《创新初中物理实验的实践研究》
中期研究报告
一、研究背景
（一）基于学生成长，激发学生兴趣的需要
爱因斯坦说，兴趣是最好的老师。引发学生对物理实验的“主动之意”，将课堂教学的内容放置到学生实验中去，让学生通过实验增加体会和感悟，真正地做到从物理实验的“工具性理解”走向“创新性理解”。
物理学前沿的许多基本概念来自于对新奇物理现象和创新实验结果的分析，其理论成果与现代社会生活中广泛应用的新素材、新技术有密切的联系，具有鲜明的时代性，这会随着学习的深入越来越强烈，最终引导学生自觉的终身学习，不断的完善和充实自己。
（二）基于教师发展，提升教师物理素养的需要
对科学前沿的关注跟踪，一方面可以帮助教师形成宽广而深厚的知识视野，从容应对技术危机，另一方面教师对前沿知识的敏感性往往可以帮助其将创新实验内化到教学中，新课程要求教师有多元的知识结构，因此教师应该多去了解物理前沿技术，多参与物理学术交流，提升自身的物理素养。
（三）基于学校课程，创新课程建设的需要
2016年4月，我校被评为江苏省农村初中情智语文课程基地。2017年9月，我校高质量通过了江苏省课程基地中期评估。“互联网+时代课堂教学范式研究”是江苏省基础教育前瞻性教学改革重大研究项目，通过积极申报，我校非常荣幸地成为初中物理领衔校。这为我校学科的发展带来了新的契机。更让我们物理学科的实验教学的创新有了更深的内涵。
二、核心概念及其界定
1.物理实验：运用仪器和设备，在师生的操作下，有目的有计划的呈现物理现象，开展探究性的多样化活动。包含电学实验、力学实验、热学实验、光学实验等。
2.创新：本课题研究的创新是指不改变原有实验教学要求的前提下，运用新技术、新方法、新思路重新建构实验的呈现方式、丰富物理知识在实验构建下的运用体验。
三、研究目标
1.通过本课题的研究，激发学生学习物理的兴趣和求知欲望,提高学生的动手能力，让学生在创新实验的自主探究过程中，体会到成功的喜悦，感受到知识的力量, 让学生主动地学、快乐地学、高效地学。
2.通过本课题的研究，促进学生的思维发展和个性发展,在创新中不断地反思自己、批判自己、提高自己，在实践中不断发现问题、提出问题、解决问题，从而达到思维发展与个性发展双赢的局面。
3.通过本课题的研究，促进教师的知识不断更新，创新意识、创新精神不断增强，提升教师的教学水平和科研能力。通过创新初中物理实验的案例研究，探索初中物理创新实验设计的基本途径，形成创新初中物理实验设计的研究策略，建立创新初中物理实践研究的评价体系。
4.通过本课题的研究，促进我校初中物理课程教学改革的发展，在课题组已经初步应用创新初中物理实践研究的策略促进学生思维和能力的发展并取得一定成果的基础上，加强创新初中物理的应用研究力度，推动物理学科基于创新物理实验的教学活动。
四、研究方法
1.文献研究法。在课题研究前期，借助中国知网、百度文库、万方数据库等电子资料或书籍、专著和报刊等查阅与“物理实验”，“创新”核心概念相关的文献资料，为顺利完成课题研究奠定坚实的理论基础。
2.调查研究法。通过编制问卷，活动前对物理实验的开设情况进行调查，对结果进行分析研究，获得资料，在充分了解当前创新物理实验的教学现状的基础上，深入文献研究和理论探索，为本课题进一步进行实践研究奠定基础。
3.行动研究法。在课题研究中期，通过教学实践对创新初中物理实验的策略展开全面的实践与研究，不断总结和反思，调整研究方案，采取相应措施，逐步促进研究的深入。
4.案例研究法。进一步研究创新初中物理实验的教学课例，积累实践经验和相关理论基础，并将成功案例整理成册。
五、研究内容及过程
(一)节点事件的回顾
1.专家引领，课题研究的方向调整
我们课题组教师自课题申报后，成立了课题研究小组，课题组成员精心设计课题研究方案，2020年6月11日，在郑陆实验学校进行开题论证，天宁区教师发展中心于纯老师建议本课题名称进行变更，并对研究内容做了细致的指导。
