中学物理教学设计研究

中学物理教学设计研究摘要本研究是围绕“以学习活动为中心的教学设计”展开，属于学科化教学设计技术研究，所选学科为中学物理。在此之前，针对学科化教学设计技术的研究主要包括中学数学和化学。本研究借鉴了已有研究成果，同时根据物理学科的特点，如严密的知识结构体系、以物理问题为核心的教学特点、以情境为主线的问题多变方法等，从知识建模、问题设计、能力生成类活动设计等三个方面，对中学物理学科教学设计技术进行了较深入地研究，试图为中学物理教师提供一种理性的教学设计技术，使得中学物理教师能根据课堂需要设计出合适的、新颖的任务，并能根据不同学生的已有知识基础或欠掌握知识设计出合适的问题，并能依据已设计出的任务和问题辅以特定的形式、策略、评价方式等形成一个完整的教学活动。本研究主要包括以下四部分，特点分别如下：(1)中学物理学科知识建模规范。该部分就中学物理学科的知识点类型、知识点间的关系类型、知识组块模式图类型等三个角度构建了中学物理学科知识建模的规范。(2)中学物理学科问题设计技术。在已有的化学和数学学科研究的基础上，重点探索了中学物理学科问题设计的基本思路、知识推理路径的绘制规则等。(3)中学物理学科能力生成类活动设计。中学物理学科意义建构类活动任务也包括9种，与化学和数学学科基本相似，学生问题解决能力的培养是中学物理新课程标准的基本要求，因此在活动设计环节重点探索了以问题为核心的能力生成类活动设计，构建了能力生成类活动的结构要素。(4)中学物理学科教学设计的缺陷分析及归因。技术人造物缺陷分析法是本研究最主要的研究方法。在该部分，主要根据能力生成类活动方案和物理问题的缺陷分析结果，总结了缺陷中与技术环节相关的方面，并通过知识推理路径的自完备性检验方法加以改进。关键词：物理知识建模，物理问题设计，能力生成类活动，技术人造物缺陷分析，知识推理路径，自完备性检验AStudyontheInstructionalDesignofMiddleSchoolPhysicsAbstractThestudyisbasedonLearningActivity-CenteredInstructionalDesign,andbelongstothecategoryofinstructionaldesignresearchfordisciplines,andtheauthorselectsPhysicsasthesubjecttobestudied.Beforetheundertakingofthisstudy,therehasalreadybeenrelatedinstructionaldesigntechnologyresearchonMathematicsandChemistryformiddleschool.Inthisstudy,relatedpreviousresearchworkisusedasreference.InrecognitionofthespecialcharacteristicsofPhysics,suchasitsstrictandrigorousknowledgestructure,problem-orientedinstructionalfeatureswithsituationasthemainoutline,theauthorconductsanin-depthresearchintotheinstructionaldesigntechnologyformiddleschoolPhysicsfromthethreeaspectsofknowledgemodeling,problemdesignandthedesignofactivitiesaimingatfosteringstudents’capabilities.ItishopedthatthiswillprovidemiddleschoolPhysicsteacherswitharationaltechnologyforinstructionaldesign;enablethemtodesignappropriateanduniquetasksaccordingtoinstructionalneeds,designsuitableproblemsaccordingtodifferentstudents’masteryofknowledge,andformasoundinstructionalactivitybycombingthetasksandproblemswithparticularforms,strategiesandevaluationmethods.Thisresearchiscomposedofthefollowingfourparts:(1)KnowledgemodelingrulesformiddleschoolPhysics.Inthispart,theauthorestablishestheknowledgemodelingrulesfromthethreeaspectsofknowledgeclassification,differenttypesofrelationsbetweenknowledgepoints,anddifferenttypesofknowledgemodulespatterndiagrams.(2)ProblemdesigntechnologyformiddleschoolPhysics.BasedonrelatedpreviousresearchonMathematicsandChemistry,theauthoremphasizesuponexploringthebasicthoughtsofproblemdesign,themappingrulesofknowledgeratiocinationroutesandsoon.