2021年度中学物理教育教学研究综述——基于《中学物理教与学》论文转载情况分析

张海龙 马亚鹏

（1.中国人民大学书报资料中心，北京 100872；2.银川市第九中学，宁夏 银川 750011）

1 统计分析

1.1 刊物转载排名

2021年中国人民大学书报资料中心复印报刊资料《中学物理教与学》共转载论文167篇，分布在31种刊物上.表1是排名前9位的刊物转载情况，其中，《物理教师》等6本物理教学专业期刊转载文章总计121篇，占总数的72.5%，较往年有所增加.可以看出，物理教学专业期刊发文质量在逐步提高且刊物间已无明显差距，中学物理教育教学研究日臻成熟.

表1

1.2 作者单位、地域分布情况统计

以转载论文第一作者统计，来自中学、高校和教育科研单位的比例分别是55.2%、22.7%和22.1%.中学作者依然是主力，教育科研单位的转载占比较往年有所提升.地域分布方面，排名前5位的依次是江苏（30篇，占18.0%）、北京（25篇，占15.0%）、浙江（24篇，占14.4%）、广东（22篇，占13.2%）、上海（19篇，占11.4%），此5省份合计转载120篇，占比达71.9%，教科研水平地域发展不平衡由此可见一斑.

1.3 基金项目文章统计

在转载的论文中，有81篇属于基金项目课题研究成果（其中省部级以上课题成果32篇），占总数的48.5%，较往年有大幅增长，某种程度上可以看出物理教育工作者课题研究能力和研究热情都在提高.

1.4 转载文章内容分类统计

2021年度转载文章按内容分类统计结果见表2.

表2

与往年相比，评价研究的文章数量增幅明显.

2 重点与热点概述

2.1 物理大概念及教学

物理课程的设计受物理学科内容与特定学生的认知发展水平的制约，还要解决好物理知识的激增与学校课程容量的有限性之间的矛盾，即“不能随意选择一些碎片化的知识点，而应着力体现物理学的基本结构”，［1］核心素养时代的物理课程设计倡导围绕“大概念”组织课程内容.大概念是指能反映学科本质，并处于学科中心地位，能解释大范围内的一系列现象的有组织、有结构的科学知识和模型.物理大概念及其统摄下的单元教学备受物理教育研究者的青睐.

一是对大概念的特征、提取及教学价值研究.郑青岳结合实例具体归纳了大概念具有“抽象性、统整性、迁移性、相对性和多样性”等特征，［2］指出可以通过“增加大概念的使用频率，适时由小概念推出大概念，发挥大概念的溢出效应等”改善物理教学.［3］他所采用的“归纳-演绎”的思维方式对建构大概念极具启发意义，其逻辑过程为“由部分小概念适时概括出大概念，再利用演绎式思维，根据大概念演绎出众多的小概念”.这一过程使学生从感性的具体上升到抽象的规定，再上升到理性的具体，是符合认识论规律的.鉴于大概念的内隐性和抽象性，大概念的提取与遴选是基于大概念教学的关键，有研究指出可以通过“概念关联路径与专家思维路径提取大概念”.［4］

二是对大概念统摄下单元教学设计路径的探索.由于大概念的抽象概括性等特征，大概念教学就需要超越可能致使教学内容碎片化的课时主义教学范式.研究普遍认为以大概念统领的单元教学设计可实现“单元教学内容呈现出整体性，学生思维的连贯性与发展性，核心素养培养的全面性与综合性”，［5］是落实物理学科核心素养的途径，被誉为“撬动课堂转型的支点”.总体而言，已有研究多运用系统化教学设计思想，从教学分析、单元目标、资源开发、活动设计、单元评价等维度设计教学，如邓靖武提出基于学科本质、课程标准和教科书确定大概念并基于学生发展需求建构单元知识层级结构，采用从上位学习逐渐过渡到下位学习的思路设计学习载体、学习任务，使学生“对大概念的认识发展为基于证据和事实的理解”.［6］一些研究还融合了逆向设计、［7］深度学习、学习进阶等新理论.这些研究为大概念教学设计提供了思路.

大概念教学要根据物理学科逻辑、学生认知逻辑统筹考虑物理教学内容的先后顺序及逻辑关联，对教师思考教学的方式提出了新的要求.鉴于学校课程表以分立课时安排的现状，大概念单元教学中课时的确定及其相应学习任务的分配，单元教学与课时教学之间内在本质关系等问题仍需从理论和实践两个层面搞清楚.

