初中学生物理思维能力培养的实验研究.docx

初中学生物理思维能力培养的实验研究为了落实素质教育，我们从1994年新学年开始，在山西省临汾一中、洪洞中学和山西师范大学实验中学，进行了中学生物理思维能力培养的实验研究的基础教育改革实验，实验第一阶段，于1997年7月结束。现将实验的做法及其成果报告如下。一、实验的步骤和方法(一)实验对象的选取我们利用分层随机取样的方法，在省重点中学、地区重点中学和城市一般中学中分别随机抽取一所，在临汾一中、洪洞中学、山西师范大学实验中学各选一个实验班和控制班。实验班与控制班的学生在实验前学习成绩、能力基础基本相同，通过物理思维能力测量和物理知识考试均无显著性差异，对物理学习的兴趣基本相同。在实验过程中，使用教材相同，在校上课、自习时间基本相同，家庭环境相差不大，教师的业务能力及教学水平相当。所不同的是实验班的作业较少，实验班的教师应能与实验者积极配合，按照要求落实实验措施，而控制班的教师则按照常规的教学方法进行。在实验过程中，实验教师系统地学习了物理思维论及物理思维能力培养系列辅导材料，每月培训一次，统一实验指导思想与具体措施，定期按实验措施举办“物理思维能力培养观摩课”，经常交流学习体会，不断改进教学方法和培养措施。(二)实验措施的贯彻我们依据物理思维理论、中学生物理思维能力的结构模型及对中学生物理思维能力发展的研究，参考了已有的培养方案，经集体讨论并征求了专家意见，制订了中学生物理思维能力培养的5项措施。1.在物理模型的抽象、物理概念的形成、物理规律的建立、物理问题的解决中教给学生物理思维的基本方法。首先，我们从概念、特点、类型、作用、结构等方面，对物理学中分析与综合、抽象与概括、比较与分类、归纳与演绎、类比、等效、臻美等物理思维的基本方法，结合实例进行了深入的分析和研究。其次，研究了建立物理模型、物理概念、物理规律的思维方法。建立物理模型的思维方法主要有抽象、假说、类比、臻美四种；建立物理概念的思维方法主要有抽象概括、理论推导、类比、等效四种；建立物理规律的思维方法主要有实验归纳、理论分析、提出假说三种。第三，研究了中学生学习物理概念、物理规律中的思维障碍。我们通过对全国范围内有研究成果的教学研究人员及中学物理骨干教师问卷调查的统计分析，结合课题组人员的教学经验及对实验班学生的测试，分析出中学生学习主要物理概念和物理规律的思维障碍，并对其进行概括和总结，把这些障碍归结为感性认识不足、思维方法不当、思维定势的消极影响和相关知识的干扰四类。第四，提出了指导学生学习物理概念和物理规律的具体措施。在物理概念教学中，运用实验和列举生活中的典型事例等方法，使学生获得必要的感性认识；使学生掌握建立物理概念的思维方法，排除思维障碍；使学生明确物理概念的内涵、外延，运用物理概念解决实际问题；使学生掌握物理概念在物理学科结构中的地位和作用。在物理规律教学中，使学生了解建立物理规律的事实依据和思维方法，理解物理规律的物理意义、适用条件和范围，以及与相关知识之间的关系，加强应用物理规律解决实际问题的指导和训练。第五，对解决物理问题的思维过程、思维方法、思维策略进行了总结和概括，并结合具体问题进行指导和训练。学生在解决物理问题时一般遵循明确问题、探求解法、实施计划、检验结论、进行小结的思维过程；常用的思维方法有归纳法、演绎法、反证法、穷举法、类比法、等效法、近似处理法、叠加法；常用的思维策略有动静转化、内外转化、曲直转化、常量与变量转化、无限与有限转化、顺思逆推、以美启真、数形结合等。我们结合教学大纲要求，编写了程序训练题，有计划、有步骤地让学生掌握这些方法和策略。2.训练学生的思维品质。我们对物理思维品质进行了理论分析，并找到了中学生物理思维品质差的具体表现，有针对性地对每一种思维品质进行训练。深刻性思维品质的训练方法：(1)加强物理模型、物理概念、物理规律、物理理论的理解和教学；(2)结合具体内容教学，使学生掌握基本的物理思维方法；(3)注意让学生掌握物理学科的基本结构；(4)加强抽象与概括能力的训练和培养；(5)注意挖掘物理问题中的隐蔽条件，排除多余因素的干扰；(6)训练学生分析问题的全面性和推理的严密性。