(3)Designofactivitiesaimingatfosteringlearners’capabilitiesformiddleschoolPhysics.LikeMathematicsandChemistry,tasksofmeaning-constructingactivitiesinPhysicsconsistofninedifferentkinds;andfosteringstudents’abilitiesofproblemsolvingisincludedinthenewcurriculumstandardsasthebasicrequirement.Therefore,inthepartofactivitydesign,theauthorlaystheemphasisuponthedesignofcapability-fosteringandproblem-centeredactivity,andconstructstheelementsofcapability-fosteringactivity.(4)Limitation-analysisoninstructionaldesignofmiddleschoolPhysics.Limitationanalysisoftechnologicalartifactsisthemostimportantresearchmethodusedinthisstudy.Inthispart,accordingtotheresultoflimitation-analysisoncapability-fosteringactivityplanningandPhysicsproblems,theauthormakesasummaryoftechnologicalprocess-relatedproblemsinthelimitationanalysis,andimprovesthedesigningbywayofself-consistencyverificationbasedonknowledgeratiocinationroutes.KEYWORDS：KnowledgeModelingforPhysics,QuestionDesigningforPhysics,Capability-fosteringActivity，LimitationAnalysisofTechnologicalArtifacts，KnowledgeRatiocinationRoutes,Self-consistencyVerification目录中学物理教学设计研究 图22所示，粗细均匀的长为L的铁链对称地挂在轻而光滑的定滑轮上，轻轻拉动铁链的一端，使它从静止开始运动，则铁链脱离滑轮瞬间的速度大小为多少（假设铁链下端尚未接触地面）？（参考答案：v＝）附录SEQ附录\*ARABIC2教学方案及问题缺陷分析－－－专家评审问卷“教学方案及问题缺陷分析”问卷本问卷旨在寻找教学活动方案及其中所用物理例题和练习题存在的缺陷，并探究原因，为不断修改和完善教学设计理论提供依据。正式填答问卷之前，请您先如实填写个人资料。对于选择题，需要您在相应的答案编号上打“√”。如果您选择了第①项或第②项或第③项，还请您在横线上说明原因和看法，越详细越好；对于主观题，越具体越好。谢谢您的合作！您提供的信息对我后续研究具有非常重要的参考价值。问卷结果仅供研究使用，对于您填写的所有信息我们都会严格保密，不会给您带来任何不良影响。恳请您在收到此问卷后15天内填好并返回。个人资料姓名：性别：○男○女最高学历：○高中○职业高中○大专（或高等职业学校）○大学本科○硕士研究生○博士研究生○其他工作单位：教龄：职务：职称：联系方式（电话、E-Mail）：教学研究成果的数量及代表作：《***——活动*》问卷备注：因每个活动中的问题不一样，所以针对活动中问题设计的问卷题目也略有不同，在此，我们以“《机械能——活动四》问卷”为例您认为该教学活动能够达到预定的教学目标吗？①完全不能 ②基本不能③勉强能够请详细说明：④基本能够 ⑤完全能够您认为按该教学活动方案进行教学能照顾到学生的个体差异吗？①完全不能 ②基本不能③勉强能够请详细说明：④基本能够 ⑤完全能够您认为该教学活动方案中的教学组织形式合适吗？①完全不合适 ②基本不合适③勉强合适请详细说明：④基本合适 ⑤完全合适您愿意采用该教学活动方案进行教学吗？①完全不愿意 ②基本不愿意③勉强愿意请详细说明：④基本愿意 ⑤完全愿意您认为该教学活动方案能够促进师生互动、生生互动、形成良好的课堂气氛吗？①完全不能 ②基本不能③勉强能够请详细说明：④基本能够 ⑤完全能够您认为按该教学活动方案进行教学能够提高学生的问题解决能力吗？①完全不能 ②基本不能③勉强能够请详细说明：④基本能够 ⑤完全能够您认为该教学活动方案还有哪方面的不足？应如何改进？下面几道题是针对问题4.2。问题4.2：带有光滑的半径为R的圆弧轨道的滑块静止在光滑的水平面上，此滑块的质量为M，一只质量为m的小球以v从A点沿滑块下滑，当滑块固定不动时，试求小球可以滑行的最大高度，以圆弧轨道的最低点为零势能点。您认为该习题对于巩固和提高学生对原理“机械能守恒定律”的理解是否具有针对性？①完全不具有 ②基本不具有③有一点请详细说明：④比较具有 ⑤非常具有您认为该习题具有科学性和严谨性吗？①完全不具有 ②基本不具有③有一点请详细说明：④比较具有 ⑤非常具有您认为该习题能够用于培养学生运用“机械能守恒定律”解决问题的能力吗？①完全不能 ②基本不能③勉强能够请详细说明：④基本能够 ⑤完全能够您是否愿意使用该习题进行教学？①完全不愿意 ②基本不愿意③勉强愿意请详细说明：④基本愿意 ⑤完全愿意下面几道题是针对问题4.3。问题4.3：带有光滑的半径为R的1/4圆弧轨道的滑块静止在光滑的水平面上，此滑块的质量为M，一只质量为m的小球由静止从A放开沿滑块下落，当小球从滑块B处水平飞出，并且滑块在光滑的水平面上可自由滑动，求小球飞出的速度？您认为该习题对于巩固和提高学生对原理“机械能守恒定律”的理解是否具有针对性？①完全不具有 ②基本不具有③有一点请详细说明：④比较具有 ⑤非常具有您认为该习题具有科学性和严谨性吗？①完全不具有 ②基本不具有③有一点请详细说明：④比较具有 ⑤非常具有您认为该习题能够用于培养学生灵活运用“分隔法”和“整体法”解题的能力吗？①完全不能 ②基本不能③勉强能够请详细说明：④基本能够 ⑤完全能够您认为该习题能够用于培养学生综合运用“机械能守恒定律”与“动量守恒定律”解决问题的能力吗？①完全不能 ②基本不能③勉强能够请详细说明：④基本能够 ⑤完全能够您是否愿意使用该习题进行教学？①完全不愿意 ②基本不愿意③勉强愿意请详