基于学生自主创新实验项目化学习的实践与研究

开题报告

一、课题研究的背景和所要解决的主要问题

（一）研究背景

1.是基础教育改革和物理课程标准要求

新课标强调以物理知识和技能为载体，让学生经历科学探究过程，学习科学探究的方法，培养学生的科学探究精神，实践能力，创新意识，为了给学生的自主学习和多样化的学习方式创造条件。但实际的教学中，很多教师仍过分看重结果，为了节约时间，很多实验过程只是走过场，甚至放视频，学生亲自体验机会少，更不用说学生自主创新实验了。

2.双减大背景下转变教学方式的需要

今年出台的双减政策，背景就是中小学生负担太重，短视化、功利化问题没有根本解决。为何我们一直无法破解“学生的学习负担过重”这一难题？根本原因在于，我们的教学已经偏离了“育人为本”的正确轨道。课后校外培训机构主要培养了学生的解题能力，而忽略了思维能力的培养、忽略了科普知识的渗透、忽略了科技创新应有的地位，将获取分数凌驾于学生核心素养的培养之上，这就导致学生会做题却不会解决真实问题。但随着时代发展，社会对人的综合素养和创新能力提出了更高要求，因此只靠一味的刷题，学生是无法获得适应个人终身发展和社会发展所需的品格和关键能力。另外部分学习困难的学生每天都疲于应付课程作业，逐渐丧失了主动学习的愿望，但这些学生中并不是所有人都不善于学习，只是从小到大的传统学习方式，没有给他们发挥才能的机会，他们中有些是动手能力很强的。因此日常教学中，需要改进不仅是课堂中的教学方式，还有课堂中的评价方式。

（二）所要解决的主要问题

在“双减”背景下，如何在作业减负的同时，更进一步的提高学生的素养。“双减”不能简单理解成“减小作业量，降低难度”减少作业负担也不能脱离课程标准，也不能丢失教学目标，既要保证学生可以身心愉快地完成学习目标，还要能促进学生核心素养的提升。如何让学生持续系统的进行物理学习，是我们研究的终极目标。

目前部分教师采用“短平快”的方式给学生提供结构化的指导和详细的说明，让学生在最短的时间内完成学习任务，并以此作为课堂评价的重要标准。这种看似“成功”的教学，其实是存在“隐患”的，因为学生只发生了识记、简单模仿等浅层学习，对于物理学科本质的学习并没有发生，这样的学习本质还是被动学习。通过自主创新实验为载体，加以项目化的整合，整个学习过程不局限在课堂有限的时间里进行，而是提供了一个主题，学生可以在课堂学习的基础上，另外自由选择时间和地点，经过充分思考创新来完成。对学生而言，课本上写的知识是对是错需要证实，问别人得来的答案那是别人的思维，只有经历自己做实验或创新研究与分享展示成果的过程，学生的动手能力才得到增强，语言表达、概念理解、逻辑思维等能力才能得以提升。

二、国内外同一研究领域现状与研究的价值

（一）国内外同一研究领域现状

美国教育家杜威认为“教育即生活”，并强调教育是为了更好的适应生活。在国内，陶行知先生第一个意识到生活与教学之间关系并提倡生活教育。项目化学习融合了建构主义、杜威的实用主义教育理论、陶行知的生活即教育理论、STSE教育理论和人本主义理论，从课前准备、课堂教学和课后延伸三个方面设计教学过程，将物理课堂回归到生活。

当代著名中学物理特级教师杨勇诚倡导的项目学习，他指出教师在整个教学过程中的作用是调动学生的主动性、挖掘学生的潜能，促进自主学习、合作学习。通过教师创造性地劳动，优化课程结构，提高课程实施水平。

教育教学从原来的学以致用，到现在的用以致学以及核心素养引进下实践导向的课程新样态或新的学习形态如项目化学习、STEM学习、STEAM 学习应运而生，并焕发出勃勃生机。近几年南京树人学校特级教师汤金波老师团队开展的自主创新实验也同样风生水起。学生自主创新实验是以真实问题为教学情境，基于教材、融合STEAM理念，对各种教学资源进行整合的一种教学途径。在中国知网的文献全部分类中，以“项目化学习”为主题，检索到1903篇文献，其中物理教学直接关联的有37篇文献。检索中发现关于项目化学习中学生自主创新的内容主要集中在STEM等偏向于自制某一件与物理知识相关联的作品，或者说教师在项目化学习中的作用，对学生自主创新在物理教学中的作用研究并不充分。

