中学物理教学研究常用方法的应用问题诊断与学科指导

中学物理教学研究常用方法的应用问题诊断与学科指导



江苏省南京市白下区教师进修学校　丁玉祥



　　教学研究是一种认知活动，但又不同于一般的认识活动。所谓的物理教学研究是指物理教师有目的、有计划的采取严密的方法，围绕学生、教材以及教法等问题，探索物理教育教学规律与学生认知规律的过程。教学研究技能是一种特殊的思维能力，为解决客观上尚未解决的问题，或对已有的结论做进一步考察的思维活动的能力。物理教师的研究能力一般包括质疑能力、查阅资料能力、归纳能力、论证能力。这些能力的综合运用，就能表现出一个物理教师的研究能力。在物理教学研究实践活动中，当面临具体的物理问题，开展教学研究时，如何确定研究的方法是一个现实而重要的问题。



　　从教学实际需要的角度看，教师在开展物理教学研究的时，通常会采用观察法、实验法、调查法、文献研究法、行动研究法等等。有时候会根据研究的需要综合运用几种方法。



　　一、提出问题



　　物理教学研究过程是用科学方法对假设进行检验的过程。当教师就所要研究的物理问题提出了自己初步想法以后，从物理教学研究方法的角度看，教师在选择研究方法时，一般容易出现以下一些问题：一是没有认识到研究方法的重要性，凭经验进行教学研究。二是不会选择适合的研究方法。三是研究方法选择过多，影响正常的开展。



　　以上问题的存在，如果没有得到有效的解决，很容易影响教学研究的进展和效果。



　　二、问题研究与诊断



　　问题1：没有认识到研究方法的重要性，凭经验开展研究。



　　诊断：出现这一问题的主要原因是对教学研究中研究方法还缺乏一个正确的认识，没有意识到教学研究中，方法论的重要性。研究方法是对研究问题进行深入研究的程序、途径和手段。在教学研究方向、目的、任务都明确的前提下，研究方法的科学性，创造性与正确使用时取得研究成果的前提。研究方法要服从于研究的方向和目的。但是在方向和目的确定后，方法就起到决定性的作用。研究方法对头了。可以确保研究沿着正确的研究方向深入下去，达到研究目的。科学的研究方法有时可以缩短研究时间，减少大量人力物力的消耗，提高研究的精确化程度。无论教学研究的方案设计多么缜密，多么有价值，如果缺乏科学的、符合研究特点的科学研究方法，那么要达到预期的设想就成为一句空话。很多时候，因为研究方法的选择的适当与否，将直接影响研究问题的进展或成功与否。比如，在测定万有引力常数的实验中，很多实验都无功而返。卡文迪许实验的成功可以看出，实验研究方法选择对研究的顺利进行有着至关重要的作用。



　　问题2：不会选择适合的研究方法。



　　诊断：根据研究内容和条件的不同，研究方法的类型也不相同。根据不同的研究问题选择不同类型的研究方法，是物理教学研究首先要考虑的问题。一些教师不会选择适合的研究方法，其原因主要是不会进行研究问题的方法分类。通常，从不同的角度、按照不同的标准，可以进行不同的研究方法的分类。从宏观角度看，具体教学研究不论采取哪一种类型，按其使用的主要手段来分，还有一些基本的常用的方法。比如：观察法、调查法、实验法、经验总结法、文献研究和行动研究法，另外，基本研究方法还有比较法、个案法、测验法等。



　　问题3：研究方法选择过多，影响正常的开展。



　　诊断：研究方法从不同的角度看，有很多分类。常用的研究方法主要有上述几种。有时研究者在研究过程中，因为研究方法选择过多，导致正常的研究出现思路上的混乱，研究过程的失控。究其原因，主要有以下几点：一是在研究问题的方案设计时，缺乏清晰的思路，研究问题没有精选和梳理，研究问题选择过多，导致研究方法选择过多，在研究过程中多种方法交织，缺乏一定的选择能力，出现研究过程的混乱。二是研究方法的选择上，贪多求全，误认为方法越多，研究的科学性就也越高，而实际研究中，很多方法没有得到有效利用。三是研究中核心方法没有确定，多种方法交织运用，缺乏宏观的把握与控制，导致研究思路混乱，从而使研究过程出现无需的状态。四是研究方法的适用条件与使用范围没有准确把握，导致一些方法的科学性与准确性出现偏差，影响研究结果的准确性与公正性。



