江苏省教育科学“十三五”规划立项课题
《促进深度学习的高中物理实验教学研究》开题报告
江苏省江阴高级中学课题组
《促进深度学习的高中物理实验教学研究》课题是由江阴市名教师杨凤楼老师和省特级教师、省教授级教师江山老师共同主持的江苏省教育科学“十三五”规划课题，立项编号：D/2018/02/24，课题主要成员包括江苏省教授级中学高级教师，特级教师徐汉屏老师指导，江阴市教师发展中心物理教研员胡生青老师以及江苏省江阴高级中学物理教研组部分物理教师。此课题是在高中物理教师探索物理实验教学促进学生深度学习过程中的一次实践和研究活动，旨在促进物理实验教学方式的变革，进一步提升物理实验教学课堂效益，也是关注学生物理学科能力提升、培养学生成为真正具有终身学习能力的创新型人才的需要。为服务和指导本课题研究成员正确理解本课题的理念和内容，保证本课题研究和实践的顺利开展并取得预期成效，特制订本课题实施方案。
一、课题提出背景及意义
新课程标准已经修订完成并开始实施。全面落实立德树人根本任务，发展素质教育，确立以学习者为中心，以学生的全面发展、健康成长为出发点和归宿，全面提升学生综合素质，是课程标准修订的重大意义所在。本次修订凸显了先进的教育理念和教育思想，将核心素养要求融入到了课程标准中，这个变化不是量变，而是质变，是升华。
物理实验教学在物理教学中占据特殊且重要的地位，是物理教学的基础和根本。因此，在新的形势下，物理实验教学如何确立以学习为中心，以学生全面发展和健康成长为出发点和归宿点，是不容回避的问题，促进深度学习的物理实验教学研究正是在此背景下提出的。它具备以下几个方面的研究价值。
1.学科发展价值：有利于破解物理实验教学粗放低效的困境，深化实验教学改革。
物理是一门以实验为基础的科学，物理实验在高中物理教学中起着重要的作用。但由于受应试教育的影响，长期处于“讲起来重要，教起来次要”的尴尬境地，实验教学得不到足够的重视，所以至今高中物理实验教学依然存在许多问题：演示实验——一人忙碌，全班看。教师为了做到实验精确无误，取得预想的效果，常常将讲台当作了舞台，教师变成了演员，学生充当了观众；分组实验——全班忙碌，一人看。实验方案、步骤、总结归纳基本由老师讲授，学生只是按照老师的要求进行操作，这样的分组实验教学，失去了老师的主体作用，对于动手能力较弱的同学，则成了不停拼装实验器材的时间；对于自控能力不强的同学，则成了娱乐放松的时间。以上物理实验教学所反映的突出问题，正如郭元祥教授所说：是价值目标的淡化与虚化、学习过程的霸权与控制、教学方式的粗放与低效，带来的是教力与学力的反向增长，教学效果大打折扣。
如何破解这种困境，促进深度学习的物理实验教学，帮助学生对所学知识有深刻理解，老师在进行实验方式呈现时，不论是分组实验还是演示实验，都应该立足于以学生为主体，改变实验教学知识本位现象，形式主义倾向，让实验教学更好地帮助学生“学习能力的生根”，真正实现物理实验教学凸显以学生为主体、情智多元共生、高效集约生态、课堂交往优化的教学改革。
2.课程育人价值：有利于激发学生积极主动学习的内在潜力，引导学生建构成长。
目前高中物理实验教学中普遍存在一些问题：如学生主体性不足；理论学习与实践操作脱节；重视实验结果而轻视实验过程等等，这些问题的出现都直接指向在物理实验教学过程中，只是简单地将学生视作知识接收者，而没有深度挖掘在实验教学过程中对学生内在潜力的激发，没有注意到实验教学的育人价值。促进深度学习的物理实验教学，不是简单地讲授知识点，机械地实验操作，而是通过实验教学去激发学生的学习潜能，激励学习的激情，引领学生探究物理规律的方法、态度和价值观。注重激发、引导学生批判性地学习新的思想和事实，并融入到原来的认知结构中去，能将已有知识迁移到新的物理情境，做出决策和解决问题，从而提升学生的抽象思维能力、批判性思维能力和创新性思维能力，全方面引领学生的建构成长，展现物理实验教学育人价值，提升学生生命品质。
