基于学生自主创新实验项目化学习的实践与研究
中 期 报 告
太仓市高新区中学 陆挺 杨晓东
2022年9月，在国家“双减”和创新教学大背景下，《基于学生自主创新实验项目化学习的实践与研究》获批立项太仓“十四五”规划课题。2022年10月17日，由太仓市教师发展中心严乃超、太仓市实验中学成士桂老师开设线上会议室，对本课题的实施进行了论证，专家们认为：本课题基于学生创新的项目化学习，立足培养学科素养、创新意识，符合双减背景下课程改革的要求。课题创设的教学范式对区域内教学有一定的指导意义，课题提出的方案可操作性强，具有较强的现实意义和研究价值。
严乃超老师对课题开题报告提出了修改意见。根据严老师的修改意见，课题组对课题的理论价值进行了细化，分别从切入点、对项目化学习加入创新实验完善了具体的方案。对创新实验的项目化学习的范式、策略进行了补充，在指导性、推广性上加以进一步的研究。
在研期间，课题组按照预设的研究目标，在相应的教育教学理论指导下，采用科学的研究方法对课题按照预定计划和目标进行理论研究、实践操作，并取得了阶段性成果。
以下就本课题在立项之初的一些设想以及目标达成度、取得的成果向专家做汇报。
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，学生亲自体验机会少，让学生自主创新实验更少。
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、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。
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。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。
三、研究过程中的一些调整
1、适当调整了研究目标
课题主持人同时也主持太仓市乡村骨干教师培育站（初中物理），这样研究对象就不仅限于学生，研究对象同时增加了刚入职不久的青年教师。本课题同样也可以对青年教师的成长提供帮助，研究目标中增加了对青年教师部分，整体框架如图1。
图1
2、对课题可行性的范式进行调整
初中物理的课程，学习内容多，学习进度快，如何在规定的时间内完成规定的内容，项目化学习面临“性价比”的问题。项目化学习完全由学生自主，显然是不实际的。有鉴于此，课题组成员结合相关理论和教学，针对课题研究内容，提出一种教学模式，内容如下：低结构层次的探索，是由学生的学习需求而发起，其过程是开放的，学生可以创新的提出问题；而高结构是需教师预测的、封闭的、逻辑的、结构化的知识和方法，即需要老师一定的高结构指导，实施框架如图2.
图2
四、研究进展与成果
1、加强学习，提升水平
2022年9 月22日，课题组核心成员学习研究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。
课题组核心成员与杨勇诚老师讨论研究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。
课题规划下的课堂教学实践研究
根据课题研究计划，课题组分阶段落实研究重点内容，合理安排和推进课题研究的进程，努力使每一节课题研究课研讨和分析解决一个细小问题，同时精心组织区域之间的交流合作，共同研讨，稳步推进。
课题主持人陆挺老师于2022年11月15日参加首期苏州市乡村教育带头人培育站十一月实践研修活动，在苏州工业园区星海实验中学开设题为《照相机与眼球视力的矫正》的苏州市级公开课。陆挺老师在授课中引入创新的微项目学习《制作一台可“变焦”的照相机》。
微项目学习是指通过完成一些小规模的项目来提升自己的技能和知识。这种学习方法可以帮助学生将理论知识应用到实际项目中，加强对所学内容的理解和记忆。
在本次创新微项目学习中，老师在选题和过程中强调了以下几点。
选择一个与学生感兴趣或想要学习的领域相关的小型项目，确保它具有一定的挑战性，但不会让你感到过于困难。
（2）设定清晰的目标，在开始项目之前，明确学生想要达到的目标和学习重点，这样可以帮助学生集中精力并更有效地完成项目。
（3）分阶段进行，将项目分解成几个阶段，每个阶段都设定明确的任务和时间表。这样可以让你更有条理地进行学习和完成工作。
