基于假设演绎推理的物理问题设计及其应用研究

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2014年我国第一次提出“核心素养”一词,2017年新《普通高中物理课程标准》凝练了物理学科核心素。本文的研究聚焦于物理核心素养科学思维要素下的“科学推理”中的“假设演绎推理”。假设演绎推理是思维发展的最高阶段,假设演绎推理既是一种思维方法,也是一种实验方法,与科学探究形影相随,假设演绎推理能力的提升有助于提升学生的核心素养,发展学生的个人竞争能力。因此,对于假设演绎推理能力的发展水平以及提升策略的的研究势在必行。本文的研究思路如下:在查阅相关文献时,发现“相较其他科学推理能力而言,学生的假设演绎推理能力水平较差”这一现象;进而依据现象提出问题“为什么学生的假设演绎推理能力水平较差”;接着依据问题形成猜想“学生的假设演绎推理能力水平较差是由于在日常学习中缺少相应的练习,如果增加相应练习,那么学生的假设演绎推理能力可以得到提高”。最后依据猜想制定研究内容,本文的研究内容共包括三个部分。本文的研究一是:对近五年高考物理全国卷中的假设演绎推理类试题进行统计,为了得到在高中学段,假设演绎推理能力的考查情况。本文的研究二是:测量学生在一般知识背景下的假设演绎推理能力,从而确定学生的假设演绎推理能力的水平。本文的研究三是:在物理学科背景下,设计假设演绎推理类物理问题,并使用设计的问题进行测试,增加假设演绎推理类物理问题的练习。为了探究是否可以提升学生的假设演绎推理能力和假设演绎推理类物理问题的可行性。为此研究三划分为三个研究问题,问题一是建构假设演绎推理类问题的结构化模型;问题二是基于假设演绎推理类问题的结构化模型,对物理问题进行重新设计,使其成为假设演绎推理类的物理问题;问题三是在物理学科的背景下,增加学生的假设演绎推理类物理问题的练习,探究能否提升学生的假设演绎推理能力和假设演绎推理类物理问题的可行性。基于以上三个研究,本文共得到以下结论:(一)研究一:近五年高考物理试卷中假设演绎推理类试题的统计,其研究结论有:(1)高考物理全国卷中,相对于其他推理类型的试题而言,假设演绎推理类试题的数量与分数占比相对较少。(2)相对于全国卷Ⅱ和全国卷Ⅲ,全国卷Ⅰ的假设演绎推理试题数量相对较多,表明全国卷Ⅰ考察到的思维水平相对较高。(3)在高考物理试卷中假设演绎推理类试题的题型、数量、分数都还未呈现规律性特征。(二)研究二:高中生的假设演绎推理能力水平测试,其研究结论有:(1)高中生的科学推理能力整体发展良好。(2)相较于其他科学推理能力而言,高中生的假设演绎推理能力水平较差。(3)高中生的假设演绎推理能力与物理成绩之间未呈现出显著的相关性。(三)基于假设演绎推理的物理问题设计及其应用,其研究结论有:(1)本章建构了假设演绎推理问题的结构化模型,共包括五个结构,分别是现象、问题、假设、实验和结果。(2)通过假设演绎推理类物理问题的练习,可以有效提升高中生的假设演绎推理能力。(3)在经过一段时间的遗忘后,再次进行测试,实验班的假设演绎推理类物理问题的成绩仍要优于对照班,这表明假设演绎推理类物理问题在高中生中具有一定的可适应性和时效性。(4)假设演绎推理类物理问题的练习,并未提升高中生对现有物理问题的解决能力。
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