2.2 科学思维教学的深化研究

新修订的普通高中物理、化学、生物等学科课程标准均将科学思维作为学科核心素养的重要内容，科学思维在物理学科中又具体体现为模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素.随着课标的落地实施，研究者对科学思维进行了大量的研究，发表了诸多有价值的研究成果.

一是模型思维与建模教学研究.陈刚、刘金梅从认知心理学的角度指出科学思维素养“主要通过学习者遵循理论分析途径解决物理问题体现出来的”，［8］其中模型法、论证方法和逻辑推理方法是常用的思维方法.至于建模教学，历来是国内外物理教育研究的热点.任佩璐、张兵荣从内容维度与能力层次两个维度建构了建模能力模型，对比分析了《普通高中物理课程标准（实验）》（简称“2003年版课标”）与《普通高中物理课程标准（2017年版）》（简称“2017年版课标”）中与模型及建模相关内容，指出2017年版课标“更突出在情境中认识、建构、使用和分析模型，有一定的进阶性，对建模能力的要求有所提高”.［9］这一研究有助于教师把握新课标对建模教学的总体要求.至于模型建构的路径，有研究以原子核式结构模型教学为例，提出可通过“感知材料建立模型、概括抽象检验模型、归纳对比完善模型、变式迁移应用模型”的过程去粗取精、不断深化实现模型建构教学.［10］也有研究采用实证的方法，分析了高中学生物理建模能力发展水平，研究表明学生的建模能力不高，为此，教师在教学中应通过“显化建模知识，实验教学与建模过程相结合，重视原始物理问题解决”等策略培养学生的建模能力.［11］

二是科学推理与科学论证研究.物理知识的建构与物理问题的解决离不开推理论证，基于证据推理论证得出结论形成解释是科学研究的内在逻辑，也是科学思维教学深化的重要标志.张世成针对现实教学中教师“不尊重证据、缺少逻辑”等现状，通过10年探索确立了“证据课堂”教学模式，倡导基于证据的学与评，促进了初中学生科学思维能力的发展.［12］弭乐、郭玉英从学习进阶的角度以概念层级的进阶为主线在概念进阶的关键点上渗透整合论证活动，提出了整合进阶式模型.教学实证研究表明，这一模型对学生论证能力的提高具有显著的干预效果，促进学生概念理解和论证能力的协同发展.［13］总体上来看，已有研究对体现科学推理论证的教学案例研究较为多见，学生科学论证能力测评的研究还相对较少.

质疑创新是批判性思维与创新思维在科学思维中的具体体现，要求学生不固守成见，不盲目迷信权威，能够基于证据大胆提出质疑，从不同的角度或运用不同的方法解决问题，或者通过物理实践活动创新创造.质疑创新是高阶思维能力，较之于模型建构、推理论证，对质疑创新的研究基本还渗透在相关的教学案例之中，专门的研究仍有待开拓.另外，实证研究所揭示的学生科学思维能力发展程度不高之现状对课堂教学提出了巨大的挑战，需要进一步探索.

2.3 物理学科能力研究

物理学科核心素养内涵包括正确价值观念、必备品格和关键能力.对关键能力的研究使物理学科能力这一“老话题”遇到了“新语境”，方兴未艾.关键能力视域中物理学科能力是什么，有哪些，怎样培养？这一系列的问题引起了研究者的兴趣.

一是物理学科能力体系的建构.林崇德指出，学科能力是教师和学生通过教学活动使得学科知识概括化的能力，是学科教育与智力发展的结晶.物理学科能力系指学生顺利进行物理学科的认识活动和问题解决活动所必需的、稳定的心理调节机制.目前，学术界尚未形成统一的物理学科能力结构模型，事实上对这一问题的讨论也不可能有统一的“标准模型”，有代表性的结构模型有3个：一是郭玉英团队基于学科能力表现框架将物理学科能力划分为学习理解能力、应用实践能力、迁移创新能力3个维度，每个维度有3个一级指标和若干个二级指标.二是基于新高考评价体系将物理关键能力分为知识获取、实践操作、思维认知3个能力群，具体涵盖理解能力、实验探究能力、推理论证能力、模型建构能力、创新能力.三是邢红军团队从物理学科特点出发，采用动态建构的理论路径，建立以科学方法为中心的知识——能力结构，将物理学科能力分为“观察实验能力、科学方法运用能力、物理推理运算能力、物理知识建构能力、物理迁移创新能力”.［14］

