关键词： 问题导向教学策略   高中物理教学   电磁学   教学设计  

摘要： 《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》(文中简称《课标》)将物理学科的独特育人价值集中概括为物理学科核心素养,它是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力,是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质,是学生科学素养的关键成分。《课标》阐述到“通过问题解决促成核心素养的达成”,由此可见,问题在培养学生物理学科核心素养的过程中起着核心作用。通过对《课标》的检索,发现其提及“问题”二字241次之多,并发现了如下阐述:“把一个复杂的问题分解为若干个简单的问题”“课堂问答的关键在于问题的设置”。不难发现,基于问题的学习可以作为培养学生物理学科核心素养的突破口。本文主要通过文献研究法、问卷调查法和案例分析法,针对问题导向教学策略在高中物理电磁学部分的进行教学设计研究。首先,结合高中物理的教学现状对问题导向教学策略的研究背景与现状进行分析,对本研究中的“问题”“问题导向”“问题导向教学策略”进行概念界定,并分析教育学、教育心理学中的相关理论,为制订问题导向教学策略奠定理论基础。其次,分析课程标准与教材中电磁学的课程内容,并对高二学生进行物理学习现状调查,探寻问题导向教学策略在高中物理电磁学部分的可行性及教育价值。最后,制订问题导向教学策略的基本流程与实施策略,选取了电磁学教学内容中的概念课和规律课进行教学案例设计,并请一线教师对案例进行效果分析,反思不足之处,以期将问题导向教学更好地应用于物理教学,推动问题导向教学实践的开展,提高物理教学效果。

关键词： 电磁学   新课标   教材研究   比较研究   高中物理  

摘要： 2017年基础教育课程改革进入修订(深化)阶段,颁布了修订后的新课程标准《普通高中物理课程标准(2017年版)》,全国所有省市包括上海的物理课程与教材都将根据统一的17版课标来实施,在此背景下,上海的新旧教材间存在着较大的差异,理清两版课标与教材的变化,探索新教材的编写理念与特点,对帮助教师适应新教材、实施新课程具有紧迫的现实意义。 本文旨在通过对比研究的方法,较为系统全面地探讨上海地区高中物理必修三教材的变化及其编写特点,为教师基于新课标展开教材分析提供理论研究依据与参考价值。全文主要研究内容与结论如下: 首先,本文系统地梳理了高中物理课程标准的研究现状和高中物理教材分析的研究现状,总结了课标与教材分析的相关研究方法和研究发展趋势,并在第二章阐述了相关理论基础与概念界定,本研究将立足于和课程与教材分析相关的心理学理论来分析教材,确保研究的科学性和说服力。 其次,全文的主体部分是新旧课标与新旧教材的对比分析。在课标对比部分,本文对课程性质与课程理念、课程目标、课程结构与课程内容及教材编写建议进行了比较分析。在教材对比部分,本文从教材内容设置、体例与栏目设置、例题与习题设置和插图设置四个方面具体分析了教材的变化,从课标的指导要求出发,总结了新教材的变化原因、设计意图及背后蕴含的教育理念。 此外,本文还包含对新教材实施现状的调查研究,分别对上海市某高中高二年级教师进行访谈研究,对学生进行调查研究,以探究新教材实施过程中的教学现象和问题,然后结合第三、四章的文本分析结果,讨论一些现象的成因及解决途径。 最后,本文提出的主要结论如下:第一,新教材内容的广度和难度有所提升,虽提高了教材本身的可读性,但给学生带来了一定的学习负担;第二,新教材强化了学生自主学习的比重,融入了丰富的课程思政教育,但教师在教学实施中仍保留原有的教学思路,未能充分利用教材的插图与栏目设计来提高学生的学习成效。针对这些现象,本文提出的建议有:第一,教师应着眼于课标要求,提供适宜于学生认知发展规律的教学内容;第二,教师需充分发挥教材的辅助作用,提高学生的课堂参与度,创设更多的自主探究环节;第三,教师可设计围绕物理观念展开的复习课,利用好教材的栏目设置,提升学生的自主学习能力。

