中学物理电磁学问题设计研究——硕士论文.doc

1、硕 士 学 位 论 文论文题目：中学物理电磁学问题设计研究作 者：导 师： 教授系别年级：教育技术学院 学科专业：教育技术学完成日期： 年 月北京师范大学研究生院I中学物理电磁学问题设计研究摘 要加强对学生的问题意识、创造性思维以及问题解决能力的培养，是新课程改革的重要目标之一。问题是培养学习者认知发展和高级思维技能的基础，对于教学有着至关重要的作用。而对整个教学过程来说，各个教学环节需要不同复杂程度的问题来支撑和引导，尤其对分层教学来说更是如此。因此，教师需要的不止是一个单独的问题，更是知识和方法要求有层次区分的一系列问题，本研究将其称为“问题系统” 。针对问题和问题系统的设计方法，教学设计

2、以及物理教学论领域的专家已经做出了一定的研究成果，但多是宏观策略和原则指导，不足以为一线物理教师的具体操作提供帮助。以学习活动为中心的教学设计理论，提出了知识推理路径问题设计方法，尝试为教师提供一种可操作的问题设计技术，但仍有待完善。本文在现有研究成果的基础上，针对中学物理电磁学探索出知识关联图问题设计的操作技术。并通过问卷调查以及缺陷分析的方法进一步完善和改进这种问题设计技术。从设计单个问题到设计一个问题系统，本研究进一步发展和提升了物理问题设计的技术水平。本研究主要包括以下三部分内容：（1）物理学科知识关联图的绘制规范和问题设计的操作细节。该部分对物理学科知识关联图的应用功能、构成成分、绘

3、制步骤以及完备性检验方法做了详细说明，并阐述了其相对知识推理路径的继承与创新。同时，在借鉴知识推理路径问题设计方法的基础上，进一步完善针对知识关联图的 ADM 操作方法。（2）中学物理电磁学问题系统设计方法。针对物理电磁学部分的知识内容，运用知识关联图问题设计方法设计一系列问题，并在此基础上总结出问题系统的构建方法。（3）问题系统设计成果的问卷调查与归因。通过问卷调查，分析所设计的问题及问题系统存在的缺陷与不足，根据分析及归因的结果进一步改进和完善问题设计技术。关键词：问题设计，问题系统，物理电磁学，知识关联图IIA Study on Problem Design of Physics Ele

4、ctromagnetism in Middle SchoolABSTRACTEnhancing the students problem awareness, creative thinking and problem solving abilities is one of the most important goals of the New Curriculum Reform. As the foundation to train learners cognitive development and advanced thinking skills, problem has a vital

5、 role for instruction. And for the whole teaching process, problems on different levels are needed in various teaching link, especially for the hierarchical teaching. What teachers need is more than just a single problem, but a series of problems which can be distinguished according to the knowledge

6、 and methods required. We call them the “problem system”.Experts in fields of Instructional Design and Physical Pedagogy have made some achievements on the methods to design a problem and problem system. But most of them are macroscopic principles which cant help the Physics teachers directly and sp

7、ecifically. In the study of Learning Activity-Centered Instructional Design, a method to design a problem using Knowledge Ratiocination Routes was explored. It is a operational problem design technology but still needs to be improved.In this paper, on the basis of existing research results, the prob

8、lem design technology using Knowledge Relating Network has been explored and applied in Physics Electromagnetism of middle school. The author also validates this technology through questionnaire and limitation-analysis and further improves it. Designing a problem system instead of a single problem,

9、this research develops and improves the technical level of Physics problem design. The research is composed of the following three parts:(1) Mapping rules of Knowledge Relating Network and operation details of Physics problem design. In this part, the author elaborates the function, components, mapp

10、ing steps, self-consistency verification of the Knowledge Relating Network and its relationships with and differences from the Knowledge Ratiocination Routes. And the ADM operation method on Knowledge Relating Network is improved using Knowledge Ratiocination Routes Problem IIIDesign Method for refe

11、rence.(2) Problem system design method for Physics Electromagnetism in middle school. Design a series of problems on Physics Electromagnetism with the Knowledge Relating Network Problem Design Method. And then sums up the method to construct a problem system.(3) The questionnaire-based survey and at

12、tribution on the fruit of problem system design. Analyze the limitation of the problems and problem systems which are designed in this paper, and further improve the perfect the problem design technology in the light of the analysis results.KEY WORDS：Problem Design, Problem System, Physics Electroma

13、gnetism, Knowledge Relating Network 1目 录中学物理电磁学问题设计研究 .I摘 要 .IA Study on Problem Design of Physics Electromagnetism in Middle School.II目 录 .1正文图表目录 .1附录图表目录 .31 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 相关研究综述 .21.2.1 问题设计的相关研究 .21.2.2 物理电磁学的相关研究 .41.2.3 研究现状分析总结 .51.3 研究意义 .61.3.1 理论意义 .61.3.2 实践意义 .72 研究的整体设计 .72.1 关键词

14、界定 .72.1.1 “问题”的界定 .72.1.2 问题系统 .92.2 研究目标与内容 .92.2.1 研究目标 .92.2.2 研究内容 .92.3 研究过程设计 .103 知识关联图问题设计技术 .113.1 知识关联图介绍 .113.1.1 知识关联图及其功能 .113.1.2 知识关联图的构成成分 .123.1.3 知识关联图的绘制方法 .133.1.4 知识关联图与知识推理路径的联系与区别 .1823.1.5 知识关联图介绍小结 .183.2 运用知识关联图进行问题设计 .193.2.1 绘制知识网络图 .193.2.2 选择问题原型 .203.2.3 ADM 操作 .213.3

