高中生物理學科素養與研學活動相結合探索

隨著我國教育改革的深入推進，研學活動作為一種教育教學模式，越來越受到廣泛關注。我們正在進行廣西教育科學“十四五”規劃課題——“中學生研學課程與生態文明教育結合的實踐研究”，以當地及周邊豐富的環境生態景觀為研學目的地開展以“生態文明”為主題的研學活動，旨在完善研學旅行課程體系的校本課程建設，有利于學生了解家鄉生態文明現狀，推進生態文明建設。同時，讓學生在進行生態文明的研學活動中，將課堂所學運用到實踐中去，對家鄉的生態結構、地形地貌、人文景觀有所了解，提升學生的地理、生物、語文等學科素養?；谏鷳B文明研學活動學科素養的提升，我們嘗試將活動延伸，開展有利于提升物理學科素養的研學活動，使該課題研究有更大的收獲。新課標背景下，高中物理教學旨在提高學生的物理學科素養，培養創新精神和實踐能力。本文通過探索高中研學活動與提升物理學科素養相結合的有效途徑，為高中物理教育教學改革提供理論支持和實踐借鑒。

一、高中生物理學科素養與研學活動相結合的策略

（一）確定研學活動主題

在確定研學活動主題時，教師可以充分考慮高中物理學科的特點和學生的發展需求，做到研學活動與提升物理學科素養有機結合，根據高中物理教材內容和教學大綱，選擇具有代表性的核心知識點作為研學活動的主題，如力學、電學、天體運動等相關知識內容及基本概念和定律都可以作為研學活動的主題。要關注學生的興趣愛好和發展需求，設計具有啟發性和趣味性的研學活動主題。我們可以利用本地旅游資源，在“天坑研學”中，設計以攀巖、速降為主題的研學活動，使學生在活動中體驗攀巖、速降的樂趣，引導學生思考重力的作用，體驗自由落體運動、減速運動、加速運動，培養其實踐能力和物理科學思維。還可以設計實驗操作、技術制作、課題研究等類型的研學活動，鼓勵學生在研學活動中運用跨學科思維，將物理知識與其他學科相結合，提升學生的綜合素養。例如，到山上開展“生態文明”研學活動，帶著學生觀察風力發電機，思考發電原理，可以引入圓周運動、電磁學等物理學科知識，豐富對物理現象的直觀認知。

（二）創設實踐平臺

高中研學活動與提升物理學科素養相結合，還可以通過創設實踐平臺來實現。學?？梢园蜒袑W活動納入課程體系中，高中生已經具備了一定學科知識，而且身體機能已經足以完成研學所需要的素質，可以做一些具有更高學術研究價值的研學活動。學校可以根據教材學習進度，由學科教師組織開展符合教材內容的研學活動，使研學活動更有意義，賦以研學活動更大的現實價值。例如，由物理教師領隊開展本地水電工業等建設的研學活動，提高學生的物理學科素養。學校還可以與科研機構、企業等進行合作，組織學生到科研機構、企業、旅游景區等單位進行研學活動，了解物理在實際應用中的重要作用。在研學過程中，可以邀請物理學家和行業專家舉辦講座，讓學生深入了解物理學科的前沿動態，激發學生學習物理的興趣。還可以讓專家學者引導學生關注國內外物理研究的最新進展，拓寬他們的學術視野。鼓勵學生在課余時間自主進行物理實驗，參與跨學科實踐活動，如機器人競賽、科技創新大賽等，培養他們的動手能力和實踐能力；組織物理競賽、科學論壇等活動，讓學生在學術交流中提升物理素養。這些活動可以將物理、數學、計算機等多學科知識融合在一起，提升學生的綜合素質。總之，通過創設研學活動實踐平臺，將高中研學活動與提升物理學科素養相結合，有助于培養學生的實踐能力、創新能力和物理素養。