关键词： 电磁计算  

ISBN: (纸本)9787030752390

摘要： 本书共21章，在介绍计算电磁学的产生背景、现状和发展趋势的基础上，主要内容涵盖静态场的有限差分法、频域有限差分法、时域有限差分法、矩量法、人工神经网络、空间映射方法、遗传算法和拓扑优化算法等。

关键词： 学习任务单   自主学习能力   高中物理   实践研究  

摘要： 我国2020年最新修订的《普通高中物理课程标准》中指出教育需要培养学生全面发展,提高学生自主学习能力,让学生能够终身学习,因此探寻高效培养高中生物理自主学习能力的方法尤为关键。学习任务单能够保证学生在物理学习过程中的主体性,使用物理学习任务单能够在一定程度上培养高中生物理自主学习能力。因此,本研究旨在基于学习任务单的设计与实施培养高中学生物理自主学习能力。本文主要研究内容为,厘清学习任务单以及物理自主学习能力的概念,明确学习任务单与物理自主学习能力的相互联系,在教学实践中应用学习任务单培养高中阶段学生的物理自主学习能力。本研究的具体工作可分为以下四点:第一,根据文献调研结果,使用学生问卷和教师访谈提纲,了解现阶段高中学生的自主学习能力现状,总结高中物理教学中学习任务单存在的问题。第二,基于高中学生的物理自主学习能力的情况,针对学习任务单存在的问题改进设计,提出设计依据、原则和流程,为设计学习任务单提供理论支撑。第三,基于培养学生自主学习能力制定学习任务单的使用方案,以电磁学的教学内容为例,开展使用学习任务单培养学生自主学习能力的高中物理教学实践,观察实践前后实验班和对照班物理自主学习能力的变化。第四,研究结果表明,在高中物理教学中使用学习任务单可以激发学生的学习动机,引导学生选择学习内容,合理安排学习时间,选取合适的学习方法,监测学习过程,评估学习结果,营造积极、开放的学习环境,从各个维度培养学生的自主学习能力。本课题的研究丰富了基于学习任务单培养高中学生物理自主学习能力的理论及实践研究,并为高中物理电磁学部分使用学习任务单的教学实践提供可参考的具体案例。