15、 小结 .234 中学物理电磁学问题系统设计 .234.1 问题系统设计方法概述 .234.2 问题系统设计举例 .244.2.1 绘制知识网络图 .244.2.2 选择问题原型并绘制知识关联图 .254.2.3 针对知识关联图进行 ADM 操作设计新题 .264.2.4 分析问题知识结构，构建问题系统 .384.3 中学物理电磁学问题系统设计技巧 .425 问卷调查分析与归因 .435.1 单个问题的调查结果统计与分析 .435.1.1 科学性缺陷分析和归因 .455.1.2 教学性缺陷分析和归因 .455.2 问题系统的调查结果统计与分析 .465.3 分析与总结 .486 后续研究与展望

16、 .486.1 与课堂教学相结合，深入问题设计技术的研究 .486.2 探索问题设计技术的自动化实现 .48参考文献 .49附 录 .51附录 1 高中物理电磁学问题设计调查访谈提纲 .51附录 2 高中物理电磁学问题系统缺陷分析问卷 .53致 谢 .601正文图表目录表 1 面向各科课程的教学问题设计模板 .3表 2 新题知识结构分析表 .38表 3 单个问题的调查结果统计表 .43图 1 研究流程图 .11图 2 知识关联图构成成分 .13图 3 .13图 4 知识关联图绘制举例步骤一 .14图 5 知识关联图绘制举例步骤二 .14图 6 知识关联图绘制举例步骤三 .14图 7 知识关联图

17、绘制举例步骤四 .14图 8 知识关联图绘制举例步骤五 .15图 9 知识关联图绘制举例步骤六 .15图 10 知识关联图绘制举例步骤八 .17图 11 知识关联图删除操作举例 .22图 12 问题系统设计举例 知识网络图 .24图 13 问题原型题目中图 .25图 14 问题原型知识关联图 .25图 15 新题 1 题目中图 1.26图 16 新题 1 题目中图 2.26图 17 新题 1 知识关联图 .27图 18 新题 2 题目中图 1.27图 19 新题 2 题目中图 2.27图 20 新题 2 知识关联图 .28图 21 新题 3 题目中图 1.28图 22 新题 3 题目中图 2.

18、28图 23 新题 3 知识关联图 .29图 24 新题 4 题目中图 .29图 25 新题 4 知识关联图 .30图 26 新题 5 题目中图 .302图 27 新题 5 知识关联图 .31图 28 新题 6 题目中图 .31图 29 新题 6 知识关联图 .32图 30 新题 7 题目中图 .32图 31 新题 7 知识关联图 .33图 32 新题 8 题目中图 .33图 33 新题 8 知识关联图 .34图 34 新题 9 题目中图 .35图 35 新题 9 知识关联图 .35图 36 新题 10 题目中图 .36图 37 新题 10 知识关联图 .36图 38 新题 11 题目中图 .

19、37图 39 新题 11 知识关联图 .37图 40 问题系统问卷统计结果图 .473附录图表目录图 1 题 1-1 图 1 .54图 2 题 1-1 图 2 .54图 3 题 1-2 图 .54图 4 题 1-3 图 .55图 5 题 1-4 图 .55图 6 题 1-5 图 .55图 7 题 1-6 图 .56图 8 题 1-7 图 .56图 9 题 2-1 图 .56图 10 题 2-2 图 .57图 11 题 2-3 图 .57图 12 题 2-4 图 .57图 13 题 2-5 图 .57图 14 题 2-6 图 .57图 15 题 2-7 图 .58图 16 题 2-8 图 .58

20、11 绪论1.1 研究背景随着 21 世纪经济时代的到来，培养学生的问题意识、创造性思维以及问题解决的能力逐渐成为备受关注的课程目标，一系列的课程改革正是在这样的时代背景下轰轰烈烈地展开。而问题是培养学习者认知发展和高级思维技能的基础。现代心理学认为，一切思维都是从问题开始的。 1因此，一个好的问题对于教学有着至关重要的作用。物理学科的新课程改革强调关注学生的学习过程，注重分析、解决物理问题的思路。 2这一目标的实现更是离不开一个好的物理问题。从课堂练习、课后巩固到单元复习等等各个教学环节，都需要教学问题的支撑和引导。而针对一个特定知识单元内容的教学来说，各个环节需要的问题是不同的，问题所训练

21、或考查的知识点的复杂度和难度都应该有所不同，尤其对分层教学来说更是如此。因此，教师需要的不止是一个单独的问题，更是知识和方法要求有层次区分和不同侧重的一系列问题，在此笔者称其为“问题系统” 。这一问题系统，不仅能够与教学的各个环节相吻合，还应该能够帮助教师开展个别化教学以及分层教学等。那么如何设计一个问题？如何设计一系列问题从而构造一个满足教学需求的问题系统？教学设计以及物理教学论领域的专家对此已经有了一定的探讨，如问题教学的设计与实施、问题解决能力的培养、问题设计的原则、问题的分类和各类型问题设计思路等，这些研究成果为问题设计提供了有力的宏观指导和方向指引。但到底如何通过一步步操作设计出满足自己教学需要的问题呢？上述研究还不能为一线物理教师提供一个很好的答案。以学习活动为中心的教学设计理论，提出了一套从目标知识点出发设计物理问题的知识推理路径问题设计方法，一定程度上突破了上述研究的局限，尝试为教师提供一种可操作的技术方法，但仍然有待完善。本文正是在现有研究成果的基础上，试图进一步改进和发展物理问题设计技术。为保证研究的准确性，笔者选择以中学物理课程中的重点内容之一电磁学知识内容为载体，研究中学物理电磁学问题及问题系统的设计方法。