课题负责人：王守行

课题组成员：申敏娟

1.问题的提出

1.1.研究背景

物理学是一门以实验为基础的自然科学，而实验教学的根本出发点不仅是培养学生的实验技能，更重要的是启发和培养学生的发散性思维、创新精神和创造能力。21 世纪对人才更加注重个性和创造性,注重和合作精神,注重通才教育,注重培养受教育者的思维活力和实际运用能力。 实验教学对培养创新人才起着非常主要的作用,中学物理教学应以实验教学为基础。为了培养学生的创新能力,就必须加大实验教学的质量与数量。

在新课改的背景下，教学应当更多地关注“过程与方法”，“情感、态度与价值观”。通过科学类课堂中的自主设计实验、探究科学规律的环节，可以让学生在一定程度上经历科学研究的过程，体会科学研究的“过程与方法”。在探究过程中，培养活跃的思维和创造力、严谨的科学精神，树立热爱并尊重科学的情感与态度。

我校的人才培养目标之一是创新拔尖人才的培养，从这个意义上来说，在科物理课堂中贯穿实验探究规律的思想和方法，对培养学生的发散思维、创新能力是非常必须的。而研究这一类课堂要如何才能做得更好更成了我们一线教师迫在眉睫的重要任务。

在具体的物理教学过程中，应思考每一个教学环节对于学生关键能力的培养有什么意义。更应该思考物理课程应该培养什么样的关键能力。西方科学肇始于物理学，而物理学科是以逻辑与实验为基础的。因此，在物理教学中，应该重点培养学生逻辑、实验方面的关键能力。在自主实验设计的探究活动中，还可以培养学生的逻辑思维、实验设计能力、实验操作能力、创造力，在分小组的探究教学中，还可以加强有效沟通的能力。

1.2.目的、意义

分析目前国内的相关研究发现，同类研究并不多。关于物理实验课堂的研究大都集中于具体实验的设计方案，而此类研究大都由授课教师设计具体的实验方案，而不是提供机会供学生自主设计实验。另一类研究则立足于心理学教育学的基本理论，讨论怎样的物理实验课堂更有利于培养学生，这类研究在理论上提供了实验课堂的思路，但是缺乏具体的可操作的教学建议。还有一类研究立足于中外科学课堂的比较，比较中外物理教学在实验方面的差异，有一定的参考价值，但是并无国内的实证。因此，在校内展开具体的、可外推的研究有比较好的理论价值和实践价值。

2.主要创新

参考国内目前的相似研究发现，对于学生自主设计实验的研究非常多，但是更多的是针对某一具体课例，探讨如何创设情境来激发学生进行实验设计。对于有效提升学生实验设计能力的研究并不多，因此本研究在内容选取上有一定的新颖性。另外，参考相关研究发现，对于学生的评价方式，大多为学业成就的评价方式，这种方式过于单一，不能全面反映学生的能力，因此本研究在如何评价学生“能力的提升”方面有一定的新颖。

3.概念界定

3.1.对研究对象的总体范围界定

研究对象为华中师大一附中高一年级的物理课堂行为。本研究重点着眼于高一年级新课教学阶段，在概念和规律的建立过程中，学生自主设计实验的环节，研究这个过程中教师和学生的课堂行为，以及实验设计行为对课堂内外学生学习的影响和实效。

3.2.对关键概念的界定

本研究所涉及的物理课堂为华中师大一附中高一年级平行班的物理课堂，因为该样本的选取能够代表我校学生的普遍水平，因此初步认为作为校本课题，该样本的选取在校内有较好的外推性。

其中所涉及的学生的“自主设计实验能力”这一概念的关键在于如何考量学生的“能力”。用学业成就来衡量显然不是一个恰当的方式。因此，在研究过程中，需要参考相关的文献和研究，设计出科学的考量学生“能力”的标准，例如：自测量表、观察行为量表等。

4.研究内容和目标

4.1.研究内容

（1）探索在高一年级平行班物理教学的新课课堂中，影响学生自主设计实验能力的因素主要有哪些。

（2）研究如何评价学生的自主设计实验的能力，形成合理、科学、有良好外推性的评判方式。

（3）研究具体的课例和教学设计，探索怎样的教学设计和课堂更有利于提升学生的自主设计实验能力。

4.2.研究目标

（1）设计考察学生“自主实验设计能力”的比较合理的标准。

（2）形成研究报告，说明什么样的教学设计能够更好地提升学生自主设计实验的能力。

（3）根据研究成果进行相关的教学设计和课例展示。

5.研究过程

5.1.调查

通过访谈、问卷调查、行动研究搜集资料。初步了解在自主设计实验的教学中主要存在什么样的障碍、需要解决什么问题。对学生的调查表明：自主设计实验的障碍主要在于：无法根据情境提出问题、做出假设；对于基本实验器材的原理、功能不清楚；对于科学实验的基本逻辑不明确。对教师的调查表明，在教学中开展自主实验设计和探究所面临的主要问题有两个方面：一是传统的班级人数太多，分组后很难在同一堂课对每一组进行指导；二是对于学生的自主实验能力是否有实质性的提高很难评价。

