《基于学科核心素养的初中物理实践教学策略研究》
成果报告
2016年9月13日《中国学生发展核心素养》总体框架发布以来，莱州市初中物理教研团队紧紧围绕“基于学科核心素养的初中物理实践教学策略研究”主题进行实践与探索，目前已经形成“一个中心、两种变革、三条途径、四个环节、N项效果”的教学改革模式.本主题研究成果承接山东省教育科学规划“十二五”重大委托课题《基于学生学科核心素养发展的山东省基础教育教学改革研究》子课题《提升学生核心素养的高中物理课堂教学实践研究》（课题批准号：XJ0582），主题依托烟台市教育科学“十三五”规划课题《初中物理实践教学中学生核心素养的培养策略研究》（课题批准号：135-2018GH116）、《基于学科核心素养的优化初中物理课程结构的策略研究》（课题批准号：YJKCZX135063）的研究与实践，通过融合烟台市教育科学“十四五”规划课堂教学改革专项课题“基于深度学习的物理实验教学实践研究”（课题批准号：KXXBZX009）、“做中学：指向物理学科关键能力和必备品格的实践行动”（课题批准号：KXXBZX007）进行持续的探索和研究.2022年1月莱州市初中物理学科基地被确定为烟台市首批学科类教研基地，基地建设以“基于新课程标准的跨学科主题学习研究与实践”为切入口，找准物理实践教学的研究方向，这也为研究成果的进一步推广和持续研究提供有力的保障.
一、问题的提出
回望多年教学改革之路，物理教学正在由原来文本教学为主逐渐向实践教学转变，而过程中仍存在一些不足.诸如，自然学科中，物理学科侧重于实验研究，但由于主客观原因的存在，不做实验、黑板画实验、学生背实验等，这些“假”实验学习严重制约着学生思维的发展；物理学习还存在碎片化知识堆积的现象，不利于学生形成整体性认知；当前，全球科技不断迭代，各国在科学与技术领域展开了激烈的竞争，尽管学生的实际技能和创造力在某些方面与我国创新驱动发展战略的目标存在一些不同，但注重培养有实践经验和创新潜质的人才成为教育改革的明显趋势，为切实改变“重理论，轻实践”的做法，为学生创设实践思考的环境，掌握运用科学原理应对日常挑战的技巧，提升新思维及研究技巧，是亟待解决的问题.
二、解决问题的过程与方法
本主题研究成果历经多年，分准备、实施、总结、推广四个阶段，对“基于学科核心素养的初中物理实践教学策略研究”进行实践与探索.
（一）积极准备主题筹划阶段（2016年10月—2017年2月）.
在研究主题立项后，为充分了解研究主题阶段性工作，研究团队建立了主题研究活动例会制度，定期组织交流研讨，定期参与讨论，确保主题研究扎实有效稳步推进.
（二）分步实施主题研究阶段（2017年3月—2019年12月）.
课堂教育改革集中于革新以培养为核心的教学方式，深刻理解学生内心所思，满足他们的需求，从学生视角出发，深入研究学生情况，提供关怀和支持，促进学生进步，构建有助于学生成长的教育环境。在调查的基础上，紧紧围绕“育人为本、课程立意、学习中心”这三个层面，积极探索并形成了“一、二、三、四、N”的实践教学改革教研模式.
（三）总结主题研究成果阶段（2020年1月—2022年12月）.
团队组成员引导各实验点校边深度实践、边梳理反思，对研究过程性资料进行了整理、加工和提升，多次召开创新实验、跨学科实践主题研讨会，开展成果征集与交流，总结研究成果.收集资料，撰写研究主题汇报材料和成果研究报告.
（四）成果推广深入推进阶段（2023年1月—2023年10月）.
2021年6月烟台市教育科学“十三五”规划课题《初中物理实践教学中学生核心素养的培养策略研究》、《基于学科核心素养的优化初中物理课程结构的策略研究》顺利结题，多篇论文发表，校本教材《初中物理做中学》、《自主学习单》、《做中学之“行动篇”》、《做中学之“项目篇”》完成，并作为优秀研究成果在烟台市范围内进行推广.创新实验实践专题讲座多次在烟台、莱州市教研活动中汇报，跨学科实践主题案例提交山东省跨学科主题学习教学设计评选.