（4）积极寻求反馈，在完成每个阶段或整个项目后，寻求他人的意见和反馈。这可以帮助学生发现自己的盲点，并了解如何改进和提升。
（5）持续学习和改进，完成项目后，总结经验教训，记录所学到的知识和技能。不断学习和改进自己，为以后的项目学习做好准备。
2022年11月8日，课题组主持人为太仓市乡村（初中物理）骨干教师培育站成员开设课题研究课和讲座《创新实验教学--情境引入中创新》，以课题《基于学生自主创新实验项目化学习的实践与研究》为背景，实验教学在物理课堂教学中的实践意义和具体案例分析。
在实验教学中引入情境可以激发学生的兴趣并促进他们的创新思维。陆挺老师例举了多种创新实验教学中引入情境的方法：
（1）案例分析：通过真实的案例，让学生了解问题背景和相关情境，从而启发他们对问题的思考和创新解决方案。
（2）角色扮演：让学生扮演特定角色，如工程师、设计师、顾客等，在特定情境下解决问题，这可以帮助他们更好地理解问题，并尝试多角度思考解决方案。
（3）实地考察：到实际场景中进行考察和调研，让学生亲身体验情境，有助于他们更深入地理解问题，并激发创新灵感。
（4）游戏化学习：将实验教学内容设计成游戏形式，增加趣味性和挑战性，帮助学生在轻松的氛围下进行创新实践。
（5）开放性问题：提出开放性问题或挑战，鼓励学生自由思考和探索解决方案，同时为他们提供支持和指导。
通过创新情境引入，可以使实验教学更具吸引力和挑战性，激发学生的创新潜力，培养其解决问题的能力和创新思维。这样的教学模式有助于培养学生的创新能力和实践能力，提升其综合素质。
2022年12月2日，课题组核心成员洪芳老师开设课题研究课《物体的质量》，本次活动的主题是“基于学生自主创新实验项目化学习的实践与研究”，洪芳老师执教《质量》课题研究课，立足学生活动，突出项目化学习的渗透与落实。
2023年3月16日，课题组核心成员来到太仓市双凤中学，共同参加了苏州市初二物理教学研讨活动，听课评课，并聆听了吴志明老师讲座。
课题主持人陆挺在2023年4月3日举办的太仓市初中物理青年教师同课异构暨初三物理教学研讨活动中，作了题为《基于素养导向的学生活动设计》的讲座。基于素养导向的学生活动设计可以帮助学生在多个方面得到全面发展，培养他们的综合素养和批判性思维能力。示例：
活动名称：探索光的折射规律
活动目标：
（1）帮助学生理解光的折射规律，培养他们的观察力和实验设计能力。
（2）强调合作与沟通，培养学生的团队精神和表达能力。
活动步骤：
（1）分组讨论：将学生分成小组，讨论光的折射是什么，为什么会发生折射等问题，并设计一个小实验来验证折射规律。
（2）实验准备：每个小组根据讨论结果准备实验所需材料，包括透明容器、水、激光笔等。
（3）实验进行：学生依次进行实验，观察激光通过不同介质时的折射情况，并记录实验过程和结果。
（4）分析总结：小组讨论实验结果，分析折射现象背后的物理规律，并撰写实验报告。
（5）展示分享：每个小组展示他们的实验结果和总结，与其他小组分享并互相学习。
活动评价：
（6）针对实验设计的创新性和思考深度给予评价，鼓励学生提出自己独特的想法。
（7）评价学生合作与沟通能力，看是否能够有效地与小组成员合作完成任务。
（8）通过实验报告的撰写评价学生的表达能力和对物理规律的理解程度。
这样的活动设计结合了素养导向教育的理念，使学生在实践中感受物理学的乐趣和奥秘，培养了他们的实验能力、思维能力以及团队合作能力。
2023年7月2日，课题组核心成员聆听太仓市实验中学吴志明老师讲座《物理教科研成果提炼与展示》，从多个方面为课题组成员指导应该怎样写好一篇论文。
2023年8月19日，课题组核心成员聆听苏州市教研员李刚老师讲座《初中物理微实验情境设计》。
课题主持人杨晓东老师2023年9月18日在太仓市初中物理教学研讨活动中开设《动能 势能 机械能》
课题主持人陆挺在2023年11月17日开设课题实践课《运动相对性》。课中通过创新实验抓娃娃机比赛，让同学感受到相对运动和相对静止，从对现象的初步解释入手，引导学生如何描述运动和静止更具科学性。
3.课题规划下理论研究活动和成果
课题组定期组织课题组活动。在理论学习中，我们采用了集体学习和分散学习相结合的方法，通过上网、学习专著、阅读教育教学类刊物，学习有关问题转化的教育教学理论，写好教育随笔，积累教育智慧，用以指导自己的研究实践。
