基于高中物理核心素养的研学实践教育案例研究

摘要：通过分析校外研学活动与校内科学竞赛案例，探讨如何通过实践活动提升学生的物理学科核心素养。研究采用案例研究法，结合定性与定量数据分析，评估学生在参与实践活动中的表现和学习成果。结果表明，研学实践活动有效促进了学生的创新思维、问题解决能力和团队合作能力的发展，并显著提高了他们的物理学科理解和应用能力。研究强调了实践教育在高中物理教学中的重要性，具有一定的教育意义和实践价值。关键词：高中物理；核心素养；研学实践；科学竞赛；教育案例通信作者：谢奔峰（1978—），男，广西壮族自治区北流市高级中学。物理学科核心素养包括科学探究、物理建模、批判性思维和创新能力等，能帮助学生理解物理原理，解决实际问题，是高中物理教育改革的关键目标。随着新课程标准的实施，物理教学不再局限于知识传授，而是更注重培养学生的综合能力，尤其是将物理知识应用于实际情境中的能力。在物理教学中，研学实践活动能够帮助学生将理论知识与实际情境相结合，激发他们的探究兴趣和提升解决问题的能力。本研究结合我校开展的校外研学活动（如参观灯笼桥、圭江明珠大桥等）以及校内科学竞赛项目（如纸桥承重、落体缓降和水火箭制作等），探讨如何通过实践活动提升学生的物理核心素养，进而推动物理教学改革和素养教育的创新。一、研究背景（一）物理学科核心素养的研究现状物理学科核心素养是新课程改革的重要目标，涵盖科学探究、物理建模、批判性思维和创新能力等方面［1］。物理学科核心素养不仅是对学生知识掌握的要求，更强调学生在学习过程中如何运用所学知识解决实际问题。特别是在面对复杂问题时，培养学生的创新思维、批判性思维以及系统分析能力显得尤为重要。然而，尽管对于核心素养的框架和理论已有较为完善的探讨，但关于如何在高中物理教学中实现这些素养的具体实践案例仍较为匮乏，尤其是在具体教学情境下如何有效地融合这些核心素养，尚缺乏系统性和具备良好可操作性的研究成果。（二）研学实践教育的研究现状研学实践教育通过让学生参与实际探究活动，成为提升学生综合素养的有效途径［2］。在物理学科中，校外考察与校内比赛有助于学生将理论与实践相结合，但现有研究多集中在课堂教学，缺乏系统的研学活动分析，尤其是实践活动的具体设计和实施。（三）研究总结尽管研学教育和核心素养培养在物理教育领域中已得到一定研究，但针对具体教学案例和实践活动的系统分析较为稀缺。本研究通过多个案例分析，探讨研学实践活动如何在不同情境下促进物理学科核心素养的提升，为物理教学提供实践指导［3］。二、研究方法（一）研究设计研究采用案例研究法，需要明确研究的目标、对象和研究周期。（二）数据收集方法定性数据：通过访谈法、课堂观察法和学生作品分析法收集数据，分析学生在活动中的参与表现、问题解决过程和科学思维能力。定量数据：通过学生作品评分（如纸桥承重、落体缓降装置、水火箭等），评估学生的物理学科核心素养的提升情况。三、案例实施（一）校外研学活动实施1.小组分配与任务安排学生分为3个小组，每组7—9人，任务包括：方案设计，设计实验方案或展示内容；数据收集，查阅资料、收集数据；实验操作，执行操作并记录数据；汇报准备，整理研究结果并展示。2.任务安排表教师在活动开始前提供任务说明书，列出目标和所需材料。研学活动的时间安排如下表1。（二）校内科学竞赛活动实施1.竞赛项目介绍高二年级竞赛项目：铁丝陀螺：涉及转动惯量、角动量和力矩。投石机：涉及抛物线运动、力学原理和能量转化。高一年级竞赛项目：纸桥承重：涉及材料力学和结构设计。落体缓降：研究轨道形状、倾斜角度和滑动摩擦力对下落时间的影响。水火箭制作：涉及气体压力、喷射原理和运动学。2.任务要求与材料落体缓降项目：钢球、卡纸、透明胶等。纸桥承重项目：70克A4纸、文具胶水、测重车等。竞赛要求学生根据提供的材料制作模型，按要求进行测试并提交作品。3.竞赛展示与结果学生按班级组成小组，通过查阅资料和设计草图完成项目，提交作品进行审核。在学校礼堂开展展示比赛，每个小组依次汇报设计思路、实验过程和成果。评审组根据表现打分并公布成绩，根据排名，学生按比例获得一等奖、二等奖和三等奖，并在礼堂举行颁奖仪式。通过这样的动手实践活动，学生不仅学到了物理原理，提升了物理核心素养，还在实际操作中提升了问题解决能力和团队协作精神。