2020年10月20日，市教科院基础教育改革与发展研究所所长、教育学博士王俊来到天宁区龙锦小学，为全区作《文献研究法简介与实例分析》专题讲座。课题组成员学习了完成文献综述的相关技巧，并完成了本课题的文献综述。
2.专家指导，课题研究的思路清晰
为了切实提高教师教科研水平，促进青年教师向研究型教师转型，2020年11月11日，常州市教科院规划办龚国胜主任为课题组成员和青年教师作了《教师研究的行动与提炼之课题研究》的专题讲座。龚主任从研究方向、撰写报告、教师遇到的问题三方面做了高屋建瓴的指导，使课题组成员研究的思路更清晰。
3.实践研究，课题研究的方案细化
（1）加大创新实验力度，课题引领，同题异构
2020年10月30日，课题组在我校借助于天宁区的物理教研平台，开展了《创新初中物理实验的实践研究》的课题研讨活动，李晓兰、沈玉宇两位教师紧绕课题同课异构，开展了区级公开课，活动得到了汤局长的肯定和鼓励：创新实验是促进学生发展、提高教学效率的重要载体和有效手段，课题组要以创新实验为抓手，创新实验不仅仅是为教师服务，更重要的是为学生服务，为整个高效教学服务，物理教师要努力寻找实验的创新点。
（2）课题研究结合活动，层层推进，强化过程
课题组初步建立了创新实验视频资源库，利用视频资源库，2020年9月，课题组申报常州市教育局第十八期“优秀教师免费导学”公益活动成功，目前开展了四次活动，上传了4个视频，受到一致好评。2020年10月，江苏省五四杯初中青年教师微课征集活动中，陶翔老师获一等奖，李晓兰老师获二等奖。
为进一步培养学生的创新精神和实践能力，提升学生的科学素养和技术素养，课题组结合常州市中小学生创新物理实验大赛，加强对学生的指导，同时提高自身创新实验教学的能力。2019年11月，课题组成员在第五届常州市物理创新实验大赛中辅导的学生收获了一些荣誉，陶翔、李晓兰老师指导的学生获市一等奖，沈玉宇老师指导的学生获市二等奖，邵一锋老师指导的学生获市三等奖。2020年12月，课题组成员在第六届常州市物理创新实验大赛中辅导的学生收获了一些荣誉，李晓兰、邵一锋老师指导的学生获市二等奖。
（3）社团推进锦上添花，合理开发，加强辐射
2020年9月，学校加大选修课程的开发力度，增强其丰富性，为学生开设了20个高质量的社团课程，来满足学生的多元需要。在做好宣传发动组织工作的前提下，课题组成员负责4个与课题紧密相关的社团，招募一批具有较强科技创新能力的学生，将科技创新的精神从课堂辐射到社团。
（4）教师培训系列开展，形式多样，注重实效
课题开展以来，本校物理教研组借助于天宁区物理教研平台开展沙龙探讨、物理评优课、共同阅读等创新实验主题系列活动，多种形式进行有层次有递进的系列活动，切实提高教师创新能力与理论水平。2019年12月12日，在郑陆实验学校开展了天宁区初中物理教学案例研讨活动，针对创新实验，武进区教研员殷亮侪老师给出重要的指导，实验课重点是创新实验方案的设计，通过问题串进行修整，提高课堂中学生的思维含量，增强学生的推理演绎能力。天宁区教师发展中心吴卫星主任提出宝贵建议，希望大家精心设计创新实验案例，把天宁区的物理教学做扎实。2020年12月，天宁区开展了物理优质课评比，课题组成员李晓兰老师在实践中运用创新实验的理念设计教学，从情境创新；从实验器材创新；从实验开放方式创新；从实验评价创新。最终得到评委的认可，获天宁区物理评优课一等奖。
（二）组织学习相关的理论著作，奠定坚实的理论基础
在课题研究前期，借助中国知网、百度文库、万方数据库等电子资料或书籍、专著和报刊等查阅与“物理实验”，“创新”核心概念相关的文献资料，为顺利完成课题研究奠定坚实的理论基础。
课题组广泛收集文献资料，利用平时的教研活动，组织大家理论学习，并及时撰写学习心得。江苏省初中物理特级教师汤金波老师的《汤老师创新物理实验室》三本书，包含了声光热、力学、传感器三部分，全书图文并茂，结论清晰，实验报告格式规范，实验要素和过程翔实，汤老师的话:“做实验只要做好模仿、改进、细化、创新，则学好物理可期也！”让课题组成员深受启发，三本书使整个课题组不断地从理论走向实践。同时课题组订阅的《中学物理》、《初中物理教学案》也为创新初中物理的实践研究提供了许多理论和实践的指导。