关键词： 二维计算电磁学   单元微分法   色散介质   电磁辐射   电磁散射  

摘要： 计算电磁学是以电磁理论为基础，以数值计算方法为手段，通过计算机科学计算的方式解决工程电磁学问题的学科。目前，计算电磁学已广泛应用到卫星通信、电气工程、雷达技术、电磁兼容、生物医学等各个领域。　　数值方法是计算电磁学的核心，发展到现在计算电磁学广泛应用的数值方法有求解微分方程的有限差分法、有限单元法和求解积分方程的矩量法。有限元法借助等参元能够适应复杂几何，但有限元法需要建立并求解物理问题的弱形式;有限差分法物理概念清晰、形式简单，但难以离散复杂几何;矩量法具有求解开域问题的优势，但是不易处理复杂介质（非线性介质、非均匀介质等）问题。　　单元微分法是近年来发展起来的一种新型数值方法，它借助等参单元对物理场和几何进行离散，所以可以很好地重构复杂的曲面边界。单元微分法基于物理问题的偏微分形式控制方程，直接通过形函数的一、二阶空间偏导数对控制方程中的空间导数进行离散，概念清晰、直观，推导过程简洁且不需要任何积分运算，对于复杂介质问题也方便求解，是一种极具前景的数值方法。　　本文将单元微分法首次应用到计算电磁学问题，求解了静态线性/非线性电磁场、准静态电磁场、电磁波辐射和散射以及色散介质电磁问题。具体内容如下：　　（1）静态线性/非线性电磁场问题的单元微分法。首先，给出了静态电磁场的基本方程。其次，阐述了单元微分法求解静态电磁场的基本原理，推导了拉格朗日等参单元一、二阶空间偏导数的解析表达式以及单元内部点、界面点和边界点的静态电磁场的单元微分格式。最后，给出了系统方程的组集和求解方法，非线性电磁问题的系统方程迭代求解格式。在算例验证中，分别采用低阶、高阶单元，规则、不规则单元，与参考解进行对比，验证了该方法的准确性和稳定性。　　（2）准静态电磁场问题的时域单元微分法。在单元微分法的基础上结合时间积分方法，提出了时域单元微分法。首先，给出了准静态电磁场问题的物理背景和数学模型。然后，分别建立了电准静态场、磁准静态场的单元微分法离散求解方程，阐述了时间项的离散格式，建立了准静态问题的时域单元微分求解方法。最后，给出了时域单元微分方程中非线性项的处理方法。在算例验证中，分别针对矩形铁芯涡流场问题、双层介质平行板电容器的电准静态场等问题进行数值求解和误差分析，结果表明所提的方法具有较好的收敛性和较高的计算精度。同时，针对非线性准静态电磁场问题，与有限元法进行对比，验证了该方法的正确性和有效性。　　（3）电磁波辐射/散射问题的时域单元微分法。电磁波的辐射和散射问题是计算电磁学中的一个重要的研究领域，该部分针对TM波辐射和散射问题，建立了其时域单元微分求解格式。推导了一阶吸收边界条件在时域单元微分法中的离散格式;实现了总场—散射场边界处入射波的引入，以及时谐场的近远场外推。在算例分析部分，通过与解析解和数值解（时域有限差分法和时域有限元法）对比，验证了计算结果的正确性。与时域有限元法作对比时，在求解规模和求解精度一致的情况下，数值结果表明本文所提方法具有内存占用更少、计算效率更高的优点。　　（4）色散介质电磁问题的移位算子时域单元微分法。对于三种常见色散介质的频域模型，其相对介电系数可以表示成以jω为自变量的有理分式函数形式。基于移位算子的思想，推导出了与色散介质频域本构关系相对应的离散时域递推关系式。从包含电位移矢量的波动方程出发，给出了色散介质电磁问题的时域单元微分法的求解格式，再结合得到的离散时域递推关系式，完成了色散介质的移位算子时域单元微分法的计算。最后，采用移位算子时域单元微分法对等离子体覆盖金属目标的电磁散射特性进行了分析，其数值结果与移位算子时域有限差分法符合得很好，验证了所提方法的正确性与有效性。　　综上，本文首次将单元微分法应用于计算电磁学领域，验证了该方法求解静态电磁场、准静态电磁场、电磁波辐射/散射、色散介质电磁问题的有效性，扩充了单元微分法的工程应用领域。