灵活性思维品质的训练方法：(1)抓住知识、方法间的“渗透”与“迁移”；(2)引导学生发散式思维、立体思考，培养学生一题多变、一题多解、多题归一的能力；(3)教给学生灵活选择研究对象和解决问题的方法，并加以训练；(4)帮助学生形成物理事物的正确的动态图景；(5)使学生掌握物理学中的辩证关系。敏捷性思维品质的训练方法：(1)使学生掌握物理概念、物理规律之间的关系，掌握物理学科的基本结构，结合物理问题的解决，在大脑中形成合理的“知识组块”；(2)教给学生一定的提高速度的方法和技巧；(3)通过做作业和测验等方式，对学生进行速度训练。批判性思维品质的训练方法：(1)在课堂教学中，教师引导学生独立提出问题、分析问题和解决问题。在习题教学中，主要教给学生分析问题的方法和思路；(2)鼓励学生对课本和教师对物理世界的描述和解释提出质疑，发表不同的见解，反复检查解决物理问题时所拟定的假设和方案，客观地分析正、反两方面的论据，养成不人云亦云、盲目服从的习惯；(3)通过教学与训练，有效地排除在复杂物理情景中的各种干扰。独创性思维品质的训练方法：(1)提倡“新颖性”，包括问题新颖、思路新颖、方法新颖和结果新颖，指导学生挖掘解题的各种方法，方法越多越好，越独特越好；(2)狠抓学生自编习题。让学生根据某一物理规律和理论自编习题，这体现了独特性、新颖性和发散性(每个学生编的题几乎都有差异)三种独创性思维品质的特点；(3)改进实验教学。结合课外活动，开设一些研究性的实验、设计性的实验及小制作；鼓励学生独立设计实验方案、独立选择实验设备、独立组装实验仪器、独立读取实验数据和独立分析实验结果。3.指导学生学习。在教学过程中，注意培养学生学会学习的能力。根据有关学习理论和学习策略，结合物理学科的特点和学生实际，我们加强对学生制订学习计划、听课、做笔记、记忆、复习、总结、分析问题、解决问题等的指导，这对提高学生的思维能力和整体素质起到了很大的作用。4.加强非智力因素的培养。在实验过程中，我们主要采取了四项措施：(1)注意处理好理想、动机、兴趣三者之间的关系，激发学习动机，培养学习兴趣；(2)培养师生情感；(3)训练良好的学习习惯；(4)培养克服困难的意志。特别加强了学习兴趣和良好习惯的培养。中学生学习物理的兴趣有四个层次：一是直觉兴趣，即对丰富多彩的物理现象的自发兴趣；二是操作兴趣，即通过亲手操作获取物理现象，观察物理过程的兴趣；三是因果兴趣，即对探究物理现象发生原因的兴趣；四是理论兴趣，即对把具体的因果认识上升为能有效地分析物理过程的理论结构，以及运用该结构中的概念规律能动地解决物理问题的兴趣。概括起来有两个方面，一是直接兴趣，即对物理事物本身的兴趣；二是间接兴趣，即对物理事物后果的兴趣。我们通过演示实验、分组实验、利用现代化的教学手段，唤起学生已有的表象、重视建立物理图景、展现物理现象和过程等方法，培养学生学习物理的直接兴趣，通过联系生活实际、社会实际、科技发展实际，帮助学生探求因果关系等方法激发学生学习物理的间接兴趣，通过提高教师的业务水平及教学艺术引发学生学习物理的兴趣。形成良好的学习习惯，是培养思维能力的前提。实验班的教师，根据自己所教学生的年龄特征，制订相应的学习要求。一是自觉遵守纪律，以保证学习的顺利进行；二是掌握预习、上课、复习、练习等学习环节，学会学习；三是矫正不良的学习习惯。我们对学生不注意掌握物理概念和物理规律来龙去脉的习惯、做题不总结和反思的习惯、尚未理解知识就做题的习惯、解题不注意选择研究对象的习惯、记的多思的少的习惯、做题多分析少的习惯、推理不严密不周全的习惯等进行了矫正。在实验中坚持做到：提出要求，执行要求；重复练习，以熟练、自然、自觉为目标；正面引导，积极提供效仿的榜样；督促检查，帮助学生克服不良学习习惯。5.在教学中注意处理好促进学生发展与适应学生年龄特征之间的关系。我们对实验学校学生的物理思维能力进行了测量和评价，结论为：高中生已开始具备初步的物理思维能力，但还不成熟；在思维方法方面，逻辑推理比较成熟，抽象概括最差；在思维的品质方面，灵活性优于深刻性。