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高中物理静电场核心概念学习进阶研究

孙德辉  
【摘要】:2012年,美国国家研究理事会提出科学教育应当围绕少数核心概念来开展教学。核心概念是指处于学科的知识系统内的核心地位,并能够整合众多概念和规律的学科知识。学习进阶是指在一段时期内,学生的思维和认知逐级深化和发展,不断加深对所学概念的理解与掌握,将其同化到自己的认知结构中。学生在对核心概念的学习过程当中也伴随着学习进阶。就高中物理静电场这一章而言,其抽象性成为了学生难以逾越的障碍。本章概念和公式十分繁杂,各物理量之间的联系以及功和能的关系都是本章的难点,且学生对“场”的物质性的理解较浅,无论从教材分析还是学情分析,都能看出本章是高中学生较难掌握的一部分。在传统教学过程中,教师大多凭借主观经验来判断学生对某知识点的反映与掌握情况,对于学生认知水平的发展情况缺少理论依据,因此对于本章的核心概念学习进阶研究成为本论文的目的。学生的学习活动不仅仅是学科知识方面的增长与积累,与此同时学生在分析解决问题过程中所运用的科学方法和数学工具也发生了质的变化甚至飞跃,因而对本章学习进阶的研究,需要充分关注学生在科学方法和数学工具应用方面的进步。根据高中物理学科内部逻辑,查阅我国高中物理课程标准(2017版)和相关论文,参考美国NGSS对于静电场的表述,并与一线教师进行访谈从而确定了本章的核心概念为库仑定律、电荷守恒定律、电场强度和电势能。之后对学生进行静电场概念测试,除考查学科知识外,同时考查学生对于科学方法和数学工具的掌握情况,再运用Rasch模型对结果进行分析,得到了各知识点对应的难度层次和学生的认知发展水平。根据科学方法显化教育理论,在教学活动中应当突出强调科学方法的讲授,本章涉及到比值定义法、类比法、模型法等科学方法。此外学生在学习活动中运用到的数学工具也同时得到了巩固与发展,如本章的矢量运算法、图形图像法和微元法。之后基于皮亚杰的理论连续发展机制,并兼顾科学方法和数学工具在本章的应用,围绕上述核心概念来构建本章学习进阶。根据学科知识的内在逻辑,从三个维度构建学习进阶模型,即库仑定律和电荷守恒定律、电场的力的性质、电场的能的性质。最终根据上述学习进阶的研究结果,对本章具有代表性的章节“库仑定律”和“电场强度”进行教学设计,为一线教学提供参考。


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