3.专业成长价值：有利于引领教师深度研究实验教学的内涵，促进教师专业成长。
促进深度学习的物理实验教学，不仅要求教师在深刻理解实验知识、原理、操作、分析、改进提升的前提下，通过知识的传授、方法的讲解、操作的示范、原理的运用、改进的分析，去启迪学生的智慧，训练学生的思维，重塑学生知识体系，把实验教学课堂变为一个师生和谐互动的教学场所。就这要求教师依据知识的依存方式和成立条件来采取相应的教学策略，帮助学生对所学内容进行深度理解，实验教学不在是局限于实验原理的灌输和操作步骤的传授，而是要通过深度教研去挖掘每个实验背后所蕴含的智慧和方法，去挖掘每个实验中背后所蕴含的学科价值和育人价值。在这一深度教研的过程中，将要求教师无论是实验课程内容，教学过程、教学策略甚至是教学艺术有更加深刻的研究和理解，引领教师专业成长，不断拓展和丰富教师的专业眼界。
二、对课题的理解和认识
1.深度学习：是学习者根据自己的学习兴趣和需求，在理解的基础上主动地、批判性地学习新思想和知识，运用多样化的学习策略来深度加工知识信息，建立多学科知识、多渠道信息、新旧知识信息等之间的联系，建构个人知识体系并有效迁移应用到真实情景中来解决复杂问题的学习。
本课题的深度学习是指在物理实验教学过程中关注学生的学习过程和状态，关注学生对物理实验核心概念和原理的深层次理解，关注学生自身对物理实验学习意义和知识的协同建构。是在物理实验探究中培养学生批判性思维、抽象概念化能力、创新应用能力的学习方式。
2.高中物理实验教学：实验是科学研究的基本方法之一，实验教学是物理教学的重要方式之一。本课题的高中物理实验教学，即包括教师的演示实验教学，也包括学生的分组实验教学。本课题中的高中物理实验教学旨在克服以往物理实验教学过程中表面、表层的局限，引导学生深层、深刻学习物理实验，理解物理知识，建构知识体系的真实探究物理实验教学。
3.促进深度学习的高中物理实验教学研究：是师生通过物理实验探究，获得大量事实，基于此通过概括、抽象获得概念、规律等知识，并提升学生的物理学科核心素养，开发出促进学生深度学习的系列、典型物理实验教学课例的研究。促进深度学习的物理实验教学，期望学生在物理实验学习中，通过验证型实验培养操作能力，通过拓展型实验培养知识迁移能力，通过应用型实验培养批判能力，通过开放型实验培养创新能力。
三、国内研究现状
1.关于“深度学习”
此部分内容在《促进深度学习的高中物理实验教学研究课题文献综述》中有详细讲述。
2.关于“高中物理实验教学”
目前，关于高中物理实验教学的研究较多，通过查阅大量有关物理实验教学的论文和相关专著，并通过网上检索《中国期刊网》，发现目前关于高中物理实验教学研究主要侧重在以下几个方面。
①高中物理实验教学现状的调研研究。以问卷调查和理论分析为主要方法，结合访谈、座谈等辅助方法，对某地部分高中的物理实验教学情况进行了调查研究，以了解高中物理实验教学现状，总结经验，找出问题，为寻求对策和教学改革奠定基础。
②提高高中物理实验教学有效性的研究。针对当前物理实验教学存在的低效粗放等问题，提出提升物理实验教学效率的相关策略：更新教学理念是出发点、优化教学目标是落脚点、选择恰当方法着力点、调动师生积极性是关键点、健全评价机制是关注点。