　　三、问题解决



　　研究方法的选择与运用具有一定的科学性，合理使用和运用研究方法能够保证教学研究的结果信度与效度。由于调查法、文献研究法、实验研究法、都是一些常见的研究方法，而在当前新课程教学中，教师最缺的就是行动研究方法的指导。下面主要围绕物理教学研究中行动研究方法进行一些指导。



　　1．认识观察法



　　观察法主要是指教师和学生对于物理现象在自然发生的条件下或者有目的的实验下，进行考察分析的一种方法。观察室人的眼睛在大脑指导下进行的有意识的、有组织的感知活动。伽利略在观察教堂里的挂灯，随风摆动的等时性而发明了钟摆；牛顿因为观察自由落体，而发现了万有引力；居里夫人锲而不舍的观察实验，而发现了镭的放射性。我国古代4000多年前，就有了关于星相的文字记载，积累了世界上最早的、最为丰富的天文观测资料。观察在古代，主要以眼睛为主，也有一些定量化的仪器，如测天体方位的浑天仪，测地震的地动仪，测物体质量的天平等。观察法在物理学研究中有重要地位。特别是一些不容易控制或改变其条件的物理过程更只有依靠管擦汗。爱因斯坦广义相对论的三大预言就是在天文观测中得到验证的。随着科技的发展，射电望远镜、遥感技术的以及电子显微镜技术发展，使观测的深度与广度更大了。



　　观察法的实施首先，确定观察目的；其次，确定观察现象：第一，需要对行为（观察对象）进行分类和定义（操作性定义）。第二，在观察之先需要确定被观察“行为单元”；再次，选择观察方法；第四，制定观察步骤：观察研究怎样进行，观察的程序是什么，先观察什么，后观察什么，观察多长时间，间隔多长时间进行重复观察等问题在观察之先都要做出周密的计划和安排。第五，按观察计划进行记录；第六，结果统计与分析；第七，写出观察报告：观察报告中不仅要写清被视察对象的自然情况，还要写清观察过程出现的现象，包括观察现象所发生的背景以及观察资料的统计结果和经分析和推论得出的结论。结论可以是发现的规律，也可以是发现的问题。



　　2．把握物理实验法



　　物理是一门实验为基础的学科。实验也是物理学最基本、最重要的研究方法。物理实验法，是指人们根据研究的目的，利用科学仪器设备人为控制或模拟自然现象，排除干扰，突出主要因素，在最有利的条件下研究自然规律的一种实践活动。物理实验按研究问题的质与量划分，有定性实验、定量实验和结构分析试验。按实验直接目的，可以分为探索性实验、炎症性实验和判决性实验，按实验的手段，可分为对性实验和模拟实验。在研究密度、比热容和电阻等表征物质特性的物理量时，采用对比试验是比较有效的方法。



　　物理实验在教学研究中的作用主要表现在：一是物理实验能够发现物理规律，建立物理理论；二是物理实验能够验证物理假说，检验物理理论；三是物理实验能够完善理论体系，发现物理理论。



　　物理实验一般包括实验课题的选择，实验的构思与设计，实验的实施，实验观测与记录，实验数据的处理和实验结果的理论解释等步骤。实验课题的选择要根据实际需要、主观条件和实验的目的来确定。



　　实验课题的选择关系到确定主攻方向，具有重要的意义。正确的选题要求实验要有目的性和计划性，同时也要有灵活性，注意追踪有成功希望的线索。



　　实验的构思和设计是整个实验的关键性步骤，要注意物理实验的设计方法。一般要注意以下几点：一是要深入分析实验研究对象；二要精心构思实验原理；三要巧妙设计实验技术。在物理学史上有一些实验设计非常巧妙，不仅目的明确，思考周密，而且能抓住关键，出奇制胜。



　　实验的具体实施，只要包括实验仪器的研制与准备，仪器的安装、调式与操作。



　　实验的观察与记录，主要是借助各种仪器可使实验现象重复出现，并进行发挥仪器的定量测定。因此，实验观测的基本任务就是合理、充分发挥仪器的功能，同时充分利用大脑和人体感官来协调手的操作。比如，对仪器的安装和精度是否准确无误，要靠感官来判断和估量；在操作中，仪器运转是否正常、实验现象是否预期出现，必须随时观察和监测；对仪器仪表上的显示信息要进行正确的读数与记录。