（三）多學科交叉融合

在物理教學過程中，要盡可能地組織學生參加各級物理競賽、科技創新大賽等校內外的競賽。例如，制作鐵絲陀螺科技活動，可以讓學生感受動量與沖量的關系、慣性與質量的關系；投石攻城活動，可以促進學生對平拋運動問題的思考。通過競賽，激發學生的求知欲和競爭意識，提高他們對物理學科的興趣，開展豐富多樣的課外活動，讓學生在課余時間感受到與物理學相關的知識。

在進行以“生態文明”建設為主題的研學活動，研學目標主題可以結合高中教材，把高中學科知識融入研學活動中，將物理學科與其他學科（如地理、化學、生物等）相結合，開展跨學科的研學活動，以提高學生運用多學科知識解決問題的能力。在研學活動中，教師可以設計一些涉及多學科的課題，讓學生在解決實際問題的過程中，體會到學科之間的融合與互補。例如，在研究天體物理時，可以結合數學的建模方法、化學的物質性質以及生物的生命現象等多學科知識，提高學生運用多學科知識解決問題的能力；還可以組織學生進行跨學科的交流和研討，促進不同學科之間的知識碰撞和思想交流，如邀請其他學科的教師參與指導，讓學生在交流中拓寬視野，提高學科素養。在研學活動中，鼓勵學生主動尋找其他學科與物理學科的關聯點，促進學科知識的融合。例如，在研究電磁現象時，可以引導學生運用數學的計算方法分析問題，利用化學的知識解釋物質的性質，從多角度深入理解物理現象。學校可以設計多學科的活動主題，讓學生研學活動中有多方面的收獲，提升他們的綜合素質。我們正在開展的以“生態文明”為主題的研學活動，多學科交叉的活動主題策略有助于提高研學活動的價值，因勢利導延伸到與物理相關的活動，引導高中生在研學活動中提升物理學科素養，培養學生的綜合素質和跨學科研究能力。

二、高中生物課學科素養與研學活動相結合的分組實證研究

我們將高一年級分成兩大組，一組學生參加有以物理相關的研學活動（實驗組），另一組沒有參加與物理相關的研學。物理教學過程中，我們進行集體備課，盡可能做到統一教案，統一進度，練習、作業、測試題都相同。經過一段時間的學習之后，對所學物理知識進行測試，結果發現，參加研學活動的學生物理平均成績比未參加研學活動的學生成績高20%，這是個很大的差距。這說明研學活動有助于提高學生的物理學習成績。原因是在研學活動中，學生可以將理論知識與實際問題相結合，加深對物理概念的理解，提高解決問題的能力。通過對實驗組和對照組學生的興趣調查，發現實驗組學生對物理學科的興趣明顯高于對照組。我們有理由相信，研學活動讓實驗組的學生感受到了物理學的魅力，激發了他們對物理的熱愛。對照組學生僅局限于課堂學習，容易導致興趣減弱。實驗組的學生需要將所學物理知識應用于實際問題，這有助于提高他們解決實際問題的能力。而對照組學生在課堂學習過程中，較少有機會將理論知識應用于實際，因此在面對實際問題時，能力相對較弱。

通過以上分析，可以得出以下結論：高中研學活動對提升物理學科素養相結合是有效的，可以提高學生的物理學習成績和興趣；研學活動還有助于培養學生的實際問題解決能力，提高學生的物理素養。針對這些結論，建議教育工作者在物理教學中注重研學活動的開展，將理論知識與實際問題相結合，激發學生的興趣和潛能，提高他們的物理素養。同時，學校和家長也應支持學生參與研學活動，為學生的全面發展創造有利條件。

三、創設物理問題情境研學活動案例分析

案例1：組織高一年級學生開展“天坑研學”活動廣西樂業縣山水奇特，屬于典型的喀斯特地貌，是世界頂級旅游資源大石圍天坑群景區所在地，已經發現的天坑有28個，被譽為“天坑之都”和“世界天坑博物館”。境內神秘奇特的大石圍天坑景區、風景如畫的布柳河萬米生態峽谷、雄偉壯觀的水上天然石拱橋等景點聞名國內外。樂業縣也因此先后榮獲“世界地質公園”“國際巖溶與洞穴探險科考基地”“中國山地戶外運動基地”“國家森林公園”“國家4A級景區”“中國青少年科學考察探險基地”等稱號，并被聯合國教科文組織列為“世界自然遺產”中國候選名錄。