编制阶段性调查问卷，有针对性选择学生群体进行调查，了解学生学习状况、改进效果，帮助课题研究规划更切实可行的方向策略。
洪芳老师论文《初中物理实验项目化实施策略》发表在省级期刊《启迪》2022年21期；
课题主持人杨晓东老师论文《聚集核心素养，优化实验教学设计》发表在省级期刊《中学科技》2023年第1期；
课题主持人杨晓东老师论文《坚持素养本位的物理作业设计探索》发表在省级期刊《数理化学习》2023年第6期。
课题主持人陆挺老师论文《初中物理教学中思政元素的挖掘和实践》发表在省级刊物《教育考试与评价》2023年底22期。
2023年6月8日，课题组核心成员讨论研究自主创新实验与项目化学习的关系，在教学中实践学生自主创新实验，起步阶段会受到多种因素的制约。这些因素包括学生对知识的认知水平，学生探究能力和动手能力，实验材料的获取和学习时间的限制。因此在实施过程中需要逐步有序的推进，可先从模仿教师的演示实验开始。
开展学生自主创新实验不应该简单的理解成简单的动动手，而是应该有完整的实验的步骤，系统的实验报告或是一个课程的微项目化学习。
实施学生自主创新实验的场所，可以在学校，也可以延伸到家庭、社区、少年宫。学习不受时间空间的影响，是对学校学习的一个良好的补充。引导学生利用更丰富的课程资源，如可列出参考书目、网站及重要科学活动场地等，使学生的资料来源及学习方式更丰富多彩。
五、回顾展望
课题研究在课题组成员的共同努力下，研究已取得了初步的成果，但研究过程中还存在一些问题有待解决。
1.存在的问题
项目化学习通常需要更多的时间和资源来规划、执行和完成，有时可能会超出预期，评估项目化学习的效果相对复杂，因为它不像传统的考试或作业那样直接量化。如何准确评估学生的学习成果是一个挑战。项目化学习通常需要学生之间进行协作和合作，这可能导致团队内部的沟通问题、分工不均、责任不明确等挑战。学生的创新还停留在简单的开始环节，学生学习的知识还比较零散。
2.改进措施
解决这些问题的关键在于设计和实施项目化学习时要考虑到这些挑战，并采取相应的措施进行解决。例如，提供更多的指导和支持、设定明确的评估标准、培养学生的团队合作能力等。同时，学生和教师也需要灵活适应，不断改进和调整项目化学习的方式，以更好地促进学习和研究的效果。
（1）驱动性问题的设计
真实情境的问题结局势必带来复杂性，因此学生创新提出的问题，需要教师引导学生摒弃零散无意义的问题，将关联的问题进行整合，最终形成真聚焦高联结并指向核心知识、关键能力的项目驱动性问题。
（2）筛选可执行的真实情境
真实的情境需关联教材，要以待学知识为根基，结合教学条件的限制，从而为学生提供真实实践的机会。
（3）项目化评价量表的设计
评价量表是一种结构化的等级评价，通过具体描述不同水平的表现评判学生知识技能的掌握程度，关注学习的思维过程。评价量表设计过程中学生既是评价量表的制订者又是其使用者，在学生低结构的探索到教师高结构的指导中，学生经历了建构、对比、反思、调整的过程，不断循环研制评价量表，有效锻炼了科学思维和解决问题的能力。评价量表的制定是下阶段需要突破的研究难点。
3.后续计划
项目化学习的研究虽然已经成熟，但真正落实到课堂的还有待完善和改进，基于学生自主创新实验项目化学习的实践与研究是一个非常有价值的课题，为了进一步深化这方面的工作并取得更多的收获，课题组制定了以下后续计划：
（1）继续完善实践案例：在实践中积累更多的学生自主创新实验项目案例，并结合学生的反馈和评价进行总结和改进，不断提升项目的教学效果和学习体验。
（2）深入研究学生参与度影响因素：通过对学生参与自主创新实验项目的动机、认知水平、技能水平等因素进行深入研究，探索如何激发学生的自主性和创造力，提高他们的参与度和学习效果。
（3）开展教师培训与指导：针对年轻物理教师，开展相关的培训和指导活动，提升他们设计和推广学生自主创新实验项目的能力，促进教师在实践中的创新与改进。
（4）推广与应用成果：将研究成果转化为实践成果，积极推广学生自主创新实验项目化学习模式，让更多的学校和教师参与其中，推动教育教学的创新和发展。
（5）拓展合作与交流：加强与其他学校、教育机构以及相关研究机构的合作与交流，共同探讨学生自主创新实验项目化学习的理论和实践问题，促进经验互相借鉴和资源共享。
通过以上后续计划的实施，进一步拓展研究领域，深化实践成果，推动教学改革与发展，为学生自主学习提供更多的机会与支持。
2023年11月