　　实验数据的处理，一般包括技术处理和理论分析。它是运用数据揭示事物和现象之间本质联系的过程。要将数学方法与思维方法结合起来，对记录的实验结果加以整理分析。包括对实验误差的分析、有效数字的运算和实验数据的处理。实验数据的处理一般方法有列表法、作图法和解析法。列表法就是把实验测得的数据和计算结果，以表格形式一样对应的排列起来，以便分析各量之间的关系，从中找出规律性的联系。



　　物理实验结果的理论解释，就是将实验结果与已知的经验或理论知识联系起来，加以解释。这也是新家说或新理论形成的过程。对实验结果的解释要对实验结果进行认真整理，注意不能带主观偏见或有意凑合的评价和解释，得出与原来假说的验证结果，要提出肯定、否定和修改的意见。



　　3．学会调查法



　　调查研究法是在科学方法论和教育理论的指导下，通过运用问卷、访谈、测量等科学方式，有目的、有计划地搜集有关教育问题或教育现状的资料，掌握有关教育实践的历史、现状和发展趋势，或有关的成果和经验、问题和教训，从而获得关于教育现象的科学事实，并形成关于教育现象的科学认识，得出科学的结论的一种研究方法。教育调查法一般是在自然的过程中进行的，间接的观察。调查研究法尽管有上述各种不同的类别，程序上虽也各有所侧重，但都基本上要遵循以下几个步骤：确定调查对象、拟定调查计划、进行试探性调查、选择和编制调查工具、实施调查、整理调查材料和撰写调查报告。



　　调查问卷一般包括指导语、对象的自然状况、问卷题三个方面。①指导语。是问卷说明的深化语言，要通俗、亲切、简洁、流畅。使调查对象较快地进入状态。②对象的自然状况。是诸如姓名、年龄、单位、班级、学号、通讯地址等有关对象的自然情况。在调查中，还可视需要增减有关项目。如增设对象父母等家庭成员的情况、对象生活、学习环境条件等情况。③问卷题。问卷题是问卷的主体，问卷题目设计的科学性、合理性、针对性如何，是调查成败的关键。问卷题设计主要有二种类型：开放式问题和封闭式问题。开放式问题要求应答者提出自己对某个问题的回答。如：你认为学校当前面临的主要问题是什么？请调查对象自己写出答案来。封闭式问题则由研究人员提供对该问题的若干种答案，由调查对象在这些答案中进行选择。



　　4．把握文献研究法



　　4．1文献与文献研究法



　　文献是把人类知识用文字、图形、符号、声频、视频等手段记录下来的东西。根据加工程度的不同，文献可以分为三种等级：一次文献，包括专著、论文、调查报告、档案材料等以作者本人实践为依据而创作的原始文献；二次文献，是对原始文献加工整理，使之系统化、条理化的检索性文献，一般包括题录、书目、索引、提要和文献等。二次文献具有报告性、汇编性和简明性，是检索工具的主要组成部分；三次文献，是在利用二次文献基础上，对某一范围内的一次文献进行广泛深入地分析研究之后综合浓缩而成的参考文献，包括动态综述、专题评述、进展报告、数据手册、年度百科大全以及专题研究报告等。



　　文献研究法就是对文献进行查阅、分析、整理并力图找寻事物本质属性的一种研究方法。通过文献研究可以有助于全面正确地掌握所要研究问题的情况，帮助选定研究课题和确定研究方向；为教育研究提供科学的论证依据和研究方法；有助于搞好科研论证，避免重复劳动，提高科学研究的效益。确定研究方向和研究课题。



　　4．2文献法研究的主要步骤



　　（1）分析和准备阶段。此阶段包括分析研究课题，明确自己准备检索的课题要求与范围，确定课题检索标志，以确定所需文献的作者、文献类号、表达主题内容的词语和所属类目，进而选定检索工具、确定检索途径。