总的来讲，学生的物理思维能力偏低，特别是深刻性思维品质和抽象概括能力。利用问卷调查、座谈等方法，发现了在教学指导思想、教师的教法、学生的学法等方面存在的问题，分析了学生学习物理的动机、兴趣及一些不良习惯，以此为依据，采取了切实可行的、促进学生思维能力发展的措施。(三)测试题的编制根据物理思维理论、中学生物理思维能力的结构模型及对物理思维品质的分析，遵循三维性和完备性两个原则，经过与骨干教师座谈，我们设计了高中生物理思维能力评价指标体系。在此基础上对大量的物理习题进行了筛选、改编和自编，请有经验的专家和任课教师对试题进行反复审核，并考虑到测验目的、对象、时间等各种因素，最后确定了35个题目。经试测，测验结果近似服从正态分布，信度为0.81，测验等级与教师评定等级的相关系数为0.76。二、实验结果及讨论(一)实验结果经过三年的实验，初步取得如下成果。1.实验班的物理思维能力测试成绩高于控制班的成绩，且有显著性差异。1997年5月，我们利用自编的物理思维能力测试题，对三所实验学校的实验班和控制班进行了测试，结果如下。表1实验班与控制班的物理思维能力测试成绩(满分100分)比较（略）2.实验班的物理成绩高于控制班的成绩，且有显著性差异。1997年高考结束后，我们对三所实验学校的实验班和控制班的成绩进行了统计比较，结果如下。表2实验班与控制班的高考物理成绩(满分150分)比较（略）三所学校的实验班高考成绩的优秀率、良好率、及格率、平均分均居全校第一，临汾一中实验班有一位学生物理成绩为148分，名列全校第一，130分以上和120分以上的人数都明显多于控制班。自1995年以来，实验班每次期中、期末考试的成绩均优于控制班，平均分高出5%10%，优秀率、良好率也比控制班高，且差异逐年增大，最高差10%。3.实验班学生的整体素质有了较大发展。除物理思维能力及科学文化素质有明显的提高外，学生的其他方面也有了一定的发展，即学生的整体素质有了很大提高。临汾一中实验班与控制班的学生都参加了第十三届全国物理竞赛，实验班有两名学生获山西赛区三等奖，控制班无人获奖。实验班学生对物理感兴趣的人数由原来的33%增加到72%，不良习惯有了较大的改变，学习能力和学习效率有了大幅度的提高，对物理学中的对称美、和谐美、简洁美、多样统一美有了较深入的认识，成为推动学生学习物理的又一强大动力，学生较好地树立了动静转化、内外转化、常量与变量转化等辩证唯物主义思想，观察实验能力、分析问题、解决问题的能力也有一定的提高。4.实验教师的素质有了明显的提高。经过三年的实验，实验教师的业务水平及教学能力有大幅度的提高。多名教师被评为省教学能手、省劳动模范、省优秀教师。实验教师教学研究的能力也有了一定的提高，发表了一些有一定参考价值的论文。(二)体会通过对中学生物理思维能力培养的实验，我们总结出四条体会。第一，提高教学质量的关键在于教师水平的提高。我们在实验过程中，狠抓教师的培训，基本上每月培训一次，同时提供各种辅导材料，经常进行问题讨论，大力开展教育科学研究，收到了良好的效果。第二，思维能力的培养是物理教育中落实素质教育的核心内容。我们以思维能力的培养为核心，同时加大学习方法指导和非智力因素的培养，使学生的素质得到全面的提高。第三，教育实验必须有科学的理论作指导。指导我们培养学生物理思维能力的理论主要有两方面，一是物理思维理论，二是中学生物理思维能力的结构模型。第四，只有在了解学生思维能力发展状况及存在问题的基础上，依据科学的理论，才能找到行之有效的培养措施。因此，思维能力培养的实验研究必须与思维能力发展研究相结合。物理思维能力的培养研究是物理教育的一项重要任务，本研究只是一个开端，需要进一步修改和完善，许多问题有待进一步探讨。第一，本实验研究所选择的样本只是某一地区三所不同类型学校的部分学生，研究结论难免具有一定的局限性，有待进一步推广。第二，本实验研究主要是在高中学生中进行的，对于初中学生是否适用，有待进一步的实验检验。第三，本实验研究是在对高二、高三年级学生的思维能力发展研究的基础上进行的，至于中学生思维能力发展的动态和年龄特征有待进一步实验研究。