（三）编制课题研究的调查问卷，推进课题的研究进程
本课题组在文献研究的基础上，列出调查所要考察的项目，利用钉钉编制问卷，统一发放，师生在钉钉线上不记名问卷，真实的表达自己的想法，问卷100%回收，利用钉钉的强大的数据处理系统，将数据绘制成饼图。问卷分为教师卷和学生卷两大问卷。
1.教师问卷调查与分析。本次教师问卷调查围绕物理实验的地位、教师演示实验的频率、学生分组实验的频率、改进实验的频率、创新实验的频率等问题展开调查，旨在了解初中生创新思维和实践能力培养的实施情况，以便确定本课题研究的方法、手段和紧迫性。通过问卷调查，比较全面的反映了教师对创新物理实验的现状。通过对调查问卷的总结和分析发现，大部分的教师有创新实验的愿望，但实际教学中遇到了很多问题，阻碍了教师迈向创新实验的步伐。教学成绩、中考的压力，很多主观和客观因素导致实验教学的效果不理想。很多教师重演示实验，轻分组实验，给与学生思维时间和空间少；重习题训练、轻实践技能，自身创新意识淡薄；重知识传授、轻主动探究，自身创新能力不足。长此以往，学生的动手、动脑、合作、探究的能力也就得不到很好的培养了。
2.学生问卷调查与分析。本次学生问卷调查围绕学生的物理实验方式、教师实验的指导，创新实验的频率等问题展开调查。旨在了解学生对创新实验的兴趣，以便确定本课题研究的任务、方向和必要性。大部分学生对物理实验有浓厚的兴趣，对创新实验的兴趣更胜一筹，但由于一些主观和客观的原因，如初中学习负担重，中考压力大，真正付诸行动的学生并不多，创新实验过程中缺乏主动性，创新意识淡薄，知识迁移能力较弱，造成了学生缺乏形成物理知识的直观材料、感性认识的过程，挫伤了学生学习物理的积极性和主动性，限制了学生的求知激情和创造性思维发展。
（四）创新初中物理实验设计的策略研究
不同的创新实验类型将有不同的设计要求，也将会达到不同的实验效果。
1.初中物理创新实验的分类
（1）按创新方式不同可分为：实验方法创新实验、实验器材创新实验；
（2）按创新用途不同可分为：教师演示创新实验、学生分组创新实验；
（3）按创新程度不同可分为：改进类创新实验、自制类创新实验。
2.初中物理创新实验设计的基本步骤
（1）明确实验目的、行动方向和创作思路
设计创新实验之前首先要对教学内容和学生的学情进行分析，根据知识的重要性来确定实验的必要性，明确实验目的和行动方向，缕清创作思路，发现挖掘物理实验的创新点：从情境创新，多个情境有层次的加深难度；从实验器材的创新，提高了学生实验的效率；从实验开放方式的创新，有目的性的指导学生；从实验评价创新，教师的示范评价和生生评价结合。
（2）实验的构思与设计
明确实验目的后，根据实验原理进行整体构思，设计实验方案，在整个设计过程中需不断进行改进和完善。
（3）实验的取材与制作
针对预先的周密设计，选择合适的实验器材，制成实验模型，在制作过程中可寻求他人帮助，要不断地修正实验设计，努力实现实验模型制作的有效和到位。
（4）实验的试验与调试
思考设计是否合理，方案是否可行，实验模型是否效果明显，必须进行实践检验。在试验中反复修正和完善，直至达到设计要求，并轻松实现实验目的。
（5）实验的修正与完善
根据实验现象，判断是否更好地完成了教学目标，是否达到了预期效果。也可根据实验评价反过来重新审视实验设计、步骤与实验制作，找出不足，进行修正与完善。最后还要对整个实验装置的外形进行装饰，努力实现既实用又美观的理想效果。
3.初中物理创新实验设计的基本途径
创新实验不仅仅是为了激发学生的学习兴趣，更重要的是在吸引学生注意力、激发学生求知欲的前提下，通过创新实验更好地解决教学中存在的问题，更好地突破教学中的重难点，将学生难以理解的物理概念、物理规律等通过实验的方式降低难度，使学生更好地理解和掌握物理基本知识和基本技能，最终培养学生的实践能力和创新能力。
（1）立足教材中原有实验进行改进、完善和创新