三、成果的主要内容
莱州市初中物理教研团队围绕“育人为本、课程立意、学习中心”这三个层面，提出了“基于学科核心素养的初中物理实践教学策略研究”的主题研究，逐渐探索并形成了“一、二、三、四、N”的课堂教学改革教研模式（图1）.
主题研究围绕“探索优化课程结构，整合建构单元教学；改进创新实验学习，注重科学探究；跨学科主题学习融入课堂，实现心智转换”三条途径进行探索和实践.每条途径都要落实好“研、行、思、创”四个环节，即：研——理论支撑；行——实践教学；思——梳理反馈；创——创新升华，目标指向提高物理教师的专业素养、提升学生的核心素养。
（一）探索优化课程结构，整合建构单元教学
1.研：为避免教学内容碎片化，在传承中重新定位，在创新中找准靶向，从整体思考研究主题，组建学习单元，通过综合规划，将学习目标融入主题单元的学习过程中，包括选择与整合学习单元、制定与拆解学习目标、组织与进行学习活动，以及评估学习进度并提供反馈，甚至安排作业等各个环节都进行有条不紊的策划。
2.行：在进行整合建构主题单元教学过程中，为学生构建一个综合学习体验的框架，将学习、教育和评估紧密结合在一起的学习支持系统，即四单学习法，让学生全方位参与深度学习，进行基于学生为主体的主题单元学习研究.四单学习法，主要包括：学习任务单、学生活动单、学生思维单、学习作品单.
整合策略1：学习地图，高效预习——学习任务单.为让学生进行高效预习，给学生搭建一个学习导航仪——“学习任务单”（这也是后续学习的定位仪），精心设计观点表（根据学生的前概念、潜意识设置）、思维与方法（学习方法是明线，知识技能是暗线）、做中学（学生模仿改进教材经典实验，让他们在动手中体验自学），在生本对话中，引领学生自主、主动地完成建构任务.
整合策略2：多维对话，有效学习——学生活动单.在高效预习之后，借助“学生活动单”进行活动设计和问题设计.其中活动的设计主要采用通过学生对经典实验展示，概念内化后的自主语言表征，及时反馈、校准，通过创新实验展示进一步深化对概念的理解.设计有思维度的优质问题，把要解决的问题当作载体、工具来运用，把问题融于思维过程中，这是拓展思维、更高层次要求.
整合策略3：批判质疑，创造学习——学生思维单.根据教师提出更有深度的问题（或者学生源于创新实验或生活自主生成问题），运用思维可视化工具，让学生直观地理解和掌握整个教学过程，同时通过思维导图等对学生的思考方法、思考方式作出科学的评价（过程性评价）.
整合策略4：高阶思维，快乐学习——学习作品单.学业评估是一份评价学生核心素养的检测报告，充分利用好学生自主学习的素材，尤其是让学生基于真实的创新实验情境编题改题，解决或解答生活中出现的“真实的问题”，这是内化知识思维深化的过程，是再发现、解决新问题的过程，是认识由模糊到清晰的过程.
3.思：在执行以学生自主学习为基础的教学主题单元时，让学生阅读—搜集—思考—尝试—表达，学生就会“带着成果或问题来学习”，教师组织学生展开交互反馈矫正，课堂教学表现为多维对话形式.这样引发学生高质量的输入和加工，既可以解决“好不好”的问题，又有利于提高学习质量.
4.创：以“浮力“主题单元的深度学习作为示范，阐述如何以自主学习单为工具，通过思维可视化课堂实施策略促进学生深度学习的.首先，阅读本章的章首语，浏览本目录以及内容，尽可能地了解所知道的关于“浮力”的知识.对观点表所叙述的观点进行判断，为延伸和改变前概念做好铺垫；学习中，逐步完成学习单中驱动性任务、解决思维单中的问题；本章学习结束后，再来回顾这些观点，看是否改变了认知.如果答案有改变，请说明原因，对错误的观点进行修改，直至正确为止.