　　（2）搜索阶段。搜索与所研究问题有关的文献，然后从中选择重要的和确实可用的资料分别按照适当顺序阅读，并以文章摘录、资料卡片、读书笔记等方式记录收集材料。



　　（3）加工阶段。要从收集到的大量文献中摄取有用的情报资料，就必须对文献作一番去粗取精、去伪存真、由表及里的加工工作。主要包括：剔除假材料，去掉相互重复、陈旧、过时的资料；从研究任务的观点评价资料的适用性，保留那些全面、完整、深刻和正确地阐明所要研究问题的一切有关资料。



　　5．掌握行动研究法



　　行动研究是指教师在教育教学实践中基于实际问题解决的需要，与专家合作，将问题发展成研究主题进行系统的研究，以解决问题为目的的一种研究方法。它是一种适应小范围内教育改革的探索性的研究方法，其目的不在于建立理论、归纳规律，而是针对教育活动和教育实践中的问题，在行动研究中不断地探索、改进和解决教育实际问题。行动研究将改革行动与研究工作相结合，与教育实践的具体改革行动紧密相连。



　　行动研究法产生以来，人们除了公认行动研究法是一种扩展的螺旋式结构外，对于实施的具体步骤提出了各自不同的看法，现在介绍以下两种行动研究的模式：



　　（1）四环节（四阶段）模式：



　　即计划──行动──考察──反思，四个循环阶段。



　　计划应以所发现的大量事实和调查研究为前提。它始于解决问题的需要和设想，设想是行动研究者（行动者和研究者）对问题的认识，以及他们掌握的有助于解决问题的知识、理论、方法、技术和各种条件的综合；设想还包含了行动研究的计划。“计划”包括总体计划和每一个具体行动步骤的设计方案，特别重视计划中的第一、二步行动。



　　行动，即实施行动计划。行动计划的执行和实施具有灵活性。随着研究者对问题认识的逐渐明确，以及行动过程中各种信息及时的反馈，不断吸取参与者的评价和建议，对已制定的计划可在实施中修改和调整。行动是不断调整的。



　　考察内容有：一是行动背景因素以及影响行动的因素。二是行动过程，包括什么人以什么方式参与了计划实施，使用了什么材料，安排了什么活动，有无意外的变化、如何排除干扰。三是行动的结果，包括预期的与非预期的，积极和消极的。要注意搜集三方面的资料，背景资料是分析计划设想有效性的基础材料，过程资料是判断行动效果是不是、由方案带来和怎样带来的考察依据；结果资料是分析方案带来的什么样的效果的直接依据。考察要灵活运用各种观察技术以及数据、资料的采集和分析技术，充分利用录像、录音等现代化手段。



　　反思是行动研究第一个循环周期的结束，又是过渡到另一个循环周期的中介。这一环节包括：整理描述，评价解释，写出研究报告。



　　（2）六步骤模式



　　具体步骤为：预诊──收集资料初步研究──拟定总体计划──制定具体计划──行动──总结评价。



　　预诊：这一阶段的任务是发现问题。对学校工作中的问题，进行反思发现问题，并根据实际情况进行诊断，得出行动改变的最初设想。在各步骤中，预诊占有十分重要的地位。



　　收集资料初步研究：这一阶段成立由教研人员、教师和教育行政人员组成的研究小组对问题。



　　进行初步讨论和研究，查找解决问题的有关理论、文献，充分占有资料，参与研究的人员共同讨论，听取各方意见，以便为总体计划的拟定做好诊断性评价。



　　拟定总体计划：这是最初设想的一个系统化计划。行动研究法是一个动态的开放系统，所以总体计划是可以修订更改的。



　　制定具体计划：这是实现总体计划的具体措施，它以实际问题解决的需要为前提，有了它，才会导致旨在改变现状的干预行动的出现。



　　行动：是整个研究工作成败的关键。这一阶段的特点是边执行、边评价、边修改。在实施计划的行动中，注意收集每一步行动的反馈信息，可行的，则可以进入下一步计划和行动。反之，则总体计划甚至基本设想都可能需要做出调整或修改。这里行动的目的，不是为了检验某一设想或计划，而是为了解决实际问题。



　　总结评价：这是对整个研究工作的总结和评价。这一阶段除了要对研究中获得的数据、资料进行科学处理，得到研究所需要的结论外，还应对产生这一课题的实际问题做出解释和评价。



