课题案例:核心素养下初中生物理实验探究效果提升的研究

核心素养下初中生物理实验探究效果提升的研究

高新区留馀外国语中学

郭莎莎 牛雁鹏

一、选题依据

（一）政策依据

1.《义务教育物理课程标准（2022年版）》的核心指引

《义务教育物理课程标准（2022年版）》将科学探究列为物理学科四大核心素养之一，明确科学探究包含提出问题、猜想假设、设计方案、获取证据、分析解释、评估交流等要素，独立设置“实验探究”主题，强调物理课程的实践性，倡导“做中学”，要求学生亲历完整探究过程，发展证据意识、科学思维与实事求是的科学态度，为本研究确立课程改革的根本方向 。

2.教育部相关文件的战略支撑

教育部办公厅《中小学科学教育工作指南》（教监管厅〔2025〕1号）提出要紧扣探究实践强化实验教学，开全必做实验、提高开放性与探究性实验比例，实验评价不能只关注操作技能，要重点考查学生提出问题、设计实验、科学论证等探究思维能力，推动实验教学从单纯操作训练走向素养培育 。2026年，教育部发布《义务教育阶段科学教育“做中学”领航行动指南》，进一步要求立足真实情境开展探究实践，突出学生主体地位，让学生完整经历探究闭环，包容探究试错，扭转“看实验、背实验”的教学现状，激发学生好奇心与探究欲。以上文件共同为本课题开展核心素养下初中生物理实验探究效果提升的研究提供了清晰的政策支撑。

综上所述，本课题的选题完全契合国家义务教育课程改革、新时代科学教育部署的具体要求，政策依据层级完整、逻辑闭环，具备充分的合法性与实践指导性。

（二）教育教学实际问题

1.初中生物理实验探究内驱力不足

物理是以实验为基础的学科，需要学生通过实验探究归纳物理规律，并用规律解释生活中的现象。但学生长期习惯被动接收知识，满足于观看实验视频直接获取结论，主动挖掘生活资源开展家庭小实验、自制实验器材的意识比较薄弱。实验探究式作业也常常流于形式，完成率与完成质量都不理想，尚未形成“发现问题—动手验证—归纳规律”的探究习惯。

2.初中生物理实验探究过程中轻视思维构建

学生在物理实验探究时，大多被新奇的实验现象吸引，操作过程容易分心闲聊，缺少严谨的实验态度。对于控制变量、观察现象、分析数据、推理结论等核心探究环节参与度不足，只关注实验是否有趣，没有把实验作为推导物理规律的思维载体，探究思维的培养没有真正落地。

3.初中生物理实验探究的意志力薄弱

多数学生仅愿意完成简单、顺利、现象直观的基础实验，面对需要多次调试、数据反复测量、操作繁琐、误差较大、需要耐心分析的探究性实验时，极易产生畏难情绪与放弃心理，长期下来导致探究意志力薄弱，抗挫折、敢探究、善钻研的科学品质难以养成。

（三）原因分析

1.长期固化的被动学习模式，学生实验探究的内驱力不足

首先，受传统课堂讲授式教学影响，学生习惯于教师直接给出结论、视频替代实操的学习方式，形成了“记结论、会做题即可”的应试思维，普遍认为动手探究耗时费力、对提分作用不明显，主观上缺乏自主实验的动力。其次，学生缺少生活化物理观察意识，平时不善于捕捉生活中的物理现象，难以自发产生探究疑问，导致缺少“想探究、愿动手”的内在动机。

2.学生机械完成操作，忽视猜想假设、变量控制、数据分析、逻辑推理等核心思维训练。

现阶段物理实验教学普遍存在“重操作、轻思维”的教学偏差。教师多以标准化实验步骤要求学生机械完成操作，过于关注实验流程是否规范、现象是否出现，缺少深度思考任务牵引，忽视猜想假设、变量控制、数据分析、逻辑推理等核心思维训练。由于实验课堂缺少层层递进的思维设问与逻辑引导，学生始终停留在“动手看热闹”的浅层参与层面，难以依托实验过程建构物理规律，科学思维训练难以真正落地。

3.初中生实验探究的试错包容度低、抗挫折能力弱，长期导致探究意志力薄弱。

面对需要多次调试仪器、反复测量数据、存在实验误差、分析过程复杂的高阶探究任务时，学生缺乏耐心与钻研意识，极易因操作繁琐、数据不理想、实验不成功产生放弃心理。同时，教学中缺少对学生探究态度、坚持品质的正向评价与鼓励，学生试错包容度低、抗挫折能力弱，长期导致探究意志力薄弱，难以养成严谨求实、坚持不懈的科学探究素养。

二、现状评析

（一）核心概念界定

1.实验探究

实验探究是指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。实验探究具有模拟科研过程的特征，旨在锻炼创新精神、综合实验素质、科研素质及团队合作精神。实验探究强调学生是探究者，知识和技能在探究过程中获得。其过程通常可概括为“提出问题—收集、分析信息—提出假设—实验探究—得出结论”。

