高中生物理公式學以致用的實踐研究

一、研究背景（問題和原因分析）

（一）宏觀背景

在新時代教育改革背景下，核心素養(yǎng)導向的物理教學強調(diào)培養(yǎng)學生的科學思維、實踐能力和問題解決能力，而物理公式作為物理規(guī)律的精煉表達，是連接理論知識與實際應(yīng)用的重要橋梁。

從國家教育戰(zhàn)略層面看，《普通高中物理課程標準》明確提出，要引導學生“體會物理知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，發(fā)展應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力”，這要求物理教學突破 “重解題、輕應(yīng)用” 的傳統(tǒng)模式，轉(zhuǎn)向?qū)奖举|(zhì)意義的理解和靈活運用。

從學科發(fā)展角度而言，物理學作為一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學，其公式的生命力在于解釋自然現(xiàn)象、解決實際問題。但當前高中物理教學中，部分學生對公式的掌握停留在“記憶—套用”層面，與課程標準中“學以致用”的要求存在差距，這一現(xiàn)象在全國范圍內(nèi)具有普遍性，制約了學生物理核心素養(yǎng)的提升。

在此背景下，探索高中生物理公式學以致用的有效路徑，既是落實課程改革要求的具體實踐，也是提升物理教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的現(xiàn)實需求，具有重要的教育價值和實踐意義。

（二）微觀背景

結(jié)合學生計算問題中出現(xiàn)的問題，進行原因分析：

1.概念理解不透徹，死記硬背公式。表現(xiàn)：只知道公式F=ma，但不理解“力”是改變物體運動狀態(tài)（產(chǎn)生加速度）的原因，而不是維持運動的原因。遇到勻速圓周運動問題，不知道需要向心力，或者遇到平衡狀態(tài)不知道合外力為零。學生學習停留在表面，只記住了公式的“形”，而未理解“神”（物理意義、定義、成立條件）。

2.缺乏建模能力和情景化抽象能力。表現(xiàn)：無法將復雜的實際物理情景（如：一個小球從斜坡滾下然后進入圓形軌道）抽象成簡單的物理模型（如：質(zhì)點、斜面、圓周運動），并畫出受力分析圖或運動過程圖。學生習慣于處理經(jīng)過簡化、直接給出模型的“理想化”題目，一旦遇到貼近生活或綜合性強的問題就無從下手。

3.思維定勢和不良的解題習慣。表現(xiàn):一是只會生硬的套公式，看到“速度”就想用v=s/t，而忽略了勻變速運動等其他更合適的形式。二是審題不仔細，沒有養(yǎng)成仔細閱讀、提取關(guān)鍵信息（如“靜止”、“恰好”、“光滑”等）的習慣。三是不畫圖：輕視受力分析圖和運動過程草圖的重要性，全靠空想。四是不反思：做完題就結(jié)束，不總結(jié)，這類題目的通用思路和方法，導致“同一坑里摔多次”。學生對公式理解不深，僅機械記憶；缺乏審題與建模意識，訓練單一導致思維固化；解題后不反思，無法形成遷移能力與通用方法。

二、本課題相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

1.國外研究現(xiàn)狀

美國教育家 Hestenes 于1987年提出建模教學概念，把建模過程分為模型建立、模型分析和模型驗證三個階段，為學生運用物理公式解決實際問題提供了理論基礎(chǔ)。Halloun在1996年又將建模細分為五個階段，進一步完善了該理論，讓學生在更系統(tǒng)的框架下運用物理公式。在《美國科學建模教育研究三十年概述及啟示》等文獻中，詳細闡述了建模教學理論的發(fā)展與應(yīng)用，許多國外學校依據(jù)此理論，在物理教學中引導學生利用公式建立模型解決實際問題，比如在天體運動教學中，學生運用萬有引力公式建立行星運動模型。

2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀

郭玉英等學者在《高中生物理學科應(yīng)用實踐能力的調(diào)查研究》中，構(gòu)建了高中生物理學科應(yīng)用實踐能力的指標體系，通過對學生的調(diào)查分析，了解學生物理公式應(yīng)用能力的現(xiàn)狀。此外，不少課題研究如《高中生物理知識運用能力的提升實踐教學研究》，采用文獻綜述、問卷調(diào)查、教學實驗等方法，剖析學生物理知識應(yīng)用能力不足的原因，提出創(chuàng)設(shè)情境教學、強化練習等提升策略，致力于讓學生更好地將物理公式學以致用。然而，目前國內(nèi)外的研究在實踐推廣方面還存在一定的不足，一些有效的教學策略和課程設(shè)計未能在廣大高中得到廣泛應(yīng)用，且對于學生個體差異在物理公式學以致用方面的研究還不夠深入。

三、研究目標和主要內(nèi)容

研究目標：

研究內(nèi)容：

1.高中生物理公式變形運用的實踐研究

2.高中生物理公式在實驗數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用的實踐研究

3.高中生物理公式在復雜物理情境中篩選運用的實踐研究

四、主要研究方法

本課題結(jié)合高中物理教學實際，采用多種研究方法相結(jié)合的方式，確保研究的科學性和實踐性，具體如下：

1.文獻研究法

通過查閱國內(nèi)外關(guān)于物理公式教學、核心素養(yǎng)培養(yǎng)、知識應(yīng)用能力提升等相關(guān)文獻，梳理現(xiàn)有研究成果、理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗，明確“物理公式學以致用” 的內(nèi)涵、特征及現(xiàn)有教學中的不足，為課題研究提供理論支撐和方法借鑒，避免重復研究，找準研究切入點。