教材中的原有实验都是经过时间和实践检验的、经过专家学者多方论证的，能更好地为教学服务的经典实验。但随着社会飞速发展，有些操作时间过长、步骤繁琐、效果不明显的实验已经被改革大潮所淘汰或被效果更好的先进仪器所替代，因此可立足在教材中原有实验的基础上，对该实验进行改进、完善和创新，达到真正为教学服务。例如：用数显温度计检测说明红外线的热效应。
（2）立足物理概念和物理规律，对无实验的重、难点知识进行实验创新
对于教材中较难理解和掌握的物理概念或物理规律，并不是都有实验教学作为辅助。单明了的物理概念和物理规律没有实验辅助问题不大，但如果重要的、难以理解和掌握的物理概念和物理规律也没有配备实验的话，就会给教师高效地教、学生有效地学带来很大困难。这时可以根据实际需要，适当地进行创新实验，不仅可以有效突破重难点，还可以将理论与实践相结合，培养学生的动手能力和思辨能力。 例如：自制能吹的口琴说明音调与空气柱长短的关系。
（3）立足知识内涵和外延，对拓展、延伸的内容进行实验创新
中考更加注重学生对知识的形成过程，强调知识的逻辑性，考查学生的综合能力。教师要适应新形式，把握新课标，准确定位知识的深度和广度，对知识的内涵和外延进行全面理解和准确把握。牢记我们是用教材教，所以不能将我们的教学困在教材之内，我们必须根据中考的要求和学生的学习水平与特点对部分知识进行针对性拓展，使学生原有的知识与新掌握的知识进行有效衔接。这样学生就会自觉将新旧知识进行补充、整合，有助于学生更准确地理解和把握教材内容与中考考点。为了使学生充分理解和掌握这些知识内涵与外延的内容，在教学过程中，可以对此进行创新实验。通过创新实验，以更加直观、生动的方式帮助学生理解和领悟知识本身与知识的外延。例如：在拓展实验中利用二极管判断水果电池的正负极。
（4）立足学科素养与科学精神，对实验教学方法、手段进行改进与创新
立足学科素养与科学精神，对实验教学方法、手段进行改进与创新初中物理学科素养的核心是关注学生的学习方式和科学探究能力，在科学探究过程中，逐步提高学生学习水平和增强学生学习的主动性。在实验教学方法的改进上，要建立以学生为主体的实验教学模式，形成以合作为主的自主探究的学习方式。通过实验方法、手段的改进与创新，充分激发学生的学习兴趣和求知欲望，提高学生解决实际问题的能力，培养学生严谨的科学态度和实事求是的科学素养。例如：利用强大的多媒体技术与物理课堂合理的融合。
（五）创新初中物理实验的案例研究
根据教学需要，在教师能力范畴内，从学生的认知水平和认知规律出发，课题组依据上述的设计理论，结合自身的实际情况开发设计并实践了一些操作性较强、实验效果较好的创新实验。
1.帮助学生建立和理解物理概念
有些物理概念比较生涩难懂，恰巧教材上又没有更好的方法来帮助学生更好地建立和理解这个新的概念，这时创新实验可以发挥其特有的价值，比教师用上大半节课滔滔不绝地强调这个概念并要求学生死记硬背下来效果来的更好，正所谓“百闻不如一见”。对重要且难懂的物理概念进行实验创新，有助于学生对新的概念的建立和理解，会使学生少发生“想当然”的错误。例如陶翔老师执教《摩擦力》时，利用小游戏《筷子提米》引入新课，实验创新，现象明显，学生容易操作，在实验中帮助学生建构概念。
2.帮助学生探究、理解和掌握物理规律
物理规律是物理知识的核心，更是物理知识结构的主框架。积极探究物理规律形成的过程，理解并熟练掌握物理规律是学生发展能力和培养科学精神的重要途径。创新实验为学生探究物理规律提供了可行性和必要性，为更好地理解和掌握物理规律提供了重要手段和科学方法。例如李晓兰老师执教《光的折射》时，利用光的反射对比学习光的折射，通过光的反射定律猜想光的折射规律，对比实验，求同存异，帮助学生寻找学习知识的一般方法。
3.立足知识内涵，导向“深度学习”