5.2.文献研究

第二阶段的文献研究主要集中在两个方面，一是研究了国内外理科课堂的探究方式、教师对学生自主实验的认识和关注程度；二是就评价方式查阅相关文献，寻找相关理论依据，以求制定客观的评价标准来衡量自主设计实验的能力。

5.3.制定评价标准

标准化的测验，传统的考试、评分也许并不能客观地衡量学生的自主设计实验能力。表现性评价是一种功能多样、能与教学活动相容、方法多样、情景真实的以质性评价为主的评价方式。表现性评价强调两个方面的内容，一是对过程中各个环节的关注，而不仅仅是简单地关注最后的结果，这样有利于对于学生的能力结构做出客观的、更加系统的评价；二是除了教师评价外，强调学生的自评、小组成员之间的互评，在自评和互评的过程中激发了学生内在的学习兴趣和动力，也在一定程度上解决了班级人数太多，教师无法在一堂课关注到每一个学生的表现的问题。

5.4.开展相关的教学活动、评估教学效果

课题组依据相关研究成果，形成针对提高学生自主实验能力的教学设计，展开教学，在课后进行包含表现性评价的多种评价，来评估学生的自主实验能力。

6.结论

6.1.自主设计实验课题的选择

并非所有的教学内容和课题都适合用来培养学生的自主设计实验能力。例如，牛顿运动定律、电磁学的基本规律等都是科学家经过多年的实验和理论研究得出的伟大结论，要求学生在一堂课的时间之内进行探究并得出结论，难免陷入“假探究”、“表演课”的怪圈。相反，很多生活中可以观察到的实际现象，一些物理规律明显、易于理解的课题更适合作为自主设计实验的研究课题。例如，以某一具体的现象引入，研究具体的问题，如《研究气体的等温变化》中，用“吹气球”“压瘪的乒乓在热水中复原”等一些易于理解的的方式直观体会问题，从解决问题的角度出发，开展实验的自主设计和探究。

6.2.自主设计实验课教学设计的基本理念

皮亚杰认为，人的行为具有一种定向性的平衡。本来处于平衡状态的图式，由于人与新事物的相互作用而破坏了平衡状态，出现了非平衡化。为此，人再进行反应又恢复平衡， 这种重新达到平衡状态的心理反应过程， 称为平衡化。平衡化又可分为同化和顺应两种形式。同化是主体面临新的情境时，总是将新的知觉要素或刺激整合到原有的图式中，引起主体原有认知结构量的变化，以加强和丰富主体的动作。而当主体的图式不能同化客体时，主体只有改变原有图式或建立新的图式，引起主体认知结构发生质变才能适应或容纳新的刺激，这叫顺应。正是在同化、顺应的交替转换过程中， 新的认识不断整合为更高级复杂的认知结构。学生的心理发展，就是这种认知结构从平衡到不平衡再到新的平衡的过程。按照皮亚杰的平衡学说，冲突是认知结构重新组织和随后发展的基础。

因此，在教学设计的过程中，为了引起学生认知上的冲突, 引起最佳的不平衡, 教学设计要遵循“新颖”且“适度”原则。新颖的情境可以引发学生的认知冲突。“适度”是指设计既要与学生已有的知识经验有一定联系，同时又要有一定的难度。这样的设计如同树上的果子一样，学生必须“跳一跳”才能摘下来, 这样就最大限度地激发了学生的求知欲和好奇心。当他们依靠已有的知识解决了一个新问题时, 往往会在紧张的智力劳动之后带来精神上的满足。这种求知欲满足后, 又会产生新的刺激, 激励他们进一步去探索新的课题, 从而转化为学习上的一种内驱力。

6.3.在教学评价中开展表现性评价的优点

在教学过程中，从促进学生发展角度来看，引入表现性评价是完全可行的,并突出具有如下的优点:第一，有助于激发学生的兴趣：由于学习压力重，能够在课前做到进行认真预习的同学非常少，在课堂上积极展示自我的现象也不是十分普遍。在表现性评价的相关措施实施以后，这些情况得到了一定程度的改善。与以往的评价不同，表现性评价很重视学生参与自我评价，很重视学生的自我评定以及小组成员之间的互评。评价标准越具体和客观，学生越能从自己能做什么中体会到成功的喜悦，它为学生创造了一种积极的学习氛围和积极自我形象，增强了他们对于自己的信心，提高了学习兴趣。第二，有助于优化教学过程：表现性评价是教学过程不可分割的一部分，教师在评价过程中，可以给予学生及时表现性评价；恰当的鼓励与适时的反馈。在教学过程中使用表现性评价的目的不在于给学生一个准确无误的或客观的具有可比性的分数或等级，而是重在监督、记录和反馈，重在培养和提高学生的表现，这是与传统的在课业结束后进行评价所不一样的。第三，有助于教师对教学过程进行反思：表现性评价重在对过程的关注和反馈，在这个过程中，教师将不再是用最后的考试成绩来衡量教学效果，而可以深入到每一个具体的教学环节进行思考和改进。表现性评价强调学生的自评和互评，还有利于教师实时地了解学生的学习情况，以做出下一步教学的最合理规划。

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