③数字化信息系统在高中物理实验教学中的应用研究。由于传统的物理实验存在着误差大、数据采集慢处理难、有的物理量无法直接测量、读数不方便等问题，数字化物理实验具有的即时性、准确性、高效性就显得尤其突出。通过具体案例探讨数字化信息系统在高中物理实验教学中应用的实施方略。
④高中物理实验教学中提升学生素养的研究。从当前高中物理实验教学的实际情况出发，结合高中生的学习特点与学习环境，多角度论述高中物理实验教学提高学生科学素养的策略。
3.对目前研究的述评
国内关于“深度学习”和“高中物理实验教学”的研究、实践与探索，给予本课题研究以启发，使我们一方面看到本课题研究是符合教育学、物理学科发展方向的，只要抓住“促进深度学习”这一中心，同时依赖“高中物理实验教学”这一载体，集中精力和时间于此方面进行理论和实践两个层面的研究和探索，是可能在物理实验教学改革及促进学生深度学习方面有所作为的。另一方面，通过对关键词的检索及相关文献的检阅，聚焦于高中物理实验教学这一微观载体，研究促进学生深度学习的策略及课例开发，尚处于探索、起步阶段，说明了本课题的研究具有必要性、及时性、独特性及重要性。
四、研究目标、内容
1.研究目标
(1)通过本课题研究，分析在实验教学中引入深度学习理论的必要性和紧迫性；在已有的研究理论和成果的基础上，通过课堂观察、教师访谈、教学效果测试等方式，分析目前阶段在实验教学过程中阻碍学生深度学习的症结所在；基于深度学习理论，尝试提出有效的教学方式和教学策略，开发出促进学生深度学习的系列、典型物理实验教学课例。
(2)通过本课题研究，实施走向帮助学生对教学内容深刻理解的教学，实现“建构知识、提升能力、培育素养”的物理实验教学价值追求，提升学生综合素养；促进深度学习的教学需要教师深度教研，从而引领教师专业能力成长，提升教师专业水平。
(3)通过本课题研究，能更好地发挥样本学校物理学科基地作用，引领本市其他学校开展促进学生深度学习的物理实验教学新模式。
2.研究内容
在学习深度学习理论和高中物理实验教学现状的调查研究的基础上，课题组通过课堂案例分析，研究如何在物理实验教学中促进学生深度学习，改变现阶段物理实验学习中存在的困惑与弊端，提出促进学生物理实验深度学习的目标、方案、策略和评价等全套方案。
3.研究重点
在深度学习理论研究的基础上，重点进行促进深度学习的高中物理实验教学的策略研究。具体表现为：创设真实的实验情景的策略；指导学生科学设计实验方案的策略；指导学生基于实验数据抽象概括形成的概念、规律的策略；创新实验方案解决实验中新问题的策略；用数字化实验系统优化传统实验教学的策略；评价实验教学过程中学生素养的发展的策略。
五、主要观点和可能的创新之处
1.主要观点
(1) 促进深度学习的高中物理实验教学是以教师为主导和以学生为主体相辅相成的教学。
物理实验课堂教学基本分成两种形式，一种是老师演示实验，定位于培养观察能力，思考现象背后的物理原理。另一种是学生分组实验，着眼于培养操作技能和数据处理能力，验证物理原理。不论何种形式的实验，从促进学生进行深度学习的视度思考都应该以学生为主体，但由于他们的知识储备、实验能力以及自我控制能力有限，所以在物理实验教学过程中，既要体现以学生为本的生本思想，又要重视教师的引领和指导作用。
(2) 促进深度学习的高中物理实验教学是坚持以问题导向和探究式教学和谐统一的教学。
以“问题”来驱动学习进程，围绕“问题”组织学习，强调“问题”与知识的应用以及学科能力的培养。探究式教学是“问题”导向教学的解决手段，“问题”的解决不是教师的讲解，而是在师生讨论、生生讨论、生本“交流”的互动中寻求。
(3) 促进深度学习的高中物理实验教学是传统实验方法和数字化实验系统整合创新的教学。