关键词： 高中物理   必修与选择性必修   衔接教学   电磁学  

摘要： 随着新课程的改革,高中物理课程分为了必修、选择性必修和选修模块。相较于以往的课程结构有了较大的改动,电磁学内容分布在高中物理必修三与选择性必修二的模块中。必修和选择性必修课程的教学目标和内容等方面是不同的,所面向的学生群体也是不同的。电磁学在高中物理教学中一直是重难点内容,同时结合笔者的教育实习经历,发现在必修三与选择性必修二的教学过程中,存在电磁学衔接问题。本文首先通过查阅文献,了解并梳理了国内外有关物理衔接教学的研究现状。接着对高中物理教材、衔接和衔接教学进行了概念界定,并梳理了支撑本文的相关理论基础。结合《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》(后简称“新课标”)和2019年人教版普通高中教科书《物理》(后简称“新教材”),分析了必修三与选择性必修二的电磁学衔接内容。其中,新教材电磁内容的衔接研究从知识内容、开放性栏目、学生必做实验和课后习题这四个方面展开。同时,基于学生、教师的问卷调查和访谈内容,分析了必修三与选择性必修二的电磁学衔接教学现状。最后,基于新课标、新教材的电磁学衔接内容,以及电磁学衔接教学现状调查所分析的衔接问题,提出必修三与选择性必修二的电磁学衔接教学原则和策略。通过研究,本文主要得出以下结论:第一,选择性必修二的相关学业要求和教学要求是在必修三基础上的深化和拓展。必修三与选择性必修二对学生有关电磁的认知水平和实验探究能力等方面的要求,存在衔接关系。第二,在必修三的基础上,选择性必修二需要学生综合应用电磁知识解决更复杂的电磁问题,对学生的实验探究能力、推理运算水平的要求有所提高。同时,选择性必修二中物理方法的渗透教学,需要在必修三物理方法的基础上做进一步提升。第三,学生没有掌握到位必修三中所涉及的基础电磁学衔接内容,缺乏衔接学习的主动性和自觉性,并且在必修三与选择性必修二的衔接学习方法上有所欠缺。教师对新课标和新教材中电磁学部分知识内容的衔接研究缺乏深广度,并且衔接教学方式略显单一。基于上述结论,对必修与选择性必修的电磁学衔接教学提出整体性和渐进性的衔接教学原则,以及研读新课标,掌握电磁学衔接教学要点;分析新教材,厘清电磁学衔接内容;注重衔接跨度,灵活安排电磁学教学计划等衔接教学策略。

关键词： 电磁学发展史   库仑定律   测评研究   物理概念和规律形成  

摘要： 在高中物理教学中,概念和规律的教学备受教师的重视,提高学生的物理概念和规律形成水平也是教师殷切的期望。因此,本研究尝试基于电磁学发展史,从库仑定律创生时的原始状态出发,整理库仑定律发展史材料,以库仑定律发展史材料为情景,编制库仑定律形成测试卷,并进行学生库仑定律形成水平的测评研究。研究工作从以下三个部分展开进行:第一部分:查阅文献,参考国内外有关物理概念和规律形成的理论,基于电磁学发展史,整理库仑定律形成的历史脉络,选编并形成库仑定律发展史材料。然后根据物理概念和规律形成水平框架,制定库仑定律形成水平赋分表以及库仑定律形成测试卷的双向细目表,结合库仑定律发展史材料设计库仑定律形成测试卷,收集一线教师对测试卷的意见和建议,修正测试卷,分析修正后的库仑定律形成测试卷与发展史材料的内容主题和形成水平的一致性,最终得到库仑定律形成测试卷。第二部分:实践测试以广西南宁、钦州两地的A、B、C、D四所学校644名高二和高三的学生为研究对象,使用EXCEL记录测试结果的原始数据,计算库仑定律形成测试卷成绩,再结合SPSS软件对库仑定律形成测试卷成绩进行统计分析,得到库仑定律形成测试卷整体难度系数为0.652,难度适中,差异性显著,有区分度,且相关性显著,可用于研究学生库仑定律形成水平。通过对库仑定律形成测试卷结果进行统计分析得到:(1)全体学生成绩平均分为39.71,占测试卷总分61分的65.10%,学生库仑定律形成水平中等。且全体学生成绩标准差为12.244,差异系数为30.83%,表明学生成绩离散程度较大。其中,南宁、钦州两个城市平均分为39.13和40.81,相差不大;C校的学生平均分为45.30,高于其他三所学校;C校高二11班的平均分最高,为45.58。从库仑定律形成各层级的达成人数比例上看,达到知道、理解、能做层级的人数比例分别为98.76%、91.46%、45.34%,整体呈递减趋势。(2)以标准分数的形式对不同团体进行差异分析,得到A校高二、高三两个年级的库仑定律形成水平在知道、理解、能做层级均有差异;A校高二物理班库仑定律形成水平高于A校高二历史班;钦州的C、D两所学校中,C校学生库仑定律形成水平高于D校学生。(3)统计测试结果发现,本次测评研究所涉及的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度的物理学科核心素养达成人数比例分别为74.79%、70.54%、56.02%、51.55%,初步反映测试对象的物理学科核心素养发展在物理观念和科学思维两个维度较好,科学探究和科学态度与责任两个维度还需要加强。(4)对库仑定律测试卷各题错误选项分析概括出库仑定律形成的干扰因素有概念理解模糊、感性认识不足、基础知识不足等6点。统计选择各干扰因素对应题目错误选项的人次比例,发现学生受“感性认识不足”因素干扰的比例最高,为61.96%。再进一步统计每个层级受各干扰因素影响的比例,发现知道层级得分受到“基础知识不足”因素的干扰最多,为48.45%;理解层级得分受“感性认识不足”因素的干扰最多,为61.96%;能做层级得分受“抽象思维能力”因素的干扰最多,为39.96%。第三部分:根据测试卷及物理概念和规律形成过程设计了对测试卷九个水平的理解情况及影响规律形成因素的调查问卷。按李克特量表进行赋分,统计得到非智力因素中家庭背景平均得分最高,为3.43,说明非智力因素中影响库仑定律形成最大的是家庭背景;智力因素中建模、运用、拓展、推理、比较、解释、识别”这七个水平的平均得分均大于3,说明学生对库仑定律形成测试卷中这七个水平的题目能够较好地理解和接受。总的来看,学生对库仑定律形成测试卷的大部分题目都能够较好地理解。