　　（3）行动研究的一般程序



　　一是确立课题：发现问题、分析问题、确立课题。要求：开口要小、开掘要深。



　　二是查阅文献：现状分析、文献综述。



　　三是制定方案：标题、绪论、目的、假设、对象（范围）、方法（步骤）、资料（信息）、物质保障（经费、环境、设备、设施、人员等）、时间、参加人员及能力分析人员分工等。



　　四是实施行动：



　　假设的设立及验证。借鉴应用实验假说。教育研究的假设有别于自然科学实验假设的设立，不能通过科学观察和实验直接进行观测。



　　研究措施与资料（信息）的收集、处理、综合。观察、问卷、调查、实验。



　　及时反馈、多方反思、不断校正。



　　例如：课堂教学最优化、学习过程优化、最佳作用点、最佳作用时机。



　　五是总结反思：对研究资料进行整理、分析、解释、做出推论，并对研究进行反思评价，为新一轮的深入研究做准备。



　　六是评价效果：树立正确的评价观。



　　（4）行动研究的“计划、行动、考察、反思”环节的教学指导



　　A．“计划”环节的指导



　　计划是行动研究的第一个环节。始于解决问题的需要和初步设想，终于解决问题、改进现状的计划的形成。



　　一是产生解决问题的需要和初步设想。



　　二是实地调查：亦称实地研究，它是社会的或教育的调查研究的一种。特点是深入到真实的、自然的现场或行动环境中，综合运用观察、访谈等方法收集真实材料，以便对研究现象作深入分析，以此作为确立课题和制定计划的依据前提。



　　实地考察的内容：实际情境的现状及成因；反映初步想法的行动得以实施有哪些机会；本人试图改变现行做法的哪些方面；策略的设计3—4个值得试一试的变化；有哪些可能性与制约因素等。



　　用于实地考察的方法和技术是多种多样的，如观察、访谈、对话、书面调查、录音录像摄影等。



　　三是文献研究。根据一定的研究目标或课题，通过调查文献来获得资料，从而全面的、准确的了解所要研究问题的方法就是文献研究。



　　第一步：查找，就是检索、收集文献；



　　第二步：阅读，就是对所收集的文献进行有比较、分析的阅读，以便获得对客体有价值的信息、资料；



　　第三步：叙述，就是对获得的有价值的信息、资料进行较为系统、全面的叙述，即对选题和研究设计服务。



　　注：要将文献研究视为行动研究的基础贯穿于行动研究的全过程。



　　四是选题，就是选择和确定研究课题。



　　课题组对资料进行充分讨论、对话、解释、协商，先后经过发现问题、选定主题、明确范围、诊断原因等步骤，选好研究课题。在选题过程中，行动研究者需要将选题原则、选题线索、个人经验和多种有助于激发创造性思维的方法有机结合、灵活运用。



　　五是假设：即将要采取的行动以及对行动结果的预测。它是通过假说方法加以建立和检验的。



　　假说方法是根据已有的科学理论和新的科学事实对研究的问题做出猜测性陈述并加以验证的一种科学方法。



　　运用假说基本步骤：建立假说、检验假说。



　　建立假说，既要运用观察方法、调查方法、文献方法以及人们在实践中积累的科学事实，又要综合运用各种具体思维方法。



　　检验假说，通常包括理论检验和实践检验。由于行动研究以解决实际问题为首要目标，所以多用假说的实践检验。



　　六是制定计划，就是设计并形成解决问题、改进现状的行动的蓝图。



　　B．“行动”环节的指导



　　一是课题组成员对行动研究计划和每一行动步骤进行对话、协商、讨论，达到正确理解、目的明确、责任分明。



　　二是课题组成员在共同分析背景和行动的信息基础上，对总体计划、行动步骤提出修改意见，对所需资料进行核实，对考察手段进行核对，保证人和物的到位。



　　三是对课题组成员进行培训，使实际工作人员从研究专家那里学习并掌握基本理论和方法技术，同时使研究专家熟悉教育实际，获取教育教学改革信息。



　　C．“考察”的环节的指导



　　观察、访谈、成品分析。



　　访谈：行动研究者与被访问者通过口头谈话的方式来收集资料的一种科学研究方法。行动研究十分强调参与者之间的合作、协调，设计到人的心理活动和特征，涉及到观念、态度和语言表达与交流，所以访谈就是一种非常有用的研究方法。访谈就是一种有目的的研究性的访问与交谈。



