基于高中物理核心素養(yǎng)的研學(xué)實(shí)踐教育案例研究

摘 要：通過分析校外研學(xué)活動(dòng)與校內(nèi)科學(xué)競(jìng)賽案例，探討如何通過實(shí)踐活動(dòng)提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。研究采用案例研究法，結(jié)合定性與定量數(shù)據(jù)分析，評(píng)估學(xué)生在參與實(shí)踐活動(dòng)中的表現(xiàn)和學(xué)習(xí)成果。結(jié)果表明，研學(xué)實(shí)踐活動(dòng)有效促進(jìn)了學(xué)生的創(chuàng)新思維、問題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作能力的發(fā)展，并顯著提高了他們的物理學(xué)科理解和應(yīng)用能力。研究強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐教育在高中物理教學(xué)中的重要性，具有一定的教育意義和實(shí)踐價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高中物理；核心素養(yǎng)；研學(xué)實(shí)踐；科學(xué)競(jìng)賽；教育案例

基金項(xiàng)目：玉林市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度教研引領(lǐng)專項(xiàng)課題教研引領(lǐng)“基于高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的研學(xué)實(shí)踐教育的案例研究”（課題編號(hào)：2022YZ208）的研究成果。

作者簡(jiǎn)介：黃春勇（1980—），男，廣西壯族自治區(qū)北流市高級(jí)中學(xué)。

陳 敏（1989—），女，廣西壯族自治區(qū)北流市高級(jí)中學(xué)。

通信作者：謝奔峰（1978—），男，廣西壯族自治區(qū)北流市高級(jí)中學(xué)。

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括科學(xué)探究、物理建模、批判性思維和創(chuàng)新能力等，能幫助學(xué)生理解物理原理，解決實(shí)際問題，是高中物理教育改革的關(guān)鍵目標(biāo)。隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，物理教學(xué)不再局限于知識(shí)傳授，而是更注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，尤其是將物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際情境中的能力。

在物理教學(xué)中，研學(xué)實(shí)踐活動(dòng)能夠幫助學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際情境相結(jié)合，激發(fā)他們的探究興趣和提升解決問題的能力。本研究結(jié)合我校開展的校外研學(xué)活動(dòng)（如參觀燈籠橋、圭江明珠大橋等）以及校內(nèi)科學(xué)競(jìng)賽項(xiàng)目（如紙橋承重、落體緩降和水火箭制作等），探討如何通過實(shí)踐活動(dòng)提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，進(jìn)而推動(dòng)物理教學(xué)改革和素養(yǎng)教育的創(chuàng)新。

一、研究背景

（一）物理學(xué)科核心素養(yǎng)的研究現(xiàn)狀

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是新課程改革的重要目標(biāo)，涵蓋科學(xué)探究、物理建模、批判性思維和創(chuàng)新能力等方面［1］。物理學(xué)科核心素養(yǎng)不僅是對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握的要求，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。特別是在面對(duì)復(fù)雜問題時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、批判性思維以及系統(tǒng)分析能力顯得尤為重要。然而，盡管對(duì)于核心素養(yǎng)的框架和理論已有較為完善的探討，但關(guān)于如何在高中物理教學(xué)中實(shí)現(xiàn)這些素養(yǎng)的具體實(shí)踐案例仍較為匱乏，尤其是在具體教學(xué)情境下如何有效地融合這些核心素養(yǎng)，尚缺乏系統(tǒng)性和具備良好可操作性的研究成果。

（二）研學(xué)實(shí)踐教育的研究現(xiàn)狀

研學(xué)實(shí)踐教育通過讓學(xué)生參與實(shí)際探究活動(dòng)，成為提升學(xué)生綜合素養(yǎng)的有效途徑［2］。在物理學(xué)科中，校外考察與校內(nèi)比賽有助于學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，但現(xiàn)有研究多集中在課堂教學(xué)，缺乏系統(tǒng)的研學(xué)活動(dòng)分析，尤其是實(shí)踐活動(dòng)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)施。

