1、硕 士 学 位 论 文论文题目：中学物理教学设计研究作 者：导 师： 系别年级：教育技术学院 学 号：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中学物理教学设计研究摘 要本研究是围绕“以学习活动为中心的教学设计”展开，属于学科化教学设计技术研究，所选学科为中学物理。在此之前，针对学科化教学设计技术的研究主要包括中学数学和化学。本研究借鉴了已有研究成果，同时根据物理学科的特点，如严密的知识结构体系、以物理问题为核心的教学特点、以情境为主线的问题多变方法等，从知识建模、问题设计、能力生成类活动设计等三个方面，对中学物理学科教学设计技术进行了较深入地研究，试图为中学物理教师提供一种
2、理性的教学设计技术，使得中学物理教师能根据课堂需要设计出合适的、新颖的任务，并能根据不同学生的已有知识基础或欠掌握知识设计出合适的问题，并能依据已设计出的任务和问题辅以特定的形式、策略、评价方式等形成一个完整的教学活动。本研究主要包括以下四部分，特点分别如下：(1)中学物理学科知识建模规范。该部分就中学物理学科的知识点类型、知识点间的关系类型、知识组块模式图类型等三个角度构建了中学物理学科知识建模的规范。(2)中学物理学科问题设计技术。在已有的化学和数学学科研究的基础上，重点探索了中学物理学科问题设计的基本思路、知识推理路径的绘制规则等。(3)中学物理学科能力生成类活动设计。中学物理学科意义建
3、构类活动任务也包括 9 种，与化学和数学学科基本相似，学生问题解决能力的培养是中学物理新课程标准的基本要求，因此在活动设计环节重点探索了以问题为核心的能力生成类活动设计，构建了能力生成类活动的结构要素。(4)中学物理学科教学设计的缺陷分析及归因。技术人造物缺陷分析法是本研究最主要的研究方法。在该部分，主要根据能力生成类活动方案和物理问题的缺陷分析结果，总结了缺陷中与技术环节相关的方面，并通过知识推理路径的自完备性检验方法加以改进。关键词：物理知识建模，物理问题设计，能力生成类活动，技术人造物缺陷分析，知识推理路径，自完备性检验IIA Study on the Instructional Des
4、ign of Middle School PhysicsABSTRACTThe study is based on Learning Activity-Centered Instructional Design, and belongs to the category of instructional design research for disciplines, and the author selects Physics as the subject to be studied. Before the undertaking of this study, there has alread
5、y been related instructional design technology research on Mathematics and Chemistry for middle school. In this study, related previous research work is used as reference. In recognition of the special characteristics of Physics, such as its strict and rigorous knowledge structure, problem-oriented
6、instructional features with situation as the main outline, the author conducts an in-depth research into the instructional design technology for middle school Physics from the three aspects of knowledge modeling, problem design and the design of activities aiming at fostering students capabilities.
7、It is hoped that this will provide middle school Physics teachers with a rational technology for instructional design; enable them to design appropriate and unique tasks according to instructional needs, design suitable problems according to different students mastery of knowledge, and form a sound
8、instructional activity by combing the tasks and problems with particular forms, strategies and evaluation methods.This research is composed of the following four parts:(1) Knowledge modeling rules for middle school Physics. In this part, the author establishes the knowledge modeling rules from the t
9、hree aspects of knowledge classification, different types of relations between knowledge points, and different types of knowledge modules pattern diagrams.(2) Problem design technology for middle school Physics. Based on related previous research on Mathematics and Chemistry, the author emphasizes u
10、pon exploring the basic thoughts of problem design, the mapping rules of knowledge ratiocination routes and so on.(3) Design of activities aiming at fostering learners capabilities for middle IIIschool Physics. Like Mathematics and Chemistry, tasks of meaning-constructing activities in Physics consi
11、st of nine different kinds; and fostering students abilities of problem solving is included in the new curriculum standards as the basic requirement. Therefore, in the part of activity design, the author lays the emphasis upon the design of capability-fostering and problem-centered activity, and con