数字化实验技术是以数字化设备为实验数据采集处理的工具、配套等其他实验器材构建的现代化实验技术。以数字化实验技术为基础的物理实验，就是建立在上述实验仪器、实验技术、实验方法基础上的物理学实验。数字化实验系统和传统实验设备各自具有它们特定的实验地位和实验特点，把传统实验和数字化实验进行有机的结合，取长补短，充分发挥两者各自的优势，才能更加有效的促进实验教学，提升实验教学的效果，并且有利于学生拓宽实验思路，寻求更加精准的实验方法。
(4) 促进深度学习的高中物理实验教学是引领学生自我导向和结构导向浑然一体的教学。
促进学生深度学习的物理实验教学就应该是引导学生进行自我导向学习，对学习的规划；对学习内容的理解、整合、总结与反思；对学习过程、学习策略自我反思；对学习效果自我评价。促进学生深度学习的物理实验教学也应该是引导学生进行结构导向学习，对新知识的自我叙述、自我阐述、自我表达，初步形成对所学知识的个人理解和个人体建构。
2.拟创新之处
(1)理念的创新
实现知识结构和能力提升相统一的教学。新课程的教学要求通过“四基”达到“四力”的任务，即通过教学给予学生“基础知识、基本技能、基本思想、基本活动经验”，培养学生的“学习能力、实践能力、创新能力、适应社会能力”。在物理实验教学中如何高标准完成这个任务，注定实验教学不能是符号式的、浅层次的、机械式的、单向式的，必须调动学生的主体性，引领并促使其进入到深度学习，在全程探究教学的模式下，着力于“发现问题、提出问题”，突出培养学生思维的敏锐性；着力于“分析问题、解决问题”，突出培养学生思维的批判性。让学生批判性地学习新的知识，并将其融入到原来的认知结构中，能将已有知识迁移到新的情境，提升其做出决策和解决问题的能力。
(2)策略的创新
通过课题组全体成员的认真研究，力求在物理实验教学策略上呈现：教学目标清晰可行、实验器材可挑可选、实验方法鼓励创新、误差分析有理有据、效果评价公正合理。分组实验教学具体实施路径：确立实验研究目的——为达到目的，师生共同探寻将采取的实验的方法——学生自主选择所需的实验器材——小组成员合理分工，分组操作，教师提供适当指导——小组简介实验情况，分析得失，教师点评——师生共同总结，并就非常规方法展开讨论，拓展提升。
(3)实践的创新
首次将深度学习理念聚焦于物理实验教学这一细微专题。实验是物理学科的灵魂，实验教学的成败直接关系到整个物理学科教学的成功。由于应试教育和功利主义的双重影响，目前阶段的物理实验教学过程中，学科思想、学科方法、学科能力、学科经验呈现“结构性沉默”现象，导致物理实验教学进入了低效粗放的困境，教师教的艰难，学生学的困难。如何破解困境，解决困难，促进深度学习的物理实验教学，一是要优化教师的行为策略，转变观念，从学生“能力生根”的视角去制定教学目标、实施教学过程和评价教学效果。二是要优化教学的方式策略，立足于以探究为原则，以学生为主体，以问题为导向，实现“教师、学生、教材”等优化组合，实现促进学生深度学习的高中物理实验教学。
六、研究思路和研究方法
1.研究思路
在分析目前阶段高中物理实验教学“表层化”现状的基础上，基于对深度学习理论的理解和解读，从实践与理论两个层面对促进深度学习的高中物理实验教学进行研究，围绕“现状研究—内涵研究—策略研究——评价研究”层层深入、自然递进的逻辑一一展开，通过大量物理实验课堂“教学样态”的分析评测，探索基于深度学习的高中物理实验教学模式和实施途径，制定相应的课堂教学效果评测量表，为高中实验教学提供可复制的做法与经验，提升高中学生在实验学习过程中的“学习力”。