农村初中课堂教学中培养学生创新能力的研究

开题报告

毛富源  赵佳佳  李智毅  吴艳霞

1.研究背景

创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，也是中华民族最深沉的民族禀赋。在激烈的国际竞争中，唯创新者进，唯创新者强，唯创新者胜。纵观人类发展历史，创新始终是推动一个国家、一个民族向前发展的重要力量，也是推动整个人类社会向前发展的重要力量。然而，时至今日，我国在一些科技领域仍面临创新人才匮乏的窘境，大力培养科技创新后备人才是我国在未来国际竞争中博得先机的重要保障。明天的强盛来自于今天的后备人才储备，中小学是培养科技创新人才的关键期。中共中央国务院颁布的《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》中指出，要在“增强综合素质上下功夫”，要注重保护学生“好奇心、想象力、求知欲”，激发学习兴趣，提高学习能力。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中也明确指出要“深化教育改革”，更加注重学生的“创新精神”培养。创新能力是综合素质教育的重点内容，也是实施素质教育的需要。

物理学不仅含有探索大自然的知识成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神。在整个教育体系中义务教育具有奠基性作用，被视为现代国民教育体系的基石。由于农村学生的家庭经济水平、家长文化教育水平等多种因素，农村中学生对物理学习的自觉性和主动性都有很大的提升空间。“老师拼命讲，学生被动学”的现象仍普遍存在，不仅影响学生们在物理学习上的积极性，也降低了学生的学习效率。

习近平总书记在2021年4月19日考察清华大学的重要讲话中指出，“教师要成为大先生，做学生为学、为事、为人的示范，促进学生成长为全面发展的人。要研究真问题，着眼世界学术前沿和国家重大需求，致力于解决实际问题，善于学习新知识、新技术、新理论。”义务教育阶段学生创新能力的培养对广大教育工作者提出了新要求。本课题紧跟时代发展，结合初中物理教学实际，以培养学生的创新能力为主要目标，探索农村初中物理的教育教学的新路径、新方法，引导和鼓励学生们去发现新知识、新思想、新事物、新方法，在学与问中唤醒好奇心，在思与辩中培育批判思维，在知与行中激发想象力，进而为将来成为创新型人才奠定良好的素质基础。

2.本课题相关的研究现状

2.1 国家层面对创新能力培养的重视

2018年3月28日，北京师范大学中国教育创新研究院首次对外发布《21世纪核心素养5C模型研究报告（中文版）》，其指出核心素养5C模式中的创新素养包括三个维度：创新人格、创新思维、创新实践（甘秋玲等，2020）。这一报告从立德树人层面指出了创新能力培养的重要性。2019年，中共中央、国务院印发《中国教育现代化2035》，强调要创新人才培养方式，推行启发式、探究式、参与式、合作式等教学方式以及走班制、选课制等教学组织模式，培养学生创新精神与实践能力。2020年发布的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出，要激发人才创新活力，加强创新型、应用型、技能型人才培养。总体来看，现阶段我国的社会现实、科技发展、教育趋势等使创新能力成为我国教育实现转型升级的重要抓手，创新能力的培养也迅速成为教育界内外关注的热点，但如何因地制宜找到适合的培养模式仍在探索中。

2.2 创新能力的内涵

早在20世纪50年代，吉尔福特（Guilford）在《美国心理学家》杂志发表《创造力》一文，从此开创了学界长达70年关于创造力的研究。吉尔福特认为创造性思维的主要表现就是发散性思维，并将创造性思维划分为三大范畴：流畅性（Fluency），即想法的多样性，方法灵活，反应迅速；变通性（Flexibility），即思维活跃，触类旁通，不受定势影响；原创性（Originality），即创造出不寻常、全新、独特构想的能力（Guilford，1950）。