四、研究结果与讨论（一）活动对学生核心素养的影响通过研学活动和科学竞赛的实施，学生在多个方面的能力得到了显著提升，特别是在创新思维、问题解决能力和团队合作能力这些在物理学科核心素养中占据重要位置的方面。第一，创新思维的培养。在本研究中，创新思维的培养贯穿于所有研学活动和竞赛项目。例如，在“纸桥承重”项目中，学生不仅需要理解力学原理，还要在有限的材料和时间内进行创新设计，以提高桥梁的承重能力。学生通过设计桥梁结构、选择材料、计算承重点等步骤，逐步培养在物理学实验中运用创新思维的能力。通过这种任务驱动的实践，学生将物理学的理论知识与实际问题相结合，提升自身思维的灵活性与创造性。第二，问题解决能力的提高。在校外研学活动和科学竞赛中，学生面对的实际问题促使他们进行自主思考和不断试验。以“落体缓降”项目为例，学生要设计一种方法来延长物体下落时间，这个过程涉及实验设计、数据收集和分析。学生需要优化实验步骤，并根据实验结果的反馈进一步调整设计方案。通过这一过程，学生不仅加强了对物理理论知识的理解，提升了解决复杂物理问题的能力，还提高了将理论应用于实践的能力。第三，团队合作能力的增强。所有研学活动和竞赛均为小组合作形式，团队成员之间的分工与协作对任务的完成至关重要。例如，在“水火箭”项目中，学生不仅要讨论火箭的设计方案，还要分工合作进行火箭的制作与发射。通过这种集体合作，学生在沟通、协作、任务管理等方面获得了显著提升。每个小组成员的贡献都会对整体任务结果产生影响，这使得学生学会了在团队中发挥自己的优势，与他人共同实现目标。（二）学生学习成果的评估通过对学生的作品评分、课堂表现以及心得反思进行分析，我们可以清晰地看到学生在物理学科上的进步，尤其是在动手能力、物理理解和实际应用方面。第一，作品评分。在校内的科学竞赛中，学生的作品质量直接反映了他们对物理原理的理解与实际应用能力。例如，在“铁丝陀螺”竞赛中，成功设计出旋转时间较长的陀螺的学生，对转动惯量、角动量等物理概念有更为深刻的理解。在评分过程中，教师和评审专家不仅考虑学生作品的完成度，还评估学生在设计过程中对物理理论的实际运用能力。因此，作品评分可以反映学生是否掌握了相关物理知识，以及能否将其创新地应用于实际问题中。第二，课堂表现。研学活动极大地激发了学生对物理学的兴趣，学生在课堂上的表现变得更加积极主动，课堂讨论和学生间的互动明显增加。例如，在“投石机”原理讨论中，学生能够根据实验结果提出多种设计方案，并通过实验验证自己的假设。这一变化表明，研学活动不仅丰富了学生的物理知识，还极大地提升了他们的思辨能力和实践能力。第三，心得反思。学生在活动后的反思日志中普遍提到，通过参与实践活动，他们不仅加深了对物理概念的理解，还意识到了物理知识在现实中的广泛应用。有学生反映，之前在课堂上学到的物理理论与实际生活的联系较为抽象，而通过亲手设计和实验，他们更加深入地理解了物理现象背后的原理，并能将理论与现实问题相结合，提升了自己的综合应用能力。这种反思表明，研学活动有效促进了学生物理学科核心素养的全面发展。（三）研究中的不足与改进建议尽管研学活动和科学竞赛取得了预期的效果，但在实施过程中也遇到了一些挑战和困难，需要在未来的教学设计中进一步改进。首先是时间安排的挑战。部分活动由于设计复杂，学生需要投入大量时间进行实验和制作，比如在“落体缓降”项目中，虽然学生提出了多个创意设计，但由于时间的限制，部分小组未能充分进行试验和优化。未来可以考虑合理调整活动的时间安排，可以适当延长活动时间或将活动分阶段。在时间安排上，既要保证活动的深度，又要避免因时间不足导致的实验草率或结果偏差。其次是资源限制。某些活动的实施受到资源限制，特别是在物理模型制作过程中，材料和设备的不足会影响学生创意的实现。例如，在“水火箭”项目中，学生需要特定的设计材料和工具，但学校的资源有限，部分小组的设计方案未能完全实现。未来可以考虑增加实验资源，或鼓励学生自带材料，以便更好地开展项目。最后是评估标准的局限性。虽然作品评分为学生提供了量化的评估依据，但评分过程中可能存在一定的主观性影响，尤其是在评审创新性和实验操作方面。为了提高评估的公正性和准确性，未来应制定更为细致和明确的评分标准，并将学生的过程性表现与成果性表现结合起来，进行综合评估。可以从设计阶段的思路记录、团队合作表现、实验数据的分析等方面