“深度学习”即基于高阶思维发展的探究性理解学习。导向深度学习的核心就是教师在教学过程中逐步引导学生对问题的深度钻研，对问题有一种刨根问底、追根究底的探究精神，体验问题解决的快感，形成对知识的可迁移能力。物理的深度学习，并不是拓宽知识点的深度与广度，归根结底是对物理实验进行有效的探究性学习。例如李晓兰老师执教《电路连接的基本方式》时，设置主题式实验，三个情境层层递进，学生根据情境变化不断改进设计，最后成功设计完整的家庭电路。
4.拓宽知识广度、降低习题难度，有效突破思维瓶颈
在物理学习过程中，学生常会遇到匪夷所思的疑难问题，物理现象的不甚理解，物理概念的似是而非，物理规律的将信将疑等等。这些问题的存在，严重阻碍了学生前进的步伐，是学生前进路上的拦路虎，畏难情绪日积月累，久而久之，严重影响学习效果。怎样帮助学生突破思维瓶颈，拓宽知识的广度与深度呢？最好的办法就是利用创新实验突破瓶颈，消除戒备，达到制胜的目的。例如邵一锋老师执教《电压表》习题课时，拓展水果电池的实验，利用电压表和二极管创新实验，学生通过实验探究明白如何判断铜锌片的正负极，为学生后续的疑难问题扫除了障碍。
（六）创新初中物理实验的评价研究，抓住课题研究的落脚点
课堂教学评价是教学管理的重要措施，具有重要的导向功能、教学信息反馈功能和考核鉴定功能。本课题组通过对教师和学生问卷调查数据的分析，初步建立《创新初中物理实验的实践研究课堂教学评价表》，从而制定有针对性的教学评价机制，促进了创新初中物理实验课堂的教学开展，促进了学生建立和理解物理概念、掌握物理规律，培养学生分析问题、解决问题的能力。分析教师必需的创新初中物理实验教学理念和教学技能，在此基础上开展教师培训和教学实践，提高了创新物理实验的效果，促进本校初中物理课程教学改革的发展。
六、取得的阶段性成果
1.提高了课堂教学效果
本课题研究的实施和推进的过程中，通过观察发现学生学习物理的兴趣提高了，课堂上教师的创新实验多了，学生的上课参与度也明显增加了，课后的完成拓展实验的人数多了，制作的实验作品越来越精美了。
2.提高了教师的教学水平和科研能力
本课题成员在理论和实践研究的基础上，通过实践研究撰写教学反思、听课评课、教学案例，及时上传至钉钉的博客，促进教师的知识不断更新，创新意识、创新精神不断增强，教育观和人才观发生转变，提升教师的教学水平和科研能力，在论文评比活动中取得了一系列成果，有力促进了教师专业成长。2019年12月，李晓兰老师的论文《利用必备神器，让学生成为合格的“小电工”》获常州市教育学会论文二等奖，冯炼老师的论文《数理图形结合 解读物理图像》获三等奖，沈玉宇老师的论文《破译图像的密码，善于建立图像模型解决物理问题》获三等奖。2020年7月，冯炼老师的论文《关于有效组织物理课堂“直播”教学策略的研究》获天宁区“教海探航”一等奖。
3.培养了学生的综合能力
开展初中物理创新实验教学，提高了学生学习物理的兴趣，充分调动学生学习的积极性和主动探究的欲望， “兴趣是最好的老师”，学生愿意、乐意参与课堂，在实践过程中，增强了学生分析问题、解决问题的能力，增强了学生的动手能力，提升了学生创新思维能力。
七、研究中存在的问题
1.课题组成员需要进一步转化理念，学习理论和提高实践水平。课题组成员承担较大的教学量，因此从事研究的时间较少。
2.课题组成员需要加强创新初中物理实验日常教学的实施，形成针对不同类型实验的设计策略，加强创新物理实验的策略研究。
3.课题组成员需要结合研究进行提炼和总结，认真撰写教育教学论文，争取在各级各类报刊上发表或各级论文评比中获奖。
八、下阶段研究计划及确保最终成果的主要措施
1.进一步召开会议，加强学习、培训、实践，完善课题研究参与制度，实行课题研究例会制度。进一步明确课题组研究成员的职责与责任。
2.进一步通过教学实践、学生调查问卷及时反馈信息，进而形成针对不同类型实验设计策略，加强创新物理实验的策略研究，形成具有代表性的案例集。
3.进一步收集整理相关论文、视频等成果材料，形成文本和视频类资源库，撰写课题研究报告等总结性材料，联系成果鉴定，根据评定的结果进行改进和完善，完成结题报告。
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