（三）研究總結(jié)

盡管研學(xué)教育和核心素養(yǎng)培養(yǎng)在物理教育領(lǐng)域中已得到一定研究，但針對(duì)具體教學(xué)案例和實(shí)踐活動(dòng)的系統(tǒng)分析較為稀缺。本研究通過多個(gè)案例分析，探討研學(xué)實(shí)踐活動(dòng)如何在不同情境下促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，為物理教學(xué)提供實(shí)踐指導(dǎo)［3］。

二、研究方法

（一）研究設(shè)計(jì)

研究采用案例研究法，需要明確研究的目標(biāo)、對(duì)象和研究周期。

（二）數(shù)據(jù)收集方法

定性數(shù)據(jù)：通過訪談法、課堂觀察法和學(xué)生作品分析法收集數(shù)據(jù)，分析學(xué)生在活動(dòng)中的參與表現(xiàn)、問題解決過程和科學(xué)思維能力。

定量數(shù)據(jù)：通過學(xué)生作品評(píng)分（如紙橋承重、落體緩降裝置、水火箭等），評(píng)估學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升情況。

三、案例實(shí)施

（一）校外研學(xué)活動(dòng)實(shí)施

1.小組分配與任務(wù)安排

學(xué)生分為3個(gè)小組，每組7—9人，任務(wù)包括：方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案或展示內(nèi)容；數(shù)據(jù)收集，查閱資料、收集數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)操作，執(zhí)行操作并記錄數(shù)據(jù)；匯報(bào)準(zhǔn)備，整理研究結(jié)果并展示。

2.任務(wù)安排表

教師在活動(dòng)開始前提供任務(wù)說明書，列出目標(biāo)和所需材料。研學(xué)活動(dòng)的時(shí)間安排如下表 1。

（二）校內(nèi)科學(xué)競(jìng)賽活動(dòng)實(shí)施

1.競(jìng)賽項(xiàng)目介紹

高二年級(jí)競(jìng)賽項(xiàng)目：

鐵絲陀螺：涉及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、角動(dòng)量和力矩。

投石機(jī)：涉及拋物線運(yùn)動(dòng)、力學(xué)原理和能量轉(zhuǎn)化。

高一年級(jí)競(jìng)賽項(xiàng)目：

紙橋承重：涉及材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

落體緩降：研究軌道形狀、傾斜角度和滑動(dòng)摩擦力對(duì)下落時(shí)間的影響。

水火箭制作：涉及氣體壓力、噴射原理和運(yùn)動(dòng)學(xué)。

2.任務(wù)要求與材料

落體緩降項(xiàng)目：鋼球、卡紙、透明膠等。

紙橋承重項(xiàng)目：70克A4紙、文具膠水、測(cè)重車等。

競(jìng)賽要求學(xué)生根據(jù)提供的材料制作模型，按要求進(jìn)行測(cè)試并提交作品。

3.競(jìng)賽展示與結(jié)果

學(xué)生按班級(jí)組成小組，通過查閱資料和設(shè)計(jì)草圖完成項(xiàng)目，提交作品進(jìn)行審核。在學(xué)校禮堂開展展示比賽，每個(gè)小組依次匯報(bào)設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)過程和成果。評(píng)審組根據(jù)表現(xiàn)打分并公布成績(jī)，根據(jù)排名，學(xué)生按比例獲得一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)，并在禮堂舉行頒獎(jiǎng)儀式。通過這樣的動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生不僅學(xué)到了物理原理，提升了物理核心素養(yǎng)，還在實(shí)際操作中提升了問題解決能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

四、研究結(jié)果與討論

（一）活動(dòng)對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的影響

通過研學(xué)活動(dòng)和科學(xué)競(jìng)賽的實(shí)施，學(xué)生在多個(gè)方面的能力得到了顯著提升，特別是在創(chuàng)新思維、問題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作能力這些在物理學(xué)科核心素養(yǎng)中占據(jù)重要位置的方面。