本课题中的实验探究，是指以学生为主体，围绕物理问题，完整经历提出问题、猜想假设、设计实验、动手操作、收集证据、分析论证、评估交流的自主性科学探究活动。区别于传统的机械操作、教师演示、结论记忆式浅层实验，本研究强调学生思维参与、自主设计、过程体验与反思创新，是落实物理核心素养的重要实践途径。

2.核心素养

本课题所指的核心素养，依据《义务教育物理课程标准（2022年版）》界定，是学生在物理学习过程中逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力，主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。它是物理学科育人价值的集中体现，本研究旨在通过优化实验教学方式，促进学生核心素养的全面、真实、有效发展。

（二）国内外研究现状综述

1.国内研究现状

《物理教师》期刊课题组在《国内科学探究研究内容的综述与展望》中通过大样本调查得出结论：现阶段初中生科学探究能力整体水平偏低、发展不均衡，学生在自主提出问题、自主设计实验、反思评估、误差分析等核心能力维度最为薄弱，普遍存在只会机械操作、不会深度思考的问题，实验探究多停留在形式层面；汪小玲在《基于学习进阶的初高中物理实验教学衔接研究》中提出：物理实验教学研究应回归学生主体，遵循学生认知发展规律。她认为，当前实验教学忽视学生探究习惯、探究意志的培养，过度重视实验结果与考试得分，导致学生缺乏持续探究、反复求证的学习品质，制约核心素养长效发展；欧阳泽英、张万敏在新课标实验教学研究中认为：核心素养背景下的物理实验教学，应突破单一课本实验局限，增加生活化、开放性、试错性探究任务，通过真实情境、复杂任务锻炼学生的探究专注力与抗挫折能力，解决学生探究意志力薄弱、内驱力不足的现实问题。

2.国外研究现状

美国学者施瓦布（Joseph J. Schwab）在《探究式科学教学》专项研究中，首次系统提出“科学即探究”的教学主张。他认为科学课堂应当复刻科学家真实的研究过程，允许学生方案出错、数据异常、反复调试，反对按固定步骤完成验证式实验，重视学生质疑、论证、修正方案的探究实践。英国学者温·哈伦（Wynne Harlen），在《科学探究与科学教育》著作中开展长期中小学科学探究实践研究。她提出，学生探究的内在动机、持续钻研的意愿是探究学习的关键；教学要创设适度有挑战性的探究任务，在克服困难的过程中保护好奇心、锻炼探究毅力，避免任务过于简单而缺少思维价值。

三、目标内容

（一）研究目标

1.通过初中生物理实验探究内驱力激发策略的细化研究，调动学生主动参与实验的积极性，切实提升初中生物理实验探究的内驱力。

2.通过初中生物理实验探究思维构建的深化研究，改善学生重动手轻思考及探究思维浅层化的现状，有效提升初中生物理实验探究思维构建的能力。

3.通过初中生物理实验探究意志品质培养的实践研究，解决学生探究怕麻烦、遇难退缩、探究不持久等问题，培养初中生物理实验探究意志品质。

（二）研究内容

本课题针对当前初中生物理实验探究中普遍存在的探究内驱力不足、探究思维浅层化、探究意志薄弱三大突出问题，立足初中物理课堂真实教学场景，结合新课标核心素养要求，开展系统性研究，具体内容如下：

1.初中生物理实验探究内驱力激发策略的细化研究

本部分重点解决学生“不愿探究、被动操作、应付实验”的问题。主要研究三方面内容：一是研究生活化情境导入策略，拉近学生与实验的距离；二是研究阶梯式探究任务设计策略，让不同层次学生都能获得探究体验；三是开发简易家庭小实验、趣味拓展实验资源，丰富探究载体。通过系列策略落地，持续唤醒学生探究兴趣，有效激发学生主动探究的内在动力。 

2.初中生物理实验探究思维构建的深化教学研究

本部分重点解决学生实验“重操作、轻思考、只会做不会想、思维浅层”的核心问题。重点研究：实验课前前置思维铺垫的方法，引导学生带着问题进实验室；实验课中分步思维引导策略，在猜想、设计、操作、记录、分析、结论每一环节设置思维问题链；课后思维复盘与错题归因训练，引导学生梳理实验逻辑、总结探究方法。

3.初中生物理实验探究意志培养的实践研究

本部分重点解决学生“遇难退缩、怕麻烦、探究不持久、复杂实验半途而废”的问题。结合初中生心理特点和物理实验难度梯度，开展意志品质培育专项研究。一是研究分层挑战性实验任务设计，由易到难设置探究梯度，逐步提升学生耐挫能力；二是研究容错式实验教学机制，包容学生实验失败、数据偏差，引导学生反复调试、修正探究方案，让学生在试错中坚持、在攻坚中成长；三是优化过程性评价体系，改变只看实验结果的评价方式，重点评价学生探究态度、坚持程度、修正改进的过程表现。

