《高中学生“物理建模”意识的培养与应用研究》

开题报告

一、课题研究背景及意义

1、关于物理建模的研究背景：

模型在中学物理中具有重要的地位，这也是国内众多物理教师所意识到的。因此，在教学中，部分教师能渗透一些模型的意识和方法，不过大部分拘泥于具体习题中的模型建立和应用，只有少数教师开展系统的模型方法教学研究，开发出物理模型教学的教学模式。而且在仅有的模型教学中，国内的方法多为讲演的总结，缺乏教育学理论的指导，并偏向于应用模型解决物理习题。

在国外，应用模型进行物理学习和教学早已提倡，主要以美国教育学家David Hestenes为代表。他们认为，模型在科技教学中具有极为重要的作用，学生通过建立模型，可以加深对科学过程和科学教学目的的理解。他们的研究主要关注模型的基本理论、模型的教学方法、学生建模意识和教师自身的模型专业知识方面的成长。

总的来说，我国对与模型的理论研究仍存在许多空白，一方面，物理模型的定义和分类没有达成系统性认识；另一方面，物理建模意识和能力的内涵还没有上升到概念层次。对于模型教学方法，虽能提出培养学生物理建模意识和能力的教学模式，但多为教学经验的总结，且偏重于如何应用模型解决物理习题，教师企图让学生漫游题海，而达到孰能生巧的目的，从而缺乏对学生创新思维能力的培养和训练。而且大多教师也只在进入高三复习阶段才会强调模型教学的思想，错过了学生在刚接触物理知识时对模型意识培养的黄金时期。主要是没有将培养学生建模意识提升到知识传授的高度，大多还只注重题目如何求解，而不能让学生系统地建构并应用模型。

所以本课题想在这个现状基础上能做个突破，构建起物理建模意识和能力的评价框架，分析学生建模能力培养的困难成因寻求相应的解决办法，利用优秀学生的范例作用寻求消除学生物理建模能力差异的办法，来最终达到总结一套行之有效的模型教学模式、学习模式。

2、关于物理建模的研究意义：

（1）理论意义

首都师范大学的刑红军教授认为，在物理教学研究中，基本的概念必须尤如盖大楼，如果根基扎不牢，这样的大楼必定是盖不高的。本文对于学生物理建模意识和能力的理论探讨，旨在为拓展该领域的理论研究深度，能为今后的研究提供参考依据。

首先，弄清物理建模意识和能力的内涵，唤醒学生对建模意识重要性的认识，对于改变目前模型教学还停留在知识传授阶段的尴尬有一定理论依据。一方面，它能为模型及模型教学的进一步深入研究提供基础；另一方面，了解学生在模型学习中遇到的困难，有利于教师培养学生的物理建模意识和能力，更有助于教师更有针对性地在课堂推进模型教学。其次，本文提出物理建模能力评价的一种方法，并构建起评价框架，拓展了物理建模能力的评价理论，能为进一步研究物理建模能力的评价方法设计提供参考依据。

（2）实践意义

对于物理建模意识和能力，目前尚未有对学生物理建模意识和建模能力进行评价的工具，这限制着物理模型教学和学生建模能力培养的效率。本文在物理模型理论的指导下，构建起物理建模意识和能力的评价框架，设计评价样卷对高中学生进行抽样调查，并进行学生的物理建模意识和能力的现状进行分析和评价。最后，在调查和分析结果的基础上，对培养物理建模意识和能力提出几点建议。一方面，能加深教师认识学生的建模特点，以及指导教师进行有效的物理模型教学设计；另一方面，教师可以直接利用本评价框架和测验样卷，对学生的物理建模意识和能力进行评价。

一旦了解了学生的建模意识现状及建模能力，才能更有效地制定模型教学的方法和策略。

二、关于课题核心概念的界定

1、物理模型：是根据所研究对象的形状、大小、运动过程、状态、结构等特征，抓住主要因素，忽略次要因素而建立起来的一种高度抽象的、理想化的实体、概念和过程。它在物理研究中可以起到化抽象为形象、化复杂为简单的作用，是形成物理概念、建立物理规律的基础，并有利于发挥人们的想象力，指示研究方向，形成科学预见。

主要分为四类：

⑴物理研究对象的理想化（对象模型）。

又称实物模型，--实际物体在直接进行抽象和概括后，为研究问题本质而建立起来的模型，

⑵物理条件的理想化（条件模型）。

高中物理往往研究的问题是物体间的相互作用，在其它物体作用下的运动规律，因而有些环境因素对物体运动会有一定的影响，这时要想忽略一些次要的环境因素时，就要对物体所处的环境进行理想化的设定而建立条件模型。

⑶物理过程的理想化（过程模型）。

就是把物体的运动过程或现象变化过程进行抽象及概括而建立起来的物理学模型。

（4）物理结构的理想化（结构模型）。

物理学是研究物质的结构及其规律性的，例如，原子的构成及结构的成因等。结构模型就是物理学研究物理现象时设及到的有关物理量在空间分布的情境时建立起来的模型。

2、物理建模：我们把应用物理知识的这一过程称为物理建模。从物理学角度来看，所谓“建模”，就是将我们研究的物理对象或者物理过程通过抽象、理想化、简化和类比等方法形成物理模型。高中物理学习中的模型构建是对知识间接学习的体现，因而总体上是对原有经验总结或再加工的学习过程，即对已有的知识进行重新认识和理解，并在认识中提升学习者是各方面能力。