（二）研究的价值

1实践意义

从学生学科核心素养培养的角度看，实验是点燃智慧的发动机，学生自主创新实验的项目化学习绝不是让学生只停留于“玩”的低层面。看得见的是创新实验，看不见的是学生的自主学习与思维提升，这是高级的层面。学生自主创新实验的项目化学习最后可延伸到学生自主设计项目，因此这种学习不限于追求学生的认知和思维发展，更指向学生的全面发展，立德树人。通过这种方式的学习不仅能提高物理学业成绩，而且能培养动手实践能力与科学探究素养，更为重要的是，对学生的生涯发展规划与未来自主选择具有关键的铺垫作用，为未来人生的发展奠定基础。

项目化学习的研究已经非常成熟，但真正与常态课融合度还不够，本课题试图把项目化学习应用到部分常态课中，或者说把某一个知识点做成微项目化，把一个个小的项目最后整合起来，然后在实践中摸索出适合本地学生的一套教学范式。具体可以分为几类：

（1）科学探究类:书本上部分以有的科学探究类实验，可以进行创新改造成项目化的学习内容，使学生学习的兴趣更浓、目的性更强。

（2）实验操作类：课本上直接上手的一些操作学生无法理解或者无从下手，可制作一些半成品，让操作步骤从一步分解成几步，逐渐过渡。在这中间的半成品可以说就是一个创新的微项目。

（3）在引入环节中创设真实情景，书本上部分引入环节可能脱离学生实际或有一定的区域性，改造创新适合本土学生的场景，为化解新课难点作铺垫。

2理论价值

（1）自主创新实验的项目化学习是理解物理知识理解的重要方法。布鲁纳认知表征理论，把认知表征分为动作表征、图像表征和符号表征三种，动作表征通过动作反应（做）表征理解，图像表征通过表象反应（物理图景、想像、图画）表征理解，而则是通过符号表征（语言、说、写）表征理解。学生自主创新实验的开展，能实现“从动作表征经图像表征而达到符号表征”，从形象思维到抽象思维的演变，从而促进学生“智慧发展”。

（2）自主创新实验的项目化学习是培养物理思维能力的重要形式。很多的自主创新实验材料都是选材来源生活中简易物品。学生通过自制探究性学具，激发学生积极主动地思维，围绕一个主题，使之项目化，在问题探究和问题解决过程中，促进学生灵活运用物理知识来解决实际问题，一定程度促进学生物理思维能力的培养。

（3）自主创新实验的项目化学习是提升实践操作技能的重要途径。学生在进行自主创新实验时，通过自主选择器材，创新实验设计，亲自动手实践，增加了动手的机会，在反复实践操作中，充分锻炼了实验实际操作能力，明显提高了实验操作的熟练程度和规范精度。

三、课题的核心概念及其界定

1.自主创新实验

学生自主创新实验是基于物理现象或规律，由学生自主提出问题，通过合理猜想假设，自主创新设计、全面细致观察、主动合作探究、科学分析论证，得出科学结论的一项综合性、高品质学习的探究性活动。学生自主创新实验是学生用自己的智慧去创新实验设计，意味着自己会分析实验原理，自己思考并选择实验器材，自己设计操作步骤，教师在其中智能只起到指导者、帮助者和促进者的作用。

创新实验从内容上可细分到情景引入实验创新、探究过程中实验创新、验证类实验创新、操作类实验创新。

学生自主创新实验因其自身独特的内在属性，具备了自主性、综合性、探究性、参与性、互动性、实践性与创新性的七个基本特征。它与物理现象或规律紧密相连，并指向于灵活应用物理知识或规律解决实际应用问题，不仅突破了教师“指令式”的做实验，让学生主动地“想”，自由的“说”，而且还促进学生自主总结，主动思考，自主表达，师生相互交流，生生相互启发和借鉴学习，具有鲜明的实践性。