　　选择和运用访谈方法应注意的要点：



　　一是由于行动研究具有灵活性、开放性等特点，对多种访谈形式的选择和运用，应根据研究的问题、目的、对象、情景和研究阶段的不同而不同，必要时可以将不同的访谈形式结合起来运用。



　　二是做好访谈前的准备工作。比如选择访谈对象；确定访谈的时间和地点；建立良好的访谈关系；设计访谈提纲；充分了解和熟悉受访者的情况；客观，别暗示。



　　三是、灵活运用访谈实施中的各种技术，保证访谈过程的顺利进行。访谈的技巧──开始、提问、倾听、回应、记录、结束。



　　开始：实际访谈开始，应顺利的完成两件事：接近受访者和应对拒绝。要做到善于接近受访者，应注意称呼恰如其分；衣着干净整洁；自我介绍沉着自信；邀请访谈诚恳热情；接触疑虑自然无痕；言谈举止适合对方；轻松幽默、机智诙谐、客观实际。



　　提问：应注意的问题：



　　提出开放性、具体性和清晰性的问题，使访谈为研究的目的服务。



　　按访谈提纲由浅入深、由简入繁地问，并使问题之间衔接自然，确保谈话自然、流畅。



　　交谈要在轻松、友好、愉悦的气氛中进行，使受访者感到舒适、无拘束、畅所欲言。



　　友善交流，认真倾听讲话，做出适当回应。



　　交谈中既要重视语言信息交流，又要重视非语言信息交流，要注意观察受访者的行为、姿势、表情。访谈者不要随意打断受访者的谈话。



　　记录：访谈者的根本目的是从受访者的谈话中获取研究问题所需要的信息。



　　D．“反思”环节的指导



　　一是资料整理：审核、分类、汇总。二是资料分析：统计分析和理论分析（定量和定性）



　　统计分析方法是将丰富的数据资料经过统计学的处理，揭示事物内在的数量特征，事物之间的相互联系及事物发展变化的规律。



　　理论分析方法：将丰富的资料进行思维加工，对客观事物的本质和内在联系进行系统化分析，使感性认识上升到理性认识的方法。



　　6．解释评价



　　即对所整理和分析的数据和实施进行说明，对行动的结果做出判断评价，对有关现象和原因做出分析解释，找出计划与结果不一致之处，从而形成新的判断和新的构想。常用的方法有：推论、归纳、演绎、评价、内容分析和元分析。



　　思考与拓展；





　　·物理实验教学中如何培养学生的观察能力？



　　·如何利用常见物理教学期刊进行文献研究？



　　·如何利用物理教学网络期刊开展文献研究？



　　·如何在物理日常教学中开展调查研究？



　　·如何结合教学实际，设计符合研究需要的调查问卷？



　　·怎样利用日常物理教学中的存在的问题开展教学研究？



　　·怎样利用数字化物理实验手段进行探究教学？



　　·怎样开发低成本物理实验？



　　·新课程背景下如何有效开发物理实验资源？



　　·怎样优化初中新课程物理实验教学的？



　　·物理探究过程中学生如何培养学生猜想能力？



　　·多媒体课件与实验演示对学生物理概念教学有哪些不同的影响？



　　·如何在物理实验中促进学生有效参与？



　　·物理教学中如何开展研究性学习？



　　·物理实验教学中如何渗透科学探究思想？



　　·探究教学中如何应用控制变量法？



　　·如何发挥教师在实验教学中主导作用？



　　·如何利用科学探究培养学生创造思维能力？



　　·培养学生实验能力的途径有哪些？



　　·如何利用博客进行物理教学？



　　技能训练建议：



　　·可以结合“声现象”学习时，开展“生活中的噪声污染与防治”的调查研究



　　·可以利用教师演示实验，培养和训练学生的观察能力。



　　·可以结合网络期刊，开展物理探究式教学的文献研究。



　　参考文献：



　　[1]中华人民共和同教育部制订．物理课程标准（实验）[M]．北京：人民教育出版社．



　　[2]上海市中学物理课程标准（试行稿）[M]．上海：上海教育出版社．



　　[3]美国国家科学教育标准[M]．北京：科学技术文献出版社，1999．



　　[4]陈璟，探究性学习[M]．维存教育网络．