3、物理建模意识：意识一种心理学的概念，是思维主体对信息进行处理后的产物。而这里说的物理建模意识，是让学生能够主动在探究实际问题时建构物理模型，并可以将建构的物理模型再重组并应用到实际问题的研究中的思维过程。在模型教学中，教师应该鼓励学生敢于大胆联想，勇于构建物理模型（甚至包括失败的物理模型）的创新思维，让学生体验到科学家们为人类、为科学寻求真理的进取精神和科学态度，唤起学生们对建模意识重要性的认识，激发他们的兴趣，逐步提高他们分析问题解决问题的能力，从而达到培养学生创新能力的目的。

三、课题研究的思路目标和方法

1、思路与目标：

（1）通过课题组成员的查阅文献、实践积累、归纳总结等，构建高中物理建模意识和能力的评价框架（评价内容、方法、过程实施及结果的解释）。并选取几个实验班级进行评估测试，了解高一高二学生的建模意识和能力的现状做些个案调查。

（2）依据评价结果，对实验班级学生进行深入调查，归纳总结高中生建模能力形成的困难，并结合物理优秀的学生的个案分析，归纳总结高中物理教学中构建模型的一般途径。

（3）切实将物理模型教学落到实处，尝试减小实验班级里学生在构建模型方面的能力差异，并分析、男女学生在物理模型建构能力上的差异，来消除女生在学习物理上的恐惧心理。

（4）通过实践研究，转变教师的教学方式和学生的学习方式，将物理模型真正渗透到课堂教学中总结出一套行之有效的模型教学模式、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，并从中还可以探索一条有利于模型建构的课堂教学设计、导学案设计等的课堂教学新模式。

（5）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；

（6）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。

2、研究方法：

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。　

（1）文献资料法  搜集、整理与课题有关的模型教学理论，为课题研究提供充实可行的理论依据；

（2）问卷调查法  了解学生建模意识的现状和构建建模能力的评估框架，以便使课题研究更具针对性；

（3）教育实验法  通过对选定的班级进行模型教学，来了解学生在模型学习中遇到的困难，通过实验研究来总结更好的模型教学方法；

（4）经验总结法  通过对自己的教学实际情况进行反思，总结成功的经验和不足的教训；

（5）案例研究法  对实验班级进行男女学生在建模能力上的差异进行个案分析，从中汲取有用的信息。

四、课题研究内容和重点

1、研究的内容：

（1）高中生物理建模意识现状的了解和建模能力的评估；

（2）总结高中阶段的一些物理模型及建模的方法和途径；

（3）高中生在物理模型学习中所遇到的困难及其应对办法；

（4）在理科班中男女学生在物理模型建构能力上的差异及消除差异的策略研究；

（5）对高中教师在课堂上推进模型教学的教法的原则、方法与策略研究。

2、研究重点：

（1）高中生物理建模意识现状的了解和建模能力的评估；

（2）对高中教师在课堂上推进模型教学的教法的原则、方法与策略研究。

五、研究的操作步骤及人员分工：

1、 准备阶段（2011年5月-2012年2月）

主要工作：

a、召开相关教师座谈会,确定课题研究方向，制定总课题研究方案；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；课题开题会；主要成果：《高中学生“物理建模”意识的培养与应用研究》课题开题报告。负责人：王志。

b、各课题组查找相关资料，收集各种信息，为课题研究提供理论依据；对学生现有建模意识和能力进行前测，为评估框架的构建作准备。

负责人：课题中心组成员。

2、 实施阶段(2012年2月-2013年3月)

主要工作：

各课题组在总课题方案的指导下，根据各项工作的安排，扎实开展实验工作；定期开设观摩研讨课，推广总结本课题的经验及反思；积累相关素材及资料，包括典型教学设计、导学案、优秀课堂教学录像、多媒体课件等

主要成果：

高中生建模意识和能力的评估框架（标准、内容、方法、过程及结果解释）及实验班级的学生物理建模意识和能力评估后总结现状，归纳学生在建模能力形成的困难。探索高中阶段的一些物理模型及建模的方法和途径。

负责人：课题所有成员。

3、 总结阶段（2013年5月-2013年12月）

主要工作：

系统分析整理材料，做数据分析，课题总结、撰写研究报告。

负责人：课题所有成员。

六、研究进度和成果形式

1、  主要研究阶段和阶段性研究目标：

2、  最终完成目标和最终完成时间：

七、完成课题的条件和保证

1、条件分析：

（1）课题负责人：王志，中教一级物理教师，本科学历，宿迁市教学能手，曾参与过市级课题《高中物理六步高效课堂教学模式实践研究》的研究，有一定的开展课题研究的理论和经验积累。

（2）课题组核心成员都是从事一线教学的骨干力量，大多具备本科及以上学历，教学经验丰富，教科研能力强，朝气蓬勃并积极投身于各种教改实践，科研氛围浓厚。

（3）由于学校领导对学校的教科研工作高度重视和支持，为本课题的开展也奠定了物质基础。

2、保障条件：

a、制度保证

课题组按照《宿豫中学教育科研管理制度》执行，每个月召开一次课题例会。主要内容是：

(1)汇报各成员的研究情况；

(2)讨论研究中遇到的疑难问题；

(3)互相交流思想信息；

(4)安排布置和协调下一阶段的工作

b、经济保证

(1)绩效工资中设立了教科研专项基金。

(2)为研究人员提供理论书籍和各种资料。

(3)承担研究人员外出学习、听课、参观等所有费用。