二是物理学科能力的测评与培养策略.有研究以牛顿运动定律教学为例，开展了基于物理学科关键能力测评的教学改进.该研究根据物理学科能力表现框架构建学习目标图谱并编制前测试题，基于前测数据找到教学改进的关键点和学生能力的发展点，教学改进则针对学生的前概念、迷思概念等学习困难，创设物理情境，经过由系列问题驱动的教师与学生活动的教学过程，实现概念转变，形成正确的科学概念.实践表明，教学改进能够更好地发展学生的物理学科关键能力.［15］还有研究基于教学实例指出“创新问题情境，设置问题梯度，变换问题情境”等物理学科能力培养的具体教学策略.［16］物理学科能力培养尚需持续而系统地研究，一方面应从理论上搞清楚每种能力的心理实质，另一方面则要有针对性地开展实证研究，形成可检验的有效教学策略.

2.4 物理混合式学习与智慧课堂

信息技术与课程教学深度融合催生了教学模式创新，人工智能时代深度学习导向的智慧课堂建构前景诱人，线上线下混合式学习不仅为“疫情”期间学生的居家学习带来便利，更为促进物理教学的精准化提供技术手段，是一个极具吸引力的研究方向，已引发物理教育研究者的积极探索.

一是基于深度学习的物理智慧课堂研究.李维、黄致新根据深度学习路径（DELC）理论，建构了基于DELC的中学物理智慧课堂模式，［17］从教学路径、数据采集、技术支持3个方面贯通课前、课中、课后3个环节，发挥数据分析技术对课堂核心问题的聚焦能力，利用在线学习平台等技术手段实现课堂交互，一定程度上可实现深度学习.不过，其教学的有效性仍需大样本严谨证据的检验.为了促进智慧课堂教学质量，有研究建构了智慧课堂教学质量的评价体系.［18］另外，人工智能技术支持下的物理错题库、［19］自主学习任务设计［20］等在一定程度把师生从“低效”“无序”的劳动中解放了出来，提升了学习效率.

二是线上线下混合式学习研究.混合式学习包含线上学习、线下活动和线上线下相互融合的活动，是“互联网＋”时代对学校教学组织形式的再造.霍静分析了线上教学的优势及改进的方向，并对线下教学的再调整提出了中肯的建议.［21］段雨薇、杜秉东则利用混合式学习手段指导学生开展STEAM与趣味物理社团活动，［22］开发了系列教学资源，引导学生自主探究，合作交流，创新了科技实践活动方式.需要说明的是，混合式学习不能简单地把线下的课程搬到线上，做好混合式教学有赖于课程建设、交互方式、质量监测等各方面的协同发展.

三是数字化物理实验系统的应用.物理学以实验为基础的基本特征决定了智慧教育、线上学习需要创造性地开展实验教学.刘林列举了手机拍摄、Phyphox、Tracker、传感器等常见的数字化实验手段在物理教学中的应用，分析了它们的教学价值.［23］李鼎、艾伦采用多种实证研究方法对近20年来影响高中数字化实验实施的因素进行了量化分析，指出数字化实验的实施最终取决于由课程标准、教材改革引发的数字化实验仪器设备的教学应用，而应用的广度、深度和频率则决定了其实施效果，［24］该研究对理科教学中用好数字化实验具有借鉴意义.

2.5 物理作业设计创新研究

“学而时习之”“温故知新”等我国传统教育智慧一直被奉为圭臬，课后（外）作业是课程教学的有机组成部分，对学生学习具有重要作用.随着“双减”政策的实施，物理作业设计与创新再次引发研究者关注.

一是对物理课外作业的政策研究.郭桂周等梳理了新中国成立70年来中学物理课外作业的历史演进，认为70年来我国中学物理课外作业经历了课堂延伸、知识中心、基于生活和走向融合4个阶段，体现了“课程权力从国家意志走向师生话语，作业内容从封闭走向开放，学生发展从智育中心到注重全面发展，目标指向从知识巩固到探究能力培育，教师角色从‘监工’到多重身份的转换”的发展特征，指出未来的物理课外作业需要更加彰显生活性、多元性、开放性、探究性与学生主体性.［25］在此研究的基础上，接下来要切实搞清楚“双减”政策下物理课外作业的规范，真正减轻学生的学业负担，同时提高学业质量.

