的研究经费，保证课题研究的实施。