高二学生综合性物理问题解决困难及例题教学策略研究

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《普通高中物理课程标准(2017年版)》中的学业质量水平部分要求学生能对综合性物理问题进行分析和推理,获得结论并作出解释。解决综合性物理问题需要分析多个物理过程和运用多个物理概念和规律,大部分高中生解决综合性物理问题时存在一定的困难,需要有效的教学策略帮助学生克服困难。因此,本文分析高二学生综合性物理问题解决的困难,针对学生在解决问题时出现的困难,采用不同例题教学策略对其进行干预,并基于研究结果提出相应的教学建议。本研究参考了美国俄亥俄州立大学丁林团队关于综合性物理问题的研究设计,通过对比高二学生以不同顺序解决单一物理知识问题和综合性物理问题的表现差异,分析高二学生综合性物理问题的解决困难;针对上述问题解决困难,采用例题教学策略作为干预手段,探究不同例题教学策略对学生解决综合性物理的影响。研究过程中,首先选取S市某中学四个班进行测试,其中A、B班进行力学题目测试,C、D班进行电磁学题目测试,A、C班解题顺序为先单一后综合,B、D班解题顺序为先综合后单一。然后分析学生不同类型问题和不同解题顺序的测试结果,归纳出高二学生综合性物理问题解决困难的主要原因。最后,针对学生综合性物理问题解决困难进行例题教学策略干预研究,通过分析学生问题测试时所得的平均分、以及物理概念和规律的识别情况和解题方案的结构情况,总结出不同例题教学策略的教学效果。通过研究,本文得出以下主要结论:(一)关于高二学生综合性物理问题解决困难第一,本研究所涉及到的力学主题综合性物理问题涵盖向心力、机械能守恒定律等知识,电磁学主题综合性物理问题则涵盖安培力和欧姆定律,以及电磁感应定律等知识;相应的单一物理知识问题则只涉及到其中一个知识点。对比学生解决单一物理知识问题和综合性物理问题时发现,能顺利解决单一物理知识问题的学生不一定能顺利解决综合性物理问题,而能顺利解决综合性物理问题的学生能够较好地解决单一物理知识问题。因此,学生解决综合性物理问题的困难之一在于,学生未能很好地掌握相关学科主干知识,不能融会贯通地运用物理知识。第二,学生解决力学综合性物理问题存在识别“向心力”概念的困难,解决电磁学综合性物理问题存在识别电磁感应定律的困难,但解决相应的单一物理知识问题时能够识别上述概念和规律。因此,学生解决综合性物理问题的困难之二在于,未能在综合情境中识别相关概念和规律。第三,学生综合运用概念和规律解决综合性物理问题的得分低于解决单一物理知识问题的得分。因此,学生解决综合性物理问题的困难之三在于,学生不能有效综合运用物理概念和物理规律解决问题。第四,学生解决综合性物理问题的数学运算准确率低于解决单一物理知识问题的准确率。因此,学生解决综合性物理问题的困难之四在于,学生不能有效运用数学工具完成相关计算。(二)关于高二学生综合性物理问题解决的例题教学策略第一,例题教学策略有助于提高学生综合性物理问题的平均分。传统例题教学策略、双例题类比教学策略和自我解释例题教学策略组学生的综合性物理问题平均分均高于无例题学习材料组学生的平均分。第二,例题教学策略有助于学生突破物理概念和规律的识别困难。学生识别解题所需的所有概念和规律的比例,无例题学习材料组为59%,传统例题教学策略组的比例为88%,双例题类比教学策略组提升到91%,自我解释例题教学策略组提高到94%。例题教学策略组学生概念和规律识别比例显著高于无例题学习材料组的比例。第三,有效的例题教学策略能提升学生应用最简解题结构的比例。无例题学习材料组该比例为50%,双例题类比教学策略组提升到80%,自我解释例题教学策略组提高到88%。双例题类比教学策略和自我解释例题教学策略组学生应用最简解题结构的比例显著高于无例题学习材料组的比例。本文对学生解决综合性物理问题的困难成因和例题教学策略进行了研究,旨在帮助物理教师了解学生在综合性物理问题解决过程中的困难成因,探索综合性物理问题解决的有效教学方法,以促进学生物理问题解决能力的提高。
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