（二）改进创新实验学习，注重科学探究
1.研：教育部与中国科协联袂倡导了一项科学教育改革计划，名为“亲身探索学习”，旨在紧密融合智慧、思维和教学，对年轻一代的科学启蒙教育产生显著影响。研究团队以“亲身探索学习”为出发点，强化并改善实验教学，持续研究促进学生实际操作技巧和实践能力显著提升的方法。
2.行：多年以来，我们一直在改变我们的教学方式，不再将课堂视为“知识中心”，而是将其转变为“活动中心”。我们将实验探究的内容整合成三个不同层面的“创新实验”，这包括“学着做”、“自主做”和“合作做”（见图6）。这种方法有助于学生建立科学观念，通过积极参与科学探究活动，他们能够自主探索并逐渐领悟科学探究的思维方式，掌握科学探究的方法，提高实践能力和创造性思维.
实践策略1：学着做.“学着做”的素材源我们从教材中选择，涵盖测量类学生必做实验、探究类学生必做实验，采用“目的与要求，仪器与器材，操作与实践，交流与评估”四个模块来设计组织基本操作类学习活动.
实践策略2：自主做.我们挑选了来自教材的素材，包括必须进行的测量类学生实验和探究类学生实验。通过采用四个模块，即目标与需求，仪器与设备，操作与实际应用，以及交流与评估，我们设计和组织了基本操作类的学习活动。
实践策略3：合作做.具鉴于协同工作的需求，具体的行动计划包括以下几个要点：首先，精心策划事件并明确中心思想。二是选题策划、制定方案.三是自主探究、创新实验.四是展示交流、科学评价.五是审视提升，扩展延伸。学生在实际活动中审视自身表现，反思并书写有关该活动的综合评论。
3.思：基础的自然科学教育在义务教育中不可或缺，它致力于培养学生通过实验来探索自然界的兴趣，以此方法学习科学相关的知识和技巧，从而增强他们分析和解决问题的能力。加强和改进物理实验教学，既符合社会的转变要求，也成为教育改进自身增长的自然抉择。
4.创：在推动实验教学工作向更深层次和实际层面发展的过程中，我们将以实际活动为核心，以转变学习方式为主要关注点，构建“学而行之“的框架结构，整合其中的内涵，塑造“学而行之“的策略。
（1）“学着做”实验内容：主要是基础性实验，包含学科测量的必备实验和科学探究的基本实验（2022年前，依据2011年版课程标准学生必做20个实验）.
测量科目的学生需要进行一系列实验，其中包括使用平衡托盘来确定物体的质量，测算不同物体（包括固体和液体）的密度，用一般的温度计来记录温度数据，运用标尺来测量长度，计时器来记录时间，分析物体的速度，借助弹簧测力计来量化力的作用，以及使用电流表和电压表来测量电流、电压和电阻。此外，还需掌握电流表、电压表和可变电阻器等工具的使用。测量小灯泡正常发光时的电阻.
探究类学生必做实验.研究水在沸腾前后的温度波动特征，探索滑动摩擦力的关联因素，深入了解液体压强的影响要素，考察浮力大小与相关因素，研究杠杆平衡原则，调查光的反射规则，分析平面镜成像属性，剖析凸透镜成像的规则，探明通电螺线管外部磁场的方向，研究导体在磁场中运动时感应电流产生的条件，研究串联电路和并联电路中电流和电压的独特特性，探讨电流、电压和电阻之间的关系。
（2）“自主做”实验内容：根据研究目的、研究提出、教材材料、实验环境等要素进行挑选和应用，主要采用学生进行“小实验、小制作、小创造”等方式，落实“双减”政策，改变学生以刷题为主的家庭作业形式.
（3）“合作做”实验内容：“合作做”主题的确立，既可以预设，也可以生成.主题的选择应遵循直观性、趣味性、规范性、科学性、自主性、实用性、简单性以及安全性原则.