2.项目化学习：

所谓“项目化学习”就是由学生和教师一起围绕着某个特定的研究项目主体而展开的一系列教学、学习模式。项目化学习是对现实世界中学生们关注的项目主体的深入性探究，其从学生的角度为出发点，通过设立主体、分工协作、完成目标来实现整个教学过程。

从形式上讲，项目化学习就是学生对开放性问题进行研究，并运用所具备的知识来制造真实的产品或制订出原创的解决方案。这样的学习模式通常会顾及学生的自由选择，并为学生的主动学习和团队合作打下基础。

从过程上讲，项目化学习主要以完成项目得到品的同时，引导学生自主思考和动手实践，是将学和做紧密结合起来的一种学习方式，通过项目学习，学生能够在完成学习任务的基础上了解物理知识的本质，有利于将理论知识与实践有效结合，即在高阶思维完成项目的同时，学习了低阶的知识。将“项目化学习”应用于初中物理教学，能有效提高课堂效果，促进学生进行深度学习，将推动初中物理课堂的变革。

3.自主创新实验与项目化学习的关系

（1）在真实的情景中引出任务，然后学生制定方案，通过任务的完成来解决问题。在真实的情景环节可以进行开拓创新，使情景为整个项目的开展提供服务。

（2）可借助项目把零碎的一些创新实验进行整合，

（3）对已有验证性实验进行转化改造，使之适合学生完成，并且引导学生用项目化学习的思维来创新验证已有的实验结论。

四、课题研究的支撑性理论

1.罗杰斯人本主义理论

学生是学习的主体，当自主成为学生真正的行为时，这种以人为本关注生命的理念才会真正地落到实处。学生自主创新实验，尊重学生的学习规律、归还学生的学习权利，坚信学生的学习潜力，为学生创造幸福的未来，这些都是以生为本，关注生命的重要体现。

2.马扎诺理论

马扎诺的教育目标四大系统是:自我系统、元认知系统、认知系统、知识系统。其中自我系统面对新任务首先要决定是否介入，如果决定介入，那么才有其他三大系统的跟进。可见，启动自我系统是学生学习的起点。学生自主创新实验中教师通过关注情境即注重真实情境、真实问题、关注问题驱动、关注学情等方式点燃、激活、唤醒学生，启动学生自我系统。

3.布鲁纳认知表征理论

把认知表征分为动作表征、图像表征和符号表征三种，动作表征通过动作反应（做）表征理解，图像表征通过表象反应（物理图景、想像、图画）表征理解，而则是通过符号表征（语言、说、写）表征理解。学生自主创新实验的开展，能实现“从动作表征经图像表征而达到符号表征”，从形象思维到抽象思维的演变，从而促进学生“智慧发展”。

4.马斯洛需求层次理论

马斯洛需求层次理论认为，人有生理的需求、安全的需求、归属“五爱”的需求、尊重的需求和自我实现的需求五个层次。其中，前两者是物质需求，后三者是精神需求，而自我实现的需求则是最高层次的精神需求（后发展成超越自我的需求）。自主创新实验是实现自我需求的重要途径。通过自主创新实验，实现心灵的满足、精神的滋养，人充满活力，充满自信，充满力量。这种内心惬意、精神的满足，使人真正体验到安全感、归属感、成就感和幸福感，它不仅有利于理解物理学科的学科思想和本质特点，而且更重要的是对物理学科的兴趣提升，由兴趣到兴志，并渴望为此而奋斗终生。

5.元认知理论

元认知理论是20世纪70年代中叶由美国的心理学家弗拉威尔（J•H•Flavell）提出的关于儿童认知发展的心理学理论，元认知是对认知的认知，其实质是认知主体对自己的认知活动的自我意识、自我监控和自我调节。元认知能力是学生面向未来的核心能力，是深度学习的重要策略，是学生学会学习的重要能力。元认知能力是“对认知的认知”，具体到自主创新实验而言，学生要设计创新实验，就必须制定详细的实验计划、确定具体的实验目标、监控达成目标的过程、掌握、优化和调节实验策略，通过反馈，及时评价、控制和调节实验进度等，这些都有利于学生元认知能力的养成和提升。