我国的创新教育是在创造教育的基础上提出的。陶行知先生是创造教育的倡导者，他认为创造是教育之本，是一个民族生生不息的活力，是一个民族文化中的精髓（熊贤君，1999）。1998年5月，时任国家主席江泽民在北京大学百年校庆上提出关于“一个国家的发展关键在于创新”的著名讲话，由此“创新”问题受到广泛重视，“创新”研究迅速形成一股潮流。国内诸多学者逐步开始了对教育中创新意识和创新能力的研究。何克抗将中小学生的创新能力定义为：在学习学科知识、解决学习和社会生活实践的问题过程中，力图以新颖和独特的方式明确要解决的问题空间、获取信息、分析加工和转换信息、储存信息、应用和监控调节信息，从而达到产生或可能产生出某种具有社会和个人价值的成果，并加以传递、展示、评价和反思提升这些信息的智能品质（李文光等，2002）。

综上，本课题认为对中学生来讲，创新能力更多地表现在中学生在学习科学知识、解决科学问题和科学创造活动中，根据一定目的，运用一切已知信息，产生出某种新颖、独特、有社会或个人价值的产品的意识或能力。

2.3 创新能力培养模式和培养策略研究

2.3.1 4I教学模式

4I教学模式（钟柏昌，2021）是指向四种教学模式的分类框架，因每个模式的第一个英文字母都为I，故简称4I教学模式。钟柏昌构建的4I教学模式最早是应用于机器人课程中，其中实验模拟型教学（Learning to Imitate via Robot）旨在以机器人相关技术作为教学内容的主体，将机器人本身作为学习的对象，以掌握机器人本体知识为导向；趣味交互型教学（Learning to Interact via Robot）旨在以开发有趣、好玩的机器人联机交互系统为主要任务开展教学；科学探究型教学（Learning to Inquire via Robot）旨在以科学问题为导向，将机器人作为开展科学探究的载体和工具，为探究性学习提供数据收集、加工的技术支持；发明创造型教学（Learning to Invent via Robot）旨在以实际需求为基本导向、以项目教学为基本方法、以创新实践为核心目标的教学，要求学生通过教学能够制作出具有创新性的智能人造物。

图1 4I教学模式

2.3.2 4C教学模式

4C教学模式是以聚类教学为起点的一种面向创新能力培养的教学模式。具体是指从一类问题情境（情境化）开始，经历概念提取和关联内化（去情境化），再通过迁移应用回到具体问题情境（情境化）的一个循环往复的学习阶梯，鉴于每个阶段均有以C开头的英文单词，故统称为4C模式。其主要包含四个教学阶段。

图2 4C教学模式

a.聚类教学（Clustering）：教师在学科大概念的视角下，根据学科理论体系，整理出包括基本概念、定理、理论和应用在内的情境案例或问题，将其进行归类整理后呈现给学生。

b.概念提取（Conceptualizing）：学生在经历了一系列相似问题的解决过程后，需要在教师的指导下归纳这一类事物的普遍特征和一般规律，进行概念提取，从而真正实现从若干“个”的学习迁移到“类”的学习。

c. 关联内化（Correlating）：当不断提取出新概念时，教师需要通过概念地图等工具帮助学生建立新旧概念之间的联系，鼓励学生深入探究知识背后的思想方法，通过讨论和辩论修正概念，对概念的取舍作出合理判断，从而将抽象的概念赋予自己的认知与意义，达到深度理解，从而实现认知结构的变化和内化。

d. 迁移应用（Changing）：此处迁移应用主要指远迁移，即学生需要将习得的概念性知识迁移至与原学习情境极不相似的其他具体情境中，利用自身所提取的概念性、抽象性知识解释和解决生活中的实际问题，达到迁移创新的目的。

2.4 初中物理教学中对创新能力培养的研究

初中物理这门学科与其他学科有所不同，它更具有知识性、趣味性和实用性，在对创新能力培养的教学实践也凝练了许多方式方法。

物理学不仅含有探索大自然的知识成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神。在整个教育体系中义务教育具有奠基性作用，被视为现代国民教育体系的基石。由于农村学生的家庭经济水平、家长文化教育水平等多种因素，农村中学生对物理学习的自觉性和主动性都有很大的提升空间。“老师拼命讲，学生被动学”的现象仍普遍存在，不仅影响学生们在物理学习上的积极性，也降低了学生的学习效率。