实验主题有的从教材中来，例如以鲁科版教材“做中学”为依托，拓宽教室内外的学习领域，鼓励学生选择自己感兴趣的主题进行深入探讨。有些主题可以从学生的日常生活中获取灵感，例如观察大自然中引人入胜的现象，探讨身边引发兴趣的事物，或者关注社会热点话题，增强学会应用物理知识解决问题的意识.
（三）跨学科主题学习融入课堂教学，实现心智转换
1.研：建立学科教研基地，以“基于新课程标准的跨学科主题学习研究与实践”为切入口，指导学生获取学习技能、适应生活方式、培养创新能力，找准实践教学的研究方向，促进教师的专业发展，培养学生的核心素养.
2.行：通过对“跨学科实践主题学习”进行策略专题研究，探索基于课程标准的课堂教学改革模式及其可行性研究，从而将跨学科学习融于课堂教学.
融合策略1：初中物理与日常生活的融合.构建实际情境挑战，鼓励学生自行策划创新性试验，将理论与实践相融合，帮助学生养成真问题下去探究去解决的习惯。并保持创新思维的品质，从而很好体现物理课程理念，培育学子在物理学课程中的核心潜力。
融合策略2：物理学与工程实践的融合.具备基础的工程设计和制作技能，能够将个人构想转化为实际成品；深入研究物理学在工程技术领域的实际运用，感受到物理学对工程技术进步的积极影响；同时，探究物理学在信息技术中的角色和应用，能利用信息技术手段辅助学习.
融合策略3：物理学与社会发展的融合.理解科学对日常及群体进步的作用；喜欢深究与尝试，不畏前行，持续翻新，强化防范觉悟、秉持良好生活方式；拥有珍惜资源、持久前进的义务感.
融合策略4：物理学与其他学科的融合.
（1）初中物理与学科德育的融合.学科德育引导实践活动从强调教育的角度，不再仅限于学科教学，而是着重于培养学生的品格和价值观。在物理教育中，融入学科德育元素，有助于提升授课质量、培养学生的核心素养，实现教学价值的演变，从单纯的“做题”和“做事”向更关注“做人”方面的发展。
（2）初中物理与其它自然学科的融合.自然科学领域，包括物理、化学和生物，紧密与生产和生活相关。教育可以将它们有机结合，提高学生对科学知识的领悟和深度研究，推动科学知识在实际应用中的发展，并持续进行实践创新，必然会加强应用能力和提高创新能力.
（3）初中物理与艺术教育的融合.五育并举是提高国民素质的重要途径.将艺术教育融入物理教学，不仅为学生增添生活的层面，也有助于提升他们的生活水准，也会让我们更富有想象力和创造力，更具有生命的活力.
3.思：强调新课程的独特特征是强化学生成为综合发展的个体，提倡学生跨学科的学习方式，以培养他们在实际情境中解决复杂问题的技能。跨学科主题学习活动以“跨学科”思维为基础，经过精心策划和实施，鼓励学生深入学习，培养他们可迁移的“跨领域理解”，享受“创中学”的乐趣。
4.创：通过跨学科实践主题学习走进课堂的探索研究，设计“基于课程标准的跨学科主题学习设计与评价研究流程”（图7），初步形成课堂教学的动态支架模型和基本范式.
跨学科实践主题学习设计有综合学习类、调查研究类和制作设计类等不同的学习形式.
（1）综合学习类.在真实的情境下，发现并提出问题，结合跨学科实践的具体内容，围绕主题设计方案、科学探究、论证结果，有交流评估、可链接拓展，最终形成模型建构或形成实践方案.学生围绕主题，基于物理学科的学习特点，通过制定计划、科学探究、论证评估等有效性方式，分析总结、论证结果，体现实践的合理性准确性，记录实践学习的过程，建立并分享实践学习的目标、过程、形成可行性、有效性学习报告材料.例如：眼睛与眼镜、人体的杠杆、手机中的物理等学习类主题.