第一，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。在本研究中，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)貫穿于所有研學(xué)活動(dòng)和競(jìng)賽項(xiàng)目。例如，在“紙橋承重”項(xiàng)目中，學(xué)生不僅需要理解力學(xué)原理，還要在有限的材料和時(shí)間內(nèi)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以提高橋梁的承重能力。學(xué)生通過設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)、選擇材料、計(jì)算承重點(diǎn)等步驟，逐步培養(yǎng)在物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用創(chuàng)新思維的能力。通過這種任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐，學(xué)生將物理學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際問題相結(jié)合，提升自身思維的靈活性與創(chuàng)造性。

第二，問題解決能力的提高。在校外研學(xué)活動(dòng)和科學(xué)競(jìng)賽中，學(xué)生面對(duì)的實(shí)際問題促使他們進(jìn)行自主思考和不斷試驗(yàn)。以“落體緩降”項(xiàng)目為例，學(xué)生要設(shè)計(jì)一種方法來延長(zhǎng)物體下落時(shí)間，這個(gè)過程涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集和分析。學(xué)生需要優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的反饋進(jìn)一步調(diào)整設(shè)計(jì)方案。通過這一過程，學(xué)生不僅加強(qiáng)了對(duì)物理理論知識(shí)的理解，提升了解決復(fù)雜物理問題的能力，還提高了將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力。

第三，團(tuán)隊(duì)合作能力的增強(qiáng)。所有研學(xué)活動(dòng)和競(jìng)賽均為小組合作形式，團(tuán)隊(duì)成員之間的分工與協(xié)作對(duì)任務(wù)的完成至關(guān)重要。例如，在“水火箭”項(xiàng)目中，學(xué)生不僅要討論火箭的設(shè)計(jì)方案，還要分工合作進(jìn)行火箭的制作與發(fā)射。通過這種集體合作，學(xué)生在溝通、協(xié)作、任務(wù)管理等方面獲得了顯著提升。每個(gè)小組成員的貢獻(xiàn)都會(huì)對(duì)整體任務(wù)結(jié)果產(chǎn)生影響，這使得學(xué)生學(xué)會(huì)了在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，與他人共同實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評(píng)估

通過對(duì)學(xué)生的作品評(píng)分、課堂表現(xiàn)以及心得反思進(jìn)行分析，我們可以清晰地看到學(xué)生在物理學(xué)科上的進(jìn)步，尤其是在動(dòng)手能力、物理理解和實(shí)際應(yīng)用方面。

第一，作品評(píng)分。在校內(nèi)的科學(xué)競(jìng)賽中，學(xué)生的作品質(zhì)量直接反映了他們對(duì)物理原理的理解與實(shí)際應(yīng)用能力。例如，在“鐵絲陀螺”競(jìng)賽中，成功設(shè)計(jì)出旋轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)的陀螺的學(xué)生，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、角動(dòng)量等物理概念有更為深刻的理解。在評(píng)分過程中，教師和評(píng)審專家不僅考慮學(xué)生作品的完成度，還評(píng)估學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中對(duì)物理理論的實(shí)際運(yùn)用能力。因此，作品評(píng)分可以反映學(xué)生是否掌握了相關(guān)物理知識(shí)，以及能否將其創(chuàng)新地應(yīng)用于實(shí)際問題中。

第二，課堂表現(xiàn)。研學(xué)活動(dòng)極大地激發(fā)了學(xué)生對(duì)物理學(xué)的興趣，學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)變得更加積極主動(dòng)，課堂討論和學(xué)生間的互動(dòng)明顯增加。例如，在“投石機(jī)”原理討論中，學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出多種設(shè)計(jì)方案，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的假設(shè)。這一變化表明，研學(xué)活動(dòng)不僅豐富了學(xué)生的物理知識(shí)，還極大地提升了他們的思辨能力和實(shí)踐能力。