2.問卷調(diào)查法

設(shè)計針對高中生的問卷，了解學生對物理公式的理解程度、應(yīng)用現(xiàn)狀、學習困難及對公式教學的需求（如是否希望增加實際案例分析等）；

3.訪談法

選取不同層次的學生、同事進行訪談，深入了解學生在公式應(yīng)用中遇到的具體問題（如復雜情境中公式篩選困難）、教師在教學中的困惑（如怎樣有效聯(lián)結(jié)公式與實際），為后續(xù)實踐策略的設(shè)計提供現(xiàn)實依據(jù)。

4.行動研究法

以所在班級學生為研究對象，將研究與教學實踐緊密結(jié)合，按“計劃—實施—觀察—反思”的流程開展循環(huán)研究：制定針對性教學策略（如情境化公式教學、公式應(yīng)用任務(wù)設(shè)計等）；課堂教學、習題訓練、實驗活動中實施策略；觀察學生公式應(yīng)用能力的變化（如作業(yè)中邏輯分析的增加、復雜題得分率的提升）；總結(jié)不足并調(diào)整策略，逐步優(yōu)化實踐方案，確保研究成果能直接服務(wù)于教學改進。

5.經(jīng)驗總結(jié)法

在研究過程中，及時收集教學實踐中的數(shù)據(jù)（如學生成績變化、作業(yè)反饋）、課堂實錄、學生作品（如公式應(yīng)用報告、實驗設(shè)計）等資料，對實踐過程中的有效策略、存在問題進行系統(tǒng)梳理和總結(jié)，形成具有實操性的教學建議，為高中物理公式教學提供參考。

五、研究詳細計劃

第一階段：準備與基礎(chǔ)調(diào)研（2025年8月—9月）

1、文獻梳理：系統(tǒng)整理國內(nèi)外關(guān)于物理公式應(yīng)用、建模教學、實驗數(shù)據(jù)處理等相關(guān)研究（如Hestenes建模理論、郭玉英團隊的能力指標體系等），明確研究切入點。

2、現(xiàn)狀調(diào)研：選取本校高一年級2個平行班（約100名學生）作為研究對象，通過問卷調(diào)查、典型題目測試（如勻變速直線運動公式變形題、實驗數(shù)據(jù)處理題）、教師訪談，摸清學生在公式變形、實驗應(yīng)用、復雜情境篩選三方面的具體問題（如機械記憶公式、實驗與公式脫節(jié)等）。

3、制定方案：結(jié)合調(diào)研結(jié)果，確定分模塊教學策略（如公式推導可視化、實驗原理與公式關(guān)聯(lián)訓練、過程拆解法等），設(shè)計配套教學案例和評價量表。

第二階段：分模塊實踐研究（2025年10月—2026年4月）

1、公式變形運用模塊（2025年10月—12月）：

教學策略：在力學（如勻變速運動）、電學（如歐姆定律）等章節(jié)，增加公式推導步驟講解，采用“原始公式→物理量關(guān)系分析→變形邏輯→典型例題”的教學流程。

實踐活動：布置“一題多解（用不同公式變形）”作業(yè)，開展“公式變形推導小競賽”。

效果檢測：每月進行1次專項測試，對比學生變形公式的正確率變化。

2、實驗數(shù)據(jù)處理模塊（2026年1月—2月）：

教學策略：在“測定電源電動勢和內(nèi)阻”“平拋運動”等實驗中，先通過流程圖梳理實驗原理與對應(yīng)公式的關(guān)系，明確每個測量量在公式中的含義。

實踐活動：讓學生自主設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格（需體現(xiàn)公式中物理量的對應(yīng)關(guān)系），分組完成“公式選擇錯誤案例分析”匯報。

效果檢測：對比實驗報告中公式應(yīng)用的正確率、數(shù)據(jù)計算的準確率。

3、復雜情境篩選模塊（2026年3月—4月）：

教學策略：針對復合場運動、多過程力學問題，采用“情境拆解→過程標注→公式匹配”的三步法教學，用思維導圖呈現(xiàn)每個子過程對應(yīng)的公式。

實踐活動：開展“復雜題情境分析工作坊”，學生分組拆解題目并說明公式選擇理由。

效果檢測：通過含多過程的綜合題測試，分析學生公式篩選的合理性。

第三階段：綜合實踐與數(shù)據(jù)整理（2026年5月—6月）

1、綜合教學實踐：整合三個模塊策略，在高一年級選取1個實驗班進行綜合教學（如設(shè)計“生活中的物理問題解決”項目，需同時用到公式變形、實驗數(shù)據(jù)處理和多公式篩選），另1個平行班作為對照班采用常規(guī)教學。

2、數(shù)據(jù)收集與分析：收集兩班的測試成績、課堂表現(xiàn)、學生訪談記錄，通過SPSS軟件分析實踐策略的有效性。

3、問題反思：總結(jié)實踐中存在的不足（如部分學生對抽象公式變形仍不適應(yīng)），調(diào)整教學策略。

第四階段：成果總結(jié)與推廣（2026年7月—8月）

1、成果梳理：撰寫研究報告，整理典型教學案例集（含公式變形、實驗應(yīng)用、情境分析三類）、學生優(yōu)秀解題思路集。

2、校內(nèi)推廣：在校內(nèi)物理組開展成果分享會，介紹可復制的教學方法（如公式推導可視化步驟、過程拆解思維導圖模板）。

3、完善結(jié)題：根據(jù)實踐效果和反饋，修改研究報告，完成課題結(jié)題。

（趙穎穎，鄭州航空港第一高級中學）