五、课题研究的目标、内容与重点

（一）研究目标

总目标：在“双减”和培养学生核心素养的大背景下，探索在初中物理教学领域，通过对基于学生自主创新实验的项目化学习的实践和研究，让它成为目前物理教学课堂的一个补充，为深化初中物理课堂教学改革提供理论研讨与实践对策。

理论研究目标：探讨基于学生自主创新实验的项目化学习的理论框架，明晰其基本内涵、特征与发展走向，形成核心教学主张和基本教学原则。

实践研究目标：依托太仓市高新区中学物理组团队和太仓市实验中学优秀教师，梳理基于学生自主创新实验的项目化学习的实践体系和操作路径，推动学生学习方式的转变。

（二）研究内容

1.基础理论研究

通过文献检索、学习和综述，从理论上初步论证课题核心概念“基于学生自主创新实验的项目化学习”的内涵、特征和研究现状，以及这一核心概念的价值追求。探索本课题适合的实践范围，邀请有关专家学者进行理论指导与研讨。

2.实践研究

（1）教材实验的改进、优化

基于课程标准和学校实际情况，成员在课堂上对于课本部分实验进行改进，录制视频。挑选适合课题研究的内容，展开讨论。每个项目内容都形成小案例，最后汇总成册进行推广，过程中课题组成员书写实验教学反思，发表学术论文，最终优化实验教学成效。

（2）创设新实验

适当增加和开发一批具有针对性的实验，本着实验操作简洁化、实验材料生活化、实验制作低成本化等原则，通过阅读书籍、查阅网络、集体研究等形式学习，利用身边一些随手可得的器材自制教具改进实验，发动教师和学生，人人做教具，个个做实验，录制实验视频，增强学生的动手能力和实践能力，使学生在实验中形成较强的观察、思考、分析、操作实践能力，提升整合知识内容及应用的水平，保障科学探究、科学思维素养的落地。

（3）向课外延伸的实践

鼓励学生在课后进行自主创新实验的项目化学习，练习撰写实验报告，制作作品，尝试撰写小论文，定期开展评比。

（4）在太仓市第二期乡村骨干教师培训班活动中进行实践。

六、课题研究的思路、过程与方法

（一）研究思路

本课题属于应用性理论与探索性实践相结合的研究。研究主要沿着三条线路展开：一是通过师生访谈与问卷、课堂观察，了解目前教学中教师对自主创新实验的认识，然后通过学习自主创新和项目化学习等有关文献，把理论应用到实践中，摸索出适合本区域教学实际并与课题有关的应用性理论与一般操作方法。二是从学生自主创新的项目化学习的视角分析和解决课堂实际问题，探索哪些内容适合本课题进行实践，并在本校逐步开展实践活动；三是对适合使用本课题方法的课堂教学案例进行分析，提炼出具有应用价值的教与学的方法。经过一段时间的实践和研究实施阶段性总结反思，完成各类报告、论文与案例，实施行动研究。

（二）研究方法

1.调查研究法：在课题研究的不同阶段，对教师、学生进行问卷、访谈等调查，了解情况，分析数据，形成切实可行的方案与措施。

2.文献研究法：充分利用网络平台和教育刊物，收集研讨有关文献材料和研究现状，寻求方法指导和理论支撑。

3.行动研究法：充分利用课堂主阵地，开设课题研讨课，深入实践研究。通过课题组的沙龙、座谈、专题会议等形式，深化认识、总结反思，不断修正与完善。

4.案例研究法：选取研究中有典型性的事件，进行分析和研究，提出问题，研讨论证，寻求规律，进一步指导实践。

5.经验总结法：总结提炼课题研究过程中的经验与做法，为深化研究和成果推广提高借鉴与参考。

（三）实施步骤

1.前期准备阶段：（2022.10－2023.3）

成立课题组，采取文献法，搜集“自主实验”、“学生自主创新”、“项目化学习”相关论文并组织学习，进一步分析和理清相关研究问题的内涵和外延；调查分析课堂教学现状，提炼课题，并对适合实践的内容进行全面的论证。完成课题的申报工作。进行主题研讨，明确课题的内涵、价值和意义，确定课题研究的内容、方法、思路与实施步骤，制定课题研究方案。