二是物理课外作业设计策略研究.韩志祥采用模型思维综合考虑学业质量标准、学生实际、目标、内容、结构5要素建构了高中物理作业设计模型，应用该模型可设计基础性、探究性、实践性、综合性作业.［26］还有研究以实践案例展示了单元设计导向下初中物理作业编制策略.［27］至于日常作业设计，可研究的问题很多，一方面要注意作业质的提升和作业量的规定；另一方面应该整体综合规划，避免作业设计的无序化、碎片化和随意性.

三是创新实践类作业设计.与书面作业相比，创新实践类作业更具趣味性、开放性，更能体现物理学科特征，理应成为一种常规作业布置给学生.冯新娥展示了U型多米诺、手机投影仪、电磁小火车等融物理知识与动手实践于一体的实践作业.［28］江耀基展示了学生完成的几个家庭物理实验，［29］对激发兴趣、检验理论、启发思维、发展能力大有裨益.

2.6 物理学科核心素养测评

新课标凝练了物理学科核心素养，提出了学业质量标准，为基于物理学科核心素养的学业质量测评提供依据，实践中则需要细化标准并科学命制测评试题.

一是素养导向的学习诊断研究.为实现精准教学、促进个性化学习并提高学生的学科核心素养水平，张玉峰、唐挈从物理概念的建构过程、物理概念的学习结果、掌握概念后的行为表现3个维度建构了物理概念学习诊断的内容框架及相应的表现期望，［30］其研究方法具有可迁移性，也可以用于物理规律、科学探究等学习诊断之中，有研究就利用这种方法基于认知过程建构了科学探究诊断性测试框架，［31］不过相应的实际测试评价还有待细致展开.

二是考查素养的试题命制研究.张玉峰、邓丽平把影响试题难度的主要因素简化为问题的复杂程度、知识和技能的结构化程度、思维方式的综合程度3个方面，通过控制或改变这3个主要因素来改变试题难度，结合试题命制实例，展示了从不同层次和不同侧面的考查物理学科核心素养的试题命制方法.［32］梁旭通过对10多年来全国及各地高考物理试题中实验试题的筛选分析，把握了科学探究中问题、证据、解释、交流诸要素的命题特点，并有针对性地提出了教学建议，［33］有助于教师深入领会科学探究类试题的特征，为改进教学提供借鉴.还有研究分析了真实情境实验试题的功能，认为命制这类试题具有引导教学、培养学生创新能力的作用.［34］

基于真实问题情境的试题与认知诊断技术的密切配合，将评价技术手段与物理学科内容相融通，能够提高物理学科核心素养测评的可靠性、科学性，值得进一步深入探索.

3 启示与展望

3.1 义务教育课标的解读与实施

新版义务教育物理课程标准作为一个指导未来义务教育物理课程发展的纲领性文件，无疑会对未来初中物理教育产生较大影响，对义务教育新课程标准进行解读、实施等方面的研究，是物理教育人应肩负的课程责任.课标解读与实施研究一是要科学、准确阐述新课程理念，为广大教师学习、理解新课标提供参考；二是对21世纪以来颁布的3版课程标准进行对比分析，尤其是对变化内容的表述、原因等展开深入的剖析；三是开发、设计符合新课标理念精神的优秀课例，为教师教学提供可借鉴的“范例”.

3.2 新教材教学适应性研究

随着普通高中物理新高考改革的全面实施，多个版本的高中物理新教材均已出版发行并进入了教学实践领域.《中学物理教与学》一直非常关注新教材研究，已转载多篇新教材对比、设计、使用等方面的研究论文.相对而言，中观层面如对不同版本教材在实验设计等方面的对比研究等较多，宏观整体的研究和细致入微的研究则相对偏少.一方面应采用跨学科视角如政治学、社会学、美学等角度系统研究物理教材，为教材优化提供参考；另一方面则应着力关注教师使用教科书的问题，基于不同版本教材的纵横比较，助力教师对教材的二次开发和教学改进.

3.3 物理学科育人价值的深度挖掘

物理学科育人价值研究既是物理学科育人功能本位的回归，也是新时代我国物理教育发展的现实需要.物理学科育人涵盖诸多问题，就当前我国物理的物理教学研究而言，至少有3个方面需要深入展开：一是科学思想方法教育的纵深发展，科学方法中心的知－能结构要求按照科学方法的内在逻辑展开教学，这就要求教师对每种科学方法都要有深刻的认识.二是科学态度与责任的实现路径，在物理学科核心素养的研究中，对科学态度与责任的研究明显薄弱，日常教学中何以培育科学态度与责任素养是物理学科育人研究的内在之维.三是物理课程思政，亦是近年来的一个热点问题，需要持续关注与研究.