科学探究性学习方法强调的是学生学会分析问题、归纳知识、整理资料，这样的学习方法在整个中学阶段对培养学生的创新意识和创新能力具有重要意义，能充分调动学生学习的积极性，帮助学生形成一种能够独立探究的情境。在实际教学实践中也得到了许多应用，如在“牛顿第一定律”教学时，在阻力对运动的影响探究中（杨杰，2021）通过小车在不同表面滑行距离简单又明显的试验，引导学生独立思考，培养学生的思维，为学生提供动手实验的机会，激发学生的创新能力，达到预期的教学效果和教学目标。

“问题引导+探究活动+课外实践”为学生打造了良好的创新空间（高文超，2021）。“问题引导+探究活动+课外实践”法具体是指结合教学目标和教学内容设计层次性问题，培养学生们的创新思维能力；同时结合教学内容巧妙设计探究性活动，促使学生在自主探究的过程中深入理解物理知识，赋予创新动力；最后让学生利用课余时间去搜集实际生活中与物理实验相关的生活素材，为提升学生的创新能力创造良好的条件。

情境教学法（蔡月婷，2019）可以让学生在老师创设的具体场景中理解课本中抽象难懂的概念，让学生理解物理就在身边，触手可及。通过情景再现、多媒体教学、动手实践等多种方式进行融合，锻炼学生们主动思考、主动探究问题的能力和动手实践能力，提升学生的学习兴趣。

3. 研究目标和主要内容

3.1 研究目标

3.1.1帮助教师建立以培养学生创新能力为核心的教育观

通过本课题的研究实践，逐步树立新的教学理念。培养学生的创新能力是物理教学的基本职责，教师们应当转变传统的教学思维，不断更新教学模式和教学内容，在教学活动中充分尊重学生的主体地位，真正在物理教学中落实以学生为中心的差异化教学，从而达到培养学生创新能力的目标。

3.1.2激发学生们的创新意识，提升学生们的创新能力

培养学生的创新意识和创新能力，促使每位学生养成自主思考、自主学习、自主创新的良好学习习惯。在课堂教学中能够积极参与、积极思考，敢于发表自己的不同见解；在课程任务的完成上能严格要求自己，创造性完各项学习任务；在课余时间能够注意培养、发展自己的兴趣爱好。

3.1.3改进现有物理教学模式，营造具有创新活力的学习环境

通过新型师生关系构建、自主学习氛围营造、教学方式改革等多措并举，为学生搭建一个具有创新活力的学习氛围。

3.2 主要内容

建立“专创融合”的中学物理教育教学模式。“专创融合”中的“专”是指学生掌握和运用物理知识和技能水平。“创”是指学生的创新意识和创新能力，将创新意识和创新能力培养有效贯穿于教育教学的全过程。根据教育教学规律和学生循序渐进的认知规律，“专创融合”的教育教学模式包含以下三个方面。

图3 “专创融合”的中学物理教育教学模式

3.2.1优质教育教学资源筛选与利用

充分掌握和发挥“互联网+教育”的优势。以在线课程为例，近两年由于新冠疫情的影响，居家学习、在线学习越来越多地涌入初中物理学习过程中。要筛选一批好的在线课程资源、课外优质读物、身边的物理常识等多种文本、实验、媒体、社会资源，扩大学生们的知识面，为学生们创新意识和创新能力的培养奠定良好基础。

3.2.2学生创新意识培养

通过物理学史引入、情境教学等多种方式引导学生们发现身边的物理知识，进而能够掌握物理知识，培养学生们的创新意识。如在课堂教学中渗透物理学史教育，培养学生创新意识。在教学中适时地向学生进行物理学史教育，使学生了解物理学的发展规律，学习物理学家发现问题、思考问题或处理问题的思路和方法，加深对物理知识的理解和灵活运用，激发学习兴趣，学习物理学家不畏艰辛，勇于探索和创新的精神。比如“死海而不死”的趣闻、“王冠之谜”，阿基米德“我找到了”的故事等。物理知识是广大物理学家对日常生活案例情况的总结与归纳，所以，所有物理知识都来自日常生活，生活中的种种现象也会表明物理知识的存在。在教学中结合生活案例为学生讲解物理知识，引导学生利用生活经验来进行自主思考，进而培养学生的创新意识。