2.组织实施阶段：（2023.3－2024.6）

（1）根据教学实际和本课题的主要任务和研究重点，制订子课题的研究方案和子课题的工作计划，确定各自的研究方向。

（2）选择内容开展实践活动。每个成员根据自己班级学生实际情况，完成案例设计。

（3）组织全体教师展开课堂教学研讨活动，从中发掘和提炼有价值的案例，不断修正研究方向和完善实施方案，撰写听课记录、教育叙事、反思总结、案例研究等文本，积累研究素材。。

（4）对前期研究过程中可能出现的困惑、问题进行集中研讨，邀请专家学者现场指导，在课题的理论研究与实践探索方面提出意见和建议，及时调整与改进课题研究的方法或路径。

（5）整理优秀教学案例和教学论文并发表，参加各级各类教学设计和评优课比赛。

3.结题鉴定阶段：（2024.6－2024.10）

汇编研究论文集、教学案例集，制作教学录像，展示课题研究的相关成果，完成结题报告，为课题的结题鉴定作好充分的准备。

七、课题研究的主要观点与可能的创新之处

（一）主要观点

根据理论的指导对课堂进行变革就有了方向，强化对科学探究过程的理解，培养学科素养、创新意识。同时使教师在实验中发现问题，不断改进教学方法，提高物理教学能力。

（二）可能的创新之处

把学生自主创新实验融合到项目化学习中，内容的制定范围更广，学生可能在自己的研究中发现新的问题，制作新的作品。

制定创新实验过程评价表，环节分为 3 个层次打分，分别为情境问题，证据思维和解释纠错。过程中不追求达到很高的水平，关键是学生有意识去提升自己的环节能力，课堂中积极引导学生跳一跳达到第三个水平的层次。课堂中的评价方式多样化，不拘泥于解答试题，让更多的学生能参与到学习中，并获得成就感。

对项目化学习进行课后的延伸，学生可以在家可借助手机拍摄慢动作，把复杂的物理现象放慢。在家庭中让家庭成员参与进项目化学习，挑选的器材更丰富，进行学习时间更长。

教师把创新落实到课堂实处，学生的创新意识就会在学生头脑中萌芽，创新能力就会得以养成，创新方法就会逐渐习得，创新习惯就会逐渐形成，同时教师在这样的学习环境中也会逼迫自己不断学习新知识，不断创新，使学习变的更相辅相成。

八、完成研究任务的可行性分析

1.研究人员情况

本课题主持人为中小学高级教师，苏州市学科带头人、苏州市优秀教育工作者。有着丰富的初中物理教学经验，曾获苏州市和太仓市基本功一等奖，多次苏州市评优课二等奖、太仓市评优课一等奖。教科研方面，多次主持和参与各级课题研究，多篇论文省级发表。课题组核心成员由本校骨干教师和太仓市实验中学优秀教师组成。他们从事初中物理教学实践与研究的一线工作，具有较高的专业素养。除课题主持人外，核心成员中包括县区学科带头人二名，都有主持或参与过市级以上课题研究的经历。

2.研究保障条件

太仓市高新区中学积极开展课堂教学改革，把“创特色、树品牌、坚定不移实施优质均衡教育，抓质量、促发展”作为办学思路，努力培养全面发展、创新思维的人才。我校积极支持和重视教科研工作，课题启动后，学校将在研究经费上予以保障。每位课题成员均有电脑等信息设备，能及时学习先进教育教学理论，相互交流与查阅文献资料。我校物理实验室均为最新配置，电学实验室为太仓最高标准，实验器材丰富且先进，对课题的开展有充足的保证。课题主持人同时还担任太仓市乡村骨干教师培育站主持人，课题研究过程中会有更广泛的空间进行实践。

九、课题研究的预期成果

	成果名称	成果形式	完成时间
阶段成果	课题研究相关文献综述报告	文献综述报告	2022年10月
	物理教师课堂教学方式、学生学习方式现状的调查报告	调查分析报告	2022年11月
	课题研究相关初中物理实践课案例	教学课例集	2023年6月
	课题研究相关初中物理实践课研究阶段性报告	阶段研究报告	2023年7月
最终成果	课题研究相关初中物理实践课的课例	教学课例集	2024年6月
	课题研究相关初中物理实践课的论文	课题研究论文	2024年7月
	课题研究相关实践研究结题报告	结题报告	2024年9月