（2）调查研究类.围绕确定的调查主题，明确调查任务，设计活动方案，确定调研活动的内容、工具、材料、方法及实践步骤；围绕主题实施调查，广泛收集资料；整理并分析相关资料；根据调查结果撰写报告；解释汇总调研结果并得出结论.最后进行汇报交流、总结反思、评价修改.例如：能源与可持续发展、火箭的发展、矿泉水瓶的发现等研究类主题.
（3）制作设计类.根据制作的作品目标与任务，明确设计方向；围绕作品的功能、作用、研发进行详细分析；选择合适的材料，制定具体的分任务；绘制设计图纸、确定制作流程、创新制作方法、试用反思改进，形成满意作品.例如：自制乐器、自制望远镜、自制水火箭、自制潜水艇、自制收音机等制作类主题.
四、效果与反思
本主题研究成果在莱州市各实验点校乃至烟台市、山东省范围进行了理论和实践的研究，目前已经取得实效性和有影响力的成效.
1.研究成果的推广应用助推引领区域性的教学改革.全市多所实验学校，经过多年的实践与探索，成果显著，教育教学质量稳步提升.通过示范课观摩（图11）、互动交流研讨（图12）、中考分析报告（图13）、送教下乡（图14）、创新实验展示（图15）、示范引领（图16）、跨学科教研基地研讨（图17）、跨学科实践主题学习走进课堂（图18）等一系列丰富多彩的活动，助推了课堂革命，创构了课堂结构，变革了教与学方式，明晰了物理教育教学的研究方向，引领了课堂教学改革发展走向，助推了区域性的课堂革命，构建新时代育人模式，提升新时代育人质量.
2.研究成果的实践运用构建以学习为中心的实践教学.经过实验学校和骨干教师多年的实践与研究，探索出优化初中物理课程结构实施的具体策略，编写出校本教材—— “初中物理做中学”（图19）；自主学习的“脚手架”—— “自主学习单”（图20）；优化习题教学改进创新实验的校本教材——做中学之“行动篇”（图21）；基于学生自主创新实验的校本教材——做中学之“项目篇”（图22）.这些实实在在的课堂教学改革成果让学生学习的内容不再仅限于传统的教材，教材的发展方向日益侧重于利用师生之间的对话以及文本对话等方式来构建教学资源。教育评估的范围不再仅限于教材内容和标准解答，更多的是聚焦于学生的学业品质.实践教学以学习为中心，突出“问题”中心，激发了学生从表面性学习迈向深入学习，让真实的学习过程发生，提升学生物理课程的核心素养.
3.研究成果的探索实践有效促进教师走向专业化发展.目前两位教师荣获省优质课（图23），多名教师荣获地市级优质课，多篇论文在《基础教育课程》、《中学物理》等国家、省级刊物上发表，《让物理教学回归实验室》等4篇论文被中国人民大学书报资料中心基础教育系列期刊《中学物理教与学》全文收录（图24），多名实验教师被评为学科带头人、烟台市教育科研先进个人、实验教学先进个人，起到很好的示范带动作用.在本成果的研究探索中，不少实验学校的教师形成自己鲜明的教育特色，但所有的目标都指向学生的“如何学”，指向课堂革命，引领我市初中物理课堂教学改革进入深水区，开启基于学科核心素养的课堂革命行动，推动课堂教学改革迈向高质量健康发展的新时代.
莱州市初中物理教研团队围绕“基于学科核心素养的初中物理实践教学策略研究”主题研究已经初见成效，已经酝酿了饱满的毫不退缩地投身于教育改革的挑战，充满激情和坚定勇气，然而也深刻认识到，踏入教育改革的复杂深渊，绝不可与平易近人的领域相提并论。在这个旅程中，我们将不可避免地经历坎坷和挫折，甚至可能会不断面对重复的挑战。因此，面对困惑和困境，意识到前进道路上的潜在风险，集中精力并深思熟虑，这是合理的选择，以智慧地引领课堂教育改革迈向未知的深处，也是我们以后继续坚持研究的动力.
在这里，聆听一线草根教师的教育心声！