（1）活動地點：廣西“國際巖溶與洞穴探險科考基地”——樂業縣黃猄洞天坑。

（2）活動主題：喀斯特地質科普+攀巖速降運動體驗。

（3）課程目標：觀察并了解喀斯特地質和天坑形成的地質演變過程；參加在天坑絕壁上開展的攀巖、速降運動，親身體驗自身人體在重力和其他力的作用下加速運動、減速運動、勻速運動的感受；激發學生對地殼運動的興趣；親身體驗物體受力作用的效果，觸發思考討論力學問題的熱情。

（4）活動內容：參觀天坑景區喀斯特地貌，聽導游員介紹天坑形成過程；參加攀巖運動和速降運動活動。

（5）總結評價：活動結束后，學生暢談攀巖和速降活動的感受，對受力分析、速度方向與加速度方向關系的力學問題有更深刻的理解；學會用運動學問題解決生活、環境、科學、技術的問題。

案例2：組織高二年級學生開展“天眼研學”活動

2016年9月25日，在貴州省平塘縣落成啟用在世界最大的500 m口徑球面射電望遠鏡（簡稱FAST），被譽為“中國天眼”，其接收面積達30個標準足球場。FAST作為一個多學科基礎研究平臺，有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣，通過觀測中性氫的分布來研究宇宙膨脹速度，并推算暗能量的性質。FAST工程選擇地理環境條件極為嚴格，一是要求地貌接近其造型，工程開挖量?。欢潜仨毷强λ固氐刭|結構以保障雨水向地下滲透；三是要求周邊山崖陡峭林立，山腳濃蔭落日，為觀測提供良好的條件。已建成的FAST已成為國內外“生態文明”及“天文學科普”旅游勝地。

（1）活動地點：中國“天眼”基地——貴州平塘“天眼”研學旅游區。

（2）活動主題：天文探秘課程+自然生態文明系統課程。

（3）課程目標：觀察“天眼”基地周邊生態系統、地質環境，理解基地選址的基本條件；了解中國天眼的組成及工作原理，掌握與教學內容密切相關的天文知識；乘坐模擬航天器，遨游模擬太空，了解行星運動規律。

（4）活動內容：實地參觀“天眼”工程基地地理環境，生態保護情況，聽研學講解員介紹工程概況及工作原理；走進天文體驗館，遨游模擬太空。

（5）總結評價：活動結束后，學生對宇宙知識產生極大的興趣，引起對開普勒行星運動三大定律的思考與討論。激發探究宇宙，學習航天技術的熱情，FAST工程是我國科學工作者奮發圖強、立志創新的具體實踐，可以激發學生對“天眼之父”南仁東的崇敬之情。

案例啟示：

研學活動應緊密結合課程內容；活動結束后學生在教師指導下進行總結和反思，思考活動中與物理學科相關的知識內容，感悟在活動中收獲的與物理知識相關的體驗，形成物理素養。

四、研學活動總結

在以當地旅游資源為載體的研學活動中，可以設計融入多學科的活動目標，為高中物理教學問題創建情境研究提供平臺，通過對高中研學活動與提升物理學科素養相結合的探索，得出一種有效的教學模式。將高中研學活動與提升物理學科素養相結合，有助于培養學生具備扎實的物理基礎、科學思維和創新能力，從而培養學生的物理學科素養 。實證研究結果表明，該模式有助于提高學生的學習成績、物理學科素養、實踐能力等。因此，建議在高中物理教學中推廣應用創建物理問題情境研學活動，為培養具有創新精神和實踐能力的人才奠定基礎。

【本文系廣西教育科學“十四五”規劃2022年度專項課題“中學生研學課程與本地生態文明教育結合的實踐——以樂業縣高級中學為例”（課題編號：2022ZJY17 16）研究成果，作者為課題研究組成員。】