12、structs the elements of capability-fostering activity.(4) Limitation-analysis on instructional design of middle school Physics. Limitation analysis of technological artifacts is the most important research method used in this study. In this part, according to the result of limitation-analysis on cap
13、ability-fostering activity planning and Physics problems, the author makes a summary of technological process-related problems in the limitation analysis, and improves the designing by way of self-consistency verification based on knowledge ratiocination routes.KEY WORDS：Knowledge Modeling for Physi
14、cs, Question Designing for Physics, Capability-fostering Activity，Limitation Analysis of Technological Artifacts，Knowledge Ratiocination Routes, Self-consistency Verification1目 录中学物理教学设计研究 .I摘 要 .IA Study on the Instructional Design of Middle School Physics .II目 录 .1正文图表目录 .3附录图表目录 .61 绪论 .11.1 研究的必
15、要性 .11.2 国内外研究现状分析 .21.2.1 物理教学领域中关于知识分析的研究现状分析 .21.2.2 物理教学领域中关于问题设计的研究现状分析 .31.2.3 物理教学领域中关于能力生成类活动设计的研究现状分析 .31.3 研究的目标与意义 .41.3.1 知识分析方面 .41.3.2 问题设计方面 .41.3.3 能力生成类活动设计方面 .41.4 研究内容和方法 .51.4.1 研究的内容 .51.4.2 研究的方法 .52 中学物理学科知识建模技术 .72.1 引言 .72.2 物理学科中的知识点类型 .82.2.1 符号和名称类知识点 SM（Symbol ） .82.2.2
16、概念类知识点 CN（Concept） .92.2.3 原理公式类知识点 PF（Principle and Formula ） .92.2.4 事实范例类知识点 FC（Fact and Case） .92.2.5 过程步骤类知识点 PS（Process and Steps） .92.2.6 认知策略类知识点 CS（Cognitive Strategy） .102.3 物理学科中知识点之间的关系 .102.3.1 概念与其它类型知识点的关系 .102.3.2 原理公式与其它类型知识点的关系 .112.3.3 事实范例与其它类型知识点的关系 .112.3.4 过程步骤与其它类型知识点的关系 .122
17、.3.5 认知策略与其它类型知识点的关系 .122.4 物理学科中知识组块模式图的构建 .122.4.1 目标知识点为概念类知识点 .132.4.2 目标知识点为原理公式类知识点 .142.4.3 目标知识点为事实范例类知识点 .142.4.4 目标知识点为过程步骤类知识点 .152.4.5 目标知识点为认知策略类知识点 .152.5 物理学科中知识建模的步骤及其例子 .1522.5.1 物理学科中知识建模的步骤 .152.5.2 物理学科知识建模的具体例子 .162.6 知识建模在中学物理教学设计中的作用 .252.6.1 有助于教师进行意义建构类学习任务设计 .252.6.2 为物理教师进
18、行问题设计提供依据 .272.6.3 小结 .273 中学物理学科问题设计技术 .293.1 中学物理学科中问题设计技术的具体思路 .293.2 中学物理学科中问题设计技术的要素说明 .293.2.1 物理知识网络图 .293.2.2 问题原型的选取 .303.2.3 问题的知识推理路径 .303.2.4 增加、删除、修改操作(ADM 操作) .333.3 中学物理学科中问题设计技术的具体例子 .343.3.1 【例子 1】选取已学知识点的问题原型 .343.3.2 【例子 2】选取目标知识点的问题原型 .364 中学物理学科能力生成类活动设计 .384.1 中学物理学科能力生成类活动任务介绍
19、 .384.1.1 一般的能力生成类活动任务 .384.1.2 物理学科中的能力生成类活动任务 .384.2 中学物理学科能力生成类活动方案设计 .394.3 中学物理学科能力生成类活动方案设计例子 .394.3.1 绘制本章的知识网络图 .404.3.2 以已学知识点选择问题原型而设计的新题及相应的能力生成类活动 .404.3.3 以目标知识点选择问题原型而设计的新题及相应的能力生成类活动 .435 中学物理学科教学设计技术的缺陷分析及归因 .475.1 中学物理学科能力生成类活动方案设计的缺陷分析及归因 .475.1.1 六个活动方案调查结果的统计和分析结果 .475.1.2 活动方案设计
20、缺陷分析小结 .505.2 中学物理学科问题设计的缺陷分析及归因 .515.2.1 13 个物理问题的调查结果的统计 .515.2.2 13 个物理问题的调查结果的总体分析 .575.2.3 问题设计缺陷分析小结 .595.3 采取的解决办法-知识推理路径的自完备性检验 .595.3.1 物理知识推理路径的作用 .595.3.2 物理知识推理路径的自完备性检验 .606 研究的不足及展望 .646.1 通过问题设计技术设计出的题目难度等级如何定 .646.2 研究结论的推广度与适用性问题 .64参考文献 .65附录 .67附录 1 中学物理学科能力生成类活动方案设计例子中的问题设计过程 .67
21、附录 2 教学方案及问题缺陷分析专家评审问卷 .75致 谢 .783正文图表目录图 1 技术人造物缺陷分析法研究流程图 .5图 2 知识网络图 A.7图 3 概念与其它类型知识点间的关系及举例 .10图 4 原理公式与其它类型知识点间的关系及举例 .11图 5 事实范例与其它类型知识点间的关系及举例 .11图 6 过程步骤与其它类型知识点间的关系及举例 .12图 7 认知策略与其它类型知识点间的关系及举例 .12图 8 概念类知识点模式图 .13图 9 原理公式类知识点模式图 .14图 10 事实范例类知识点模式图 .14图 11 过程步骤类知识点模式图 .15图 12 认知策略类知识点模式图 .15图 13 物理知识建模流程图 .16图 14 具体例子的知识建模过程 1.16图 15 具体例子的知识建模过程 2.16图 16 具体例子的知识建模过程 3.17图 17 具体例子的知识建模过程 4.17图 18 具体例子的知识建模过程 5.17图 19 具体例子的知识建模过程 6.18图 20 具体例子的知识建模过程 7.18图 21 具体例子的知识建模过程 8.19图 22 具体例子的知识建模过程 9.19图 23 具体例子的知识建模过程 10.