四、方法思路

（一）主要研究方法

1.文献研究法

本研究通过查阅《义务教育物理课程标准（2022年版）》、国家中小学实验教学相关政策文件，以及国内外关于物理核心素养、实验探究教学、学生探究品质培养的期刊论文与专著。系统梳理当前实验探究教学的研究成果、先进理念与现存不足，为本课题界定核心概念、确立研究方向、构建优化教学策略提供坚实的理论支撑，确保本课题研究具有科学性、前沿性与规范性。

2.观察法

在日常物理实验课堂教学中，通过常态化听课、课堂记录、现场观察的方式，真实记录学生实验探究状态。重点观察学生课堂探究参与度、实验操作专注度、思维投入情况，细致捕捉学生探究畏难、半途放弃、机械操作、思维浅层化、缺乏主动探究意识等真实问题。通过长期、真实的课堂学情观察，精准掌握学生实验探究内驱力、探究思维、探究意志力的实际现状，为课题问题归因和策略优化提供真实的第一手课堂资料。

3.行动研究法

本课题以课堂教学为载体，采用“计划—实施—观察—反思”循环式行动研究模式。针对学生实验探究内驱力不足、思维构建薄弱、探究意志力欠缺三大问题，将研究得出的优化策略应用于真实物理实验课堂。在实践中不断调试、改进探究任务设计、课堂指导方式、评价激励方式，持续解决初中生物理实验探究效果不佳的实际问题，边实践、边研究、边总结，逐步提炼出可落地、可推广的核心素养下初中物理实验探究高效策略与课堂模式。

（二）研究思路

本课题立足核心素养育人导向，针对当前初中生物理实验探究内驱力不足、思维构建薄弱、探究意志力欠缺三大现实问题，遵循“现状调研—理论支撑—策略构建—课堂实践—总结提升”的整体思路开展系统研究。

首先，通过文献研究梳理新课标及国内外实验探究教学相关理论与研究成果，为本课题研究奠定理论基础、明确研究方向。其次，采用课堂观察、学情调查等方式，全面摸清初中生物理实验探究学习现状，精准剖析学生探究主动性弱、思维浅层化、探究毅力不足的深层成因，确立课题研究的突破口。

再次，立足教学实际，针对性构建激发探究内驱力、促进探究思维构建、培养探究意志品质的立体化实验教学优化策略。将研究策略持续运用于常态化物理实验课堂，依托行动研究法，在真实教学中不断实践、反思、调整、优化，解决学生不愿探究、不会深入探究、不能坚持探究的课堂难题。

最后，系统整理课堂案例、教学数据与实践经验，归纳提炼出适配初中物理、贴合核心素养要求的实验探究高效教学路径与实施范式，总结可复制、可推广的研究成果，最终达到提升学生实验探究综合能力、落实物理学科核心素养的育人目标。

研究思路的具体环节按照如下思维导图进行：

五、研究计划

（一）准备阶段（2026年11月-2026年12月）

1.组建课题组，根据教学问题确定课题，并组织课题组成员学习文献知识，收集国内外与课题相关的资料。

2.组织课题组成员在充分论证的基础上，确定课题研究的目标与内容。

3.课题组集中学习相关理论书籍，制定课题研究计划。

（二）实施阶段（2027年1月-2027年9月）

1.针对学生实验探究内驱力不足问题，开展课堂实践研究。依托生活化情境创设、分层探究任务、趣味家庭小实验、探究作业激励机制等策略，激发学生自主探究意愿，初步改善学生被动实验、不愿探究的现状。

2.聚焦学生实验探究思维薄弱问题，优化实验课堂设计。在实验教学中强化控制变量、猜想设计、数据分析、误差分析、推理论证等思维训练，改变学生“重操作、轻思考”的浅层探究现状，促进学生探究思维构建。

3.重点针对学生实验探究意志力薄弱问题开展深度实践研究。设计具有适度挑战性、需要反复调试、多次验证的探究任务，建立容错性、过程性评价机制，让学生在试错、攻坚、反复探究中培养坚持不懈、严谨求实的科学意志品质。

4.持续开展行动研究，反复进行教学实践、反思、改进，打磨优质实验探究教学课例，积累典型教学案例、学生成长素材、过程性资料。

5.开展阶段性成果交流，对比实验前后学生探究态度、探究思维、探究毅力的变化，验证研究策略的有效性。

（三）总结阶段（2027年10月-2027年11月）

1.系统整理课题研究过程性资料、教学设计、教学案例、研究随笔、阶段性总结。

2.撰写课题研究总结、结题报告、研究论文，汇编课题成果集。

3.完成课题全部收尾工作，做好成果梳理、反思与后续推广展望，顺利完成课题结题。