3.2.3学生创新能力培养

改进教学方式，提升学生的思维品质。传统教学一直是以教师、书本、课堂为中心，注重知识的传授，忽视学生创新能力的培养。本课题重点将传统教学转变为学生自我探究的学习过程，以充分发挥学生在课堂的主体作用，让学生“动”起来。其一，重视课堂情境导入，激发学生认知。开门见山直入课堂主题、温故知新串联新授知识、情境导入激发学习共鸣等课堂导入方法相互融合，为激发学生的创新意识和创新能力提供外在条件。其二，利用开放性试题和一题多解等作业设计，充分调动学生已有的知识储备去建构新的认知结构，培养学生的探索意识和创新能力。其三，在实验探究教学中培养学生的创新能力。通过创设问题、实验设计、分析归纳、团队合作等多各环节培养学生的创新能力。

3.2.4提升综合素质

在机械运动的行程问题、密度问题、热、光等相关物理知识的学习上，通过与数学、化学等多学科的融会贯通，提升中学生的综合素质以及用物理知识解决实际问题的能力。

4. 主要研究方法

（1）文献调研法。通过既往文献中关于“教育教学改革”“创新能力培养”“创新意识与创新能力”等问题的论述，从而提炼出本课题中所包含的“创新意识与创新能力培养”的概念体系。

（2）问卷调查法。在对当前农村教育教学实践中创新意识和创新能力培养过程中存在的问题，通过问卷调查的方法对教师、学生及家长展开匿名调查，收集各方面对当前中学物理教学过程中创新意识和创新能力培养的建议。

（3）教学观察法。围绕本课题的研究内容，观察并记录参与实验的学生的课堂、课后表现情况。

（4）行动研究法。结合本课题的研究目标，以物理学科为依托，采用培养学生创新意识和创新能力的新的教学模式在实验班进行教学，把课题研究与日常教学有机结合起来，课题研究与课堂教学相互验证、相辅相成，在行动中发现问题、研究问题、解决问题。

5. 研究详细计划

本课题拟用一年的时间完成，主要分为三个阶段开展课题的各项研究工作。

5.1 前期准备阶段（2022年2月-2022年5月）

（1）确立研究课题并展开充分论证。通过课题组成员交流讨论、查找资料、案例学习等多种方式，从科学性、实用性和可行性等方面对本课题展开充分论证。

（2）调查分析。对目前农村初中物理教学中对中学生创新意识和创新能力培养方面的现状和存在的问题。以调查问卷的方式，组织学生、教师、家长共同参与问卷调查，获取他们对当前物理教学中创新意识和创新能力培养的看法和建议。

（3）问题发现与方案制定。结合调研过程中发现的问题，组织课题组成员对相关问题展开探讨并制定、调整及完善现有的教学策略。

5.2 课题研究及实施阶段（2022年6-2022年12月）

根据调查结果以八年级两个班级为重点实验调查对象。该阶段拟分为两个过程，在2022年9月-2022年11月期间为第一阶段实验，2022年12月根据实验效果完善教学模式，开启第二阶段实验。

5.3 课题总结阶段（2023年1月-2023年4月）

全面总结，整理课题相关资料，完成课题研究报告。

6.课题研究的基础和条件

本人从事教学工作已有30多年，从事初中物理教学也有26年了，对课堂导学引导有自己的的思考与实践。我们学校物理教师充足，且有好几位教龄20年以上的优秀物理教师，他们丰富的教学经验都为课题的研究提供了有利条件。登封市的新课程改革活动也为课题的研究提供了浓厚的氛围。

学校领导的高度重视.全校强烈要求以教科研促教学为课题组提供场地资源，邀请专家指导。同事热情支持，想齐心协力办成一件事。这些都为课题的顺利实施提供了帮助。