第三，心得反思。學(xué)生在活動(dòng)后的反思日志中普遍提到，通過參與實(shí)踐活動(dòng)，他們不僅加深了對(duì)物理概念的理解，還意識(shí)到了物理知識(shí)在現(xiàn)實(shí)中的廣泛應(yīng)用。有學(xué)生反映，之前在課堂上學(xué)到的物理理論與實(shí)際生活的聯(lián)系較為抽象，而通過親手設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，他們更加深入地理解了物理現(xiàn)象背后的原理，并能將理論與現(xiàn)實(shí)問題相結(jié)合，提升了自己的綜合應(yīng)用能力。這種反思表明，研學(xué)活動(dòng)有效促進(jìn)了學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

（三）研究中的不足與改進(jìn)建議

盡管研學(xué)活動(dòng)和科學(xué)競(jìng)賽取得了預(yù)期的效果，但在實(shí)施過程中也遇到了一些挑戰(zhàn)和困難，需要在未來的教學(xué)設(shè)計(jì)中進(jìn)一步改進(jìn)。

首先是時(shí)間安排的挑戰(zhàn)。部分活動(dòng)由于設(shè)計(jì)復(fù)雜，學(xué)生需要投入大量時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和制作，比如在“落體緩降”項(xiàng)目中，雖然學(xué)生提出了多個(gè)創(chuàng)意設(shè)計(jì)，但由于時(shí)間的限制，部分小組未能充分進(jìn)行試驗(yàn)和優(yōu)化。未來可以考慮合理調(diào)整活動(dòng)的時(shí)間安排，可以適當(dāng)延長(zhǎng)活動(dòng)時(shí)間或?qū)⒒顒?dòng)分階段。在時(shí)間安排上，既要保證活動(dòng)的深度，又要避免因時(shí)間不足導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)草率或結(jié)果偏差。

其次是資源限制。某些活動(dòng)的實(shí)施受到資源限制，特別是在物理模型制作過程中，材料和設(shè)備的不足會(huì)影響學(xué)生創(chuàng)意的實(shí)現(xiàn)。例如，在“水火箭”項(xiàng)目中，學(xué)生需要特定的設(shè)計(jì)材料和工具，但學(xué)校的資源有限，部分小組的設(shè)計(jì)方案未能完全實(shí)現(xiàn)。未來可以考慮增加實(shí)驗(yàn)資源，或鼓勵(lì)學(xué)生自帶材料，以便更好地開展項(xiàng)目。

最后是評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的局限性。雖然作品評(píng)分為學(xué)生提供了量化的評(píng)估依據(jù)，但評(píng)分過程中可能存在一定的主觀性影響，尤其是在評(píng)審創(chuàng)新性和實(shí)驗(yàn)操作方面。為了提高評(píng)估的公正性和準(zhǔn)確性，未來應(yīng)制定更為細(xì)致和明確的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，并將學(xué)生的過程性表現(xiàn)與成果性表現(xiàn)結(jié)合起來，進(jìn)行綜合評(píng)估。可以從設(shè)計(jì)階段的思路記錄、團(tuán)隊(duì)合作表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析等方面進(jìn)行評(píng)估，以全面反映學(xué)生的綜合能力，避免單一評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的局限性。

五、總結(jié)

通過本次研究發(fā)現(xiàn)，研學(xué)活動(dòng)和科學(xué)競(jìng)賽對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有積極影響，尤其在創(chuàng)新思維、問題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作能力等方面。同時(shí)，也在活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)了時(shí)間、資源和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等方面的挑戰(zhàn)，為未來的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。今后的活動(dòng)應(yīng)更加注重時(shí)間安排、資源支持和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的完善，進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)科素養(yǎng)。

［參考文獻(xiàn)］

鄒正娟.基于高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)策略探究［J］.科學(xué)咨詢（教育科研），2022（11）：215-217.

顧仙宇.打造研學(xué)基地帶動(dòng)學(xué)科實(shí)踐［J］. 基礎(chǔ)教育課程，2022（6）：23-28.

鞏曉陽.中小學(xué)研學(xué)實(shí)踐活動(dòng)與教育評(píng)價(jià)［J］.教育，2024（16）：45-47.