指向科学思维发展的初中物理实践性作业设计与实施研究

（一）课题提出的背景分析

《义务教育物理课程标准（2022年版）》把科学思维列为物理学科核心素养的重要维度，明确要求学生能基于经验事实建构物理模型，能运用分析与综合、推理与论证等方法解释自然现象、解决实际问题。这里所说的科学思维，并不只是解题时用到的那点推理，而是一整套处理问题的方式：看见现象先问为什么，提出假设后能设计办法去验证，有了数据能判断可信不可信，得出结论后还愿意想一想还有没有别的解释。这种思维习惯靠课堂上听一听、练几道题是养不成的，更多要在真实、具体的动手实践中慢慢长出来。

物理本身就是一门以实验为基础的学科，观察、猜想、设计、取证、推理、论证，这一条完整的思维链，天然就和动手实践绑在一起。教材里的演示实验、分组实验，如果把时空延伸到课后、延伸到生活，变成学生自己设计、自己完成、自己解释的实践性作业，思维发生的场域就大了许多。现实的问题是，这类作业在教学里长期是配角。不少学校的初中物理作业仍以习题册为主，实验操作、家庭小实验、项目制作占的比重很低，即便安排了，也多停留在“布置了就行”的层面。教师对“实践性作业到底怎么设计、设计了怎么评、评了怎么改”缺乏系统的办法，作业与思维之间是脱节的：作业巩固的是知识记忆，而不是思维过程本身。

“双减”政策把作业改革推到了前台，要求减少机械重复、提升作业质量，这给实践性作业带来了新的空间。同时，学生的日常学习也确实需要一种能把物理用起来的作业形态：做完一道摩擦力习题，不如自己动手试一试行进中的自行车刹车的力度变化来得真切。如何把这类作业做成体系，让它稳定地指向科学思维发展，是本课题要回答的问题。

这里要特别说明课题所指的“实践性作业”。它与常规的书面练习不同，强调学生要动手、要经历、要解释，是把“做”和“想”结合起来的作业形态，包含实验探究、生活观察、项目制作、小实验改进等不同类型。教育部《关于加强和改进中小学实验教学的意见》明确提出，要强化学生的实践操作、情境体验和探索求知。把这类作业系统设计好、真正用起来，既契合政策导向，也贴合物理学科以实验为基础的学科特点，是当前作业改革值得深耕的方向。

（二）国内外同一研究领域现状与趋势分析

国内对初中物理作业设计的研究近年明显升温，方向集中在作业如何承载核心素养。严桂华、许志（2025）以“声音是什么”一课为例，提出作业设计要走“落实作业目标—优化作业内容—体现作业评价”的路径，把科学思维培养渗透进作业的各个环节；贾晓岚（2024）针对当前作业标准化、课时化、情境缺失的问题，提出以真实情境为统领的作业设计策略，强调实验化家庭作业对学生探究意识和思维的带动；叶鸣扬（2024）则以滑动摩擦力实验为切口，展示了作业如何通过实验设计支撑学生素养的提升。这些工作把作业设计从“题海”里拉了出来，开始往素养和思维上靠，但多停留在某一节课、某一类题的层面，系统性还不够。

实践性作业本身近年来受到的关注明显增多。马振波（2025）以具身认知理论为指导，梳理了初中物理实践类作业的设计、实施与评价原则，归纳出多种实践作业类型，认为这类作业能显著激发学习兴趣、落实“双减”要求；伍海龙、金乐（2024）以“制作家用自行车刹车器检查手册”为例，构建了指向探究实践素养的微项目作业框架，让学生在真实情境中解决实际问题。科学思维层面，王宇、郭芳（2024）在“从运动和相互作用的视角认识电与磁”的单元复习中探索了科学思维的培养路径；童彤等（2024）基于双重搜索模型构建了科学推理教学模式，在控制变量推理、假设演绎推理等维度取得了较明显的效果。

总体来看，国内研究大致沿着两条线走：一条是“作业设计如何指向素养”，另一条是“教学如何培养科学思维”。两条线各有积累，但交叉得还远远不够。把“科学思维发展”作为明确目标、专门以“实践性作业”为载体、给出可操作的类型谱系和评价工具的研究仍然偏少。多数成果要么是单课例的经验总结，要么停留在理念倡导，缺一套能把课标里的思维目标一步步落到作业设计里、又能评出思维是否发展的完整办法。这是当前研究留出来的空档，也是本课题的切入点。

国外研究更早关注动手实践与探究对思维发展的作用，也积累了较多的实证证据。Gray等（2024）对苏格兰中学物理实践教学的调查显示，受器材成本与时间限制，实验实践环节存在弱化趋势，这一现象并非疫情所致，提示实践教学需要制度与课程层面的保障。Chen等（2025）构建了结构化探究式虚拟实验，在翻转课堂中让学生独立经历“定向—提出假设—实验与数据解读—决策—反思”的完整探究过程，结果显著提升了学生的物理成绩与探究技能，说明把完整探究过程交给学生，对思维发展是有实质帮助的。Sagatbek等（2024）考察了基于社会建构主义的问题式学习对高中生力学学习的影响，发现问题式学习能提高物理知识掌握，但对态度信念的改变有限，这提醒我们，探究式教学不能只看成绩，还要关注学生内在的思维倾向是否真正被调动起来。

国外研究的启示主要有三点：一是强调真实情境与完整探究过程对思维发展的价值，学生只有完整走一遍探究，思维才可能真正进阶；二是重视实验与评价的配套设计，探究活动不是有了任务就行，还要有对应的评价来托底；三是提醒实践类教学要关注实施条件，器材、时间、教师负担都是绕不开的现实约束。不过国外研究多基于其课程与评价体系，课堂形态、学生基础与中国初中并不完全对应，直接移植并不现实。其中关于“完整探究过程”“评价配套设计”“实施条件保障”这三点，恰恰是国内实践性作业研究相对薄弱、又亟需补上的环节。如何结合我国初中物理课堂的实际，把“实践性作业”作为落实科学思维发展的抓手，做出一套本土化、可操作的设计，正是本课题要探索的。

（三）研究的理论意义与实践价值

理论层面，本课题把“作业”从巩固知识的工具提升为思维发展的载体，尝试理清实践性作业与科学思维各要素（模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新）之间的对应关系，构建“指向科学思维发展的实践性作业设计”的分析框架。这一框架试图回答一个此前讨论不充分的问题：思维目标怎样一步步转成作业的目标、任务、支架和评价。它为初中物理作业研究补充一个聚焦思维目标的操作性视角，也回应了核心素养如何在作业这一环节真正落地这一理论追问。

实践层面，课题产出的作业类型谱系、典型设计案例、评价量表与实施策略，可以直接供一线物理教师借鉴使用。教师拿到这些材料，就知道某一类实践性作业在哪个知识模块用、任务怎么布置、过程怎么引导、思维怎么评，能在不增加学生负担的前提下，把实验类、调查类、制作类、探究类作业真正用起来，让科学思维的发展在作业中有据可查、有法可依。对学校落实“双减”和课程标准要求，也具有现实的参考价值。课题成果最终面向的是课堂、是教师、是学生，力求让“作业指向思维”不再是一句口号，而成为看得见、用得上的日常教学安排。

二、研究内容

（一）研究对象