关键词： 学习进阶   高中物理   电磁学   教学改进  

摘要： 随着科学的发展和技术的进步,21世纪的社会面貌、生产方式和人类认知水平和以往相比产生了巨大的变化,在满足基本的物质生活基础之上,人们对高质量的教育产生越来越大的需求,为此,全世界各国都在致力于大力发展和改革教育。近十几年来,在各国教育学者研究和不懈努力下,各种新兴的教育理念层出不穷。其中部分研究者在对如何进行课堂教学改进,从而提高教学质量的研究过程中发现,通过对学生在课堂中表现出对知识和概念掌握的水平不同,分层设计教学目标,选择出一条适合大部分学生的典型思维发展路径,从而显著提升教学质量。这一教育理念在21世纪被西方教育学者命名为学习进阶理论,我国研究学习进阶与国外相比起步较晚,并且主要集中于力学、运动学领域,而电磁学内容作为高中物理重要的组成部分,围绕其展开的进阶研究较少,因此本文选择对高中物理电磁学部分进行以学习进阶理论为基础的教学改进研究,期望为高中物理教学变革提供新的范式。电磁学部分内容是高中物理教学的重点,也是学生学习的难点。为了了解高中生学习这部分内容的思维发展路径,本研究首先梳理了国内外已有的关于学习进阶的研究成果,通过对文献资料的阅读和整理,阐述了相关理论研究基础,然后根据课程标准和教材内容对电磁学内容中的“静电场”及“磁场”两部分的核心概念和重要概念进行梳理,绘制出概念图,并结合对一线教师的访谈结果,确定进阶的起点和终点,完成对进阶的维度划分,从而构建初步的高中物理电磁学“静电场”及“磁场”的学习进阶假设框架。接下来开发测量工具并对学生实施测量,通过对问卷调查的分析和梳理,了解学生对“静电场”及“磁场”相关概念的实际掌握程度,完成对学习进阶假设框架的调整。最后,基于构建的学习进阶框架,阐述高中物理电磁学部分的教学改进策略,并以“磁场对运动电荷的作用力”一节为例进行教学实践。通过研究发现,基于学习进阶理论进行教学设计并实施教学,能够使学生对概念的理解更清晰,对规律的掌握更深刻,更有利于形成物理学科核心素养,因此其对于高中物理教学具有重要意义,希望能为物理教师的教学提供一定参考。

关键词： 双减   电磁学   物理习题教学   教学设计策略  

摘要： 2021年,中共中央办公厅、国务院办公厅正式印发《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》,促进了以“立德树人”为导向的学校教育的本质回归,并进一步巩固了各级学校教育在我国基础教育中的主体地位。其中所反映的“减负增效”的教育理念,在一定程度上对高中习题教学提出了“着眼于学生发展规律调整教学”的新要求。本研究首先从学生身心发展的一致性、学校教育在基础教育中的主体地位、我国基础教育阶段育人模式的变革、物理习题教学在高中物理教学中的地位与作用四个方面对“双减”政策对普通高中物理习题教学活动的指导意义进行了论述;继而从教育减负、物理习题教学、习题教学减负三个方面进行了文献综述;研究理论基础基于物理习题教学的基本理论、有关“物理解题”的教育心理学理论、学习迁移理论三方面。本研究共分为三部分展开:第一部分研究基于对当下一线物理教师的调查,明确当下高中物理电磁学习题教学的难点所在,并辅以文献研究,总结归纳当下一线教师普遍正在使用的习题教学策略,旨在使策略研究具有更强的靶向性与实用性,后续研究均基于此部分研究的成果展开。第二部分研究以基本理论为主导,以已有教学策略为依托,针对教学难点展开分析,探查难点背后所蕴藏的学生思维与知识层面的漏洞,并基于研究者自身教学经验,给出教学设计策略与完整的习题教学设计。第三部分研究是针对教学设计策略的实践研究,将基于策略制定的教学设计投入教学实践,并通过编制问卷与后测试题,从主观的学生感受层面与客观的可量化的教学效果层面共同对教学质量进行分析、衡量与评定,并基于研究结果改进教学设计策略。

关键词： 初高中物理   教学衔接   教学策略   核心素养  

摘要： 我国不断深化基础教育改革的进程对发展学生核心素养提出了明确要求,强调各学段教学要注意有机衔接、相互协调、上下贯通,确保形成统一培养体制。2022年版《义务教育物理课程标准》从传统的课程标准体系转向核心素养模型,初、高中各学段在能力培养上存在差异,学生进入高中后如果不能及时转变学习策略,改进学习方法,将面临初高中衔接困难。因此,解决初高中物理教学衔接存在的问题具有重要意义。本文通过相关理论基础、文献研究以及对高二学生进行问卷调查和初高中教师访谈,分析了初高中物理衔接的问题,提出了相应的解决策略。因为高二阶段是物理学习的关键时期,所学的内容更多也更加抽象,该阶段的学习成效会对高三的学习和高考产生很大影响。因此本文选取高二阶段电磁学部分为例进行教学衔接设计,旨在提出系统化且具有实践价值的衔接策略。本文首先将学习迁移理论、有意义学习理论、最近发展区理论和认知发展理论作为指导,通过文献研究、问卷调查、访谈调查等方法,从教材、学科、学生、教师四个方面分析初高中衔接困难的原因,主要体现在:学生存在畏难情绪、学生学习策略欠缺、学生思维能力薄弱、教师教学方式单一、评价方式不完善等。针对上述问题,本文主要从学生、教师两个方面提出教学衔接的如下可行性策略:注重教学目标衔接;优化学生学习的认知策略;教师完善教学方法;教师教研活动一体化。随后对初高中电磁学部分的课标和教材进行对比分析,确立了电磁学部分教学衔接的一般步骤为:确定起点终点;教师搭建阶梯;学生联结内化;理解应用反馈。最后以《楞次定律》为例,把提出的教学策略应用在教学设计案例中,并将教学设计应用于一线教师的教学实践,通过教师和学生的反馈结果来看,这些教学策略提高了学生的学习兴趣,促进了学生对相关知识的内化。因此,本文的研究结论可以为一线教师的教学实践提供理论参考和教学借鉴。