物理教学研究方法

第三节　物理教学研究方法

根据教育研究方法的主要作用并结合物理教育的特点，将物理教学研究方法划分为思辨研究法、描述研究法、实验研究法和开发研究法。

一、思辨研究法

物理教育思辨研究法是依据已有的物理教育事实，或对获取的研究资料，进行思辨性质的思维加工，把握物理教育事物的一般性质的研究方法。在这一研究过程中，尽管要用到许多不同的研究方法、研究手段，但起主导作用的是思辨性质的思维。思辨研究的主要方法是经验总结法，其他思辨研究方法还有移植法、历史法、文献法、比较法等。

（一）经验总结法的意义

所谓物理教育经验总结法，一般是指在不受控制的自然状态下，对物理教育实践所提供的感性认识，进行分析、综合、抽象、概括，使之上升到理性认识的研究方法。这种研究方法是物理教师进行教育研究广泛采用的方法，其主要原因在于：一方面，由于广大教师工作在教育实践的第一线，有丰富的物理教育感性认识；另一方面，物理教育经验总结法一般不强调事先的假设和不干预教育的过程，而是在自然的状态下对物理教育的感性认识进行理性加工，对教师来说，有较好的可行性。

利用物理教育经验总结法把教育的感性认识从个别经验上升为一般经验或科学经验乃至科学理论的层次，对教育实践具有直接的、积极的作用。因为丰富的物理教育经验，是物理教育工作者在年复一年的教育实践中不断积累和逐步形成的，是教育的宝贵财富。这些宝贵的教育经验来自实际教育实践，教师感到熟悉和亲切，容易理解和接受，并加以推广，从而对科学和有效地进行教育工作、教育质量的提高，都有直接的、重要的作用。

（二）物理教育经验总结的步骤

1.确定经验总结的主题和经验总结的对象

研究人员要运用经验总结法进行研究，就必须从教育实践中不断积累知识，思考教育中的问题，从中领悟出需要经验总结的题目，再经过初步的搜集和分析相关材料，确定出经验总结的主题。

例如，经过初步调查，了解到在一类优秀物理教师的课堂中，学生的课堂学习活动量特别大，而教师低效的教学活动量很少，教学成效高。于是研究人员认为，优秀教师课堂教学要尽可能地增加学生学习活动量，才能有效促进学生的学习。但这类教师在课堂上是怎样增加学生学习的活动量的呢？于是研究人员提出“优秀物理教师课堂学生学习活动量的经验”总结的主题。

经验总结的主题确定后，要选择适当的总结对象。对象可以是个人，也可以是集体。选择先进经验总结的对象要慎重，要选择具有典型性的总结对象。例如对“优秀物理教师课堂学生学习活动量的经验”总结，可以在调查研究的基础上，确定若干位优秀教师作为经验总结的对象。

2.制订经验总结的计划

要根据经验总结主题范围的大小和目的，制订切实可行的工作计划，主要对经验总结的目的、要求、起讫时间等等作出规划。如果经验总结的范围较大，可以分解成若干项，集体分工进行。例如，对“优秀物理教师课堂学生学习活动量的经验”总结可分解如下项目：

①优秀教师增大学生学习活动量的目的是什么？

②优秀教师增大学生学习活动量的形式有哪些？

③优秀教师增加学生学习活动的时间是怎样分配的？

④优秀教师增大学生学习活动量理论依据有哪些？

⑤优秀教师增大学生学习活动量教学效果如何？

各项的研究可逐个进行，也可分工同时进行。

3.详尽地收集经验总结的材料

在教育实践中收集丰富的、合乎实际的而不是零碎的和错觉的材料是经验总结的前提和基础。经验总结的理性认识隐藏在大量的丰富材料中，只有深入教育实践，进行广泛而扎实的调查研究，尽可能全面地收集和占有经验总结的材料，只有对详尽的合乎实际的材料进行逻辑加工，才有可能得出客观的理性认识，零碎而非系统的材料很可能“失真”，虚假的材料只会导致谬误。

4.科学地对经验进行思维加工

全面的、合乎实际的材料还只是为经验总结得出正确的理性认识提供可能。要从经验中得出理性认识，就要对经验进行科学的思维加工。这样才能去伪存真、去粗取精、由此及彼、由表及里，从感性认识上升为理性认识。

研究人员不仅要概括出“先进经验是什么”和“教育效果如何”，更重要的是能在“经验措施”与“教育效果”之间寻找内在联系，准确揭示教育经验是通过何种途径实现教育效果的，这就是揭示先进教育经验的内在机制。

5.撰写教育经验总结报告

在教育经验总结提纲的基础上写出总结报告，并对此反复推敲、精心修改，最后完成教育经验的总结报告。按照教育经验总结报告的性质，或向教育报刊推荐发表，或呈报教育有关部门审核，以收到教育经验总结的社会效益。

二、物理教育描述研究法

在物理教学研究中，常常要对物理教育的事物进行研究，并客观描述出物理教育的状况。这时就要用到描述研究法。物理教育描述研究主要采用调查的方法。物理教育调查研究法是在教育理论的指导下，通过观察、问卷、测验、访谈、座谈、查阅文献等手段，搜集教育问题的资料，从而对物理教育的状况作出客观的描述，并进行科学的分析并提出调查结果和建议的研究方法。

物理教育调查主要是一种描述性的研究。确保这种描述的客观性和科学性，是物理教育调查的最基本要求。因此，物理教育调查要注意：一是根据调查的目的，科学地选择调查对象，并使对象能反映真实情况。二是要客观地了解事实材料，不允许有丝毫的增减或歪曲。三是要全面地分析调查的材料，审慎地对教育状况作出描述。

根据划分的标准不同，物理教育调查有不同的分类。根据调查的目的和课题的性质，可以分为现状调查、区别调查和发展调查。

（一）现状调查、区别调查和发展调查

1.现状调查

现状调查要研究教育人或事物目前的基本状况和基本特征，其目的是了解教育的一般情况，或寻找教育的有关状况的数据。现状调查要解决“……目前状况是怎样”的问题，例如“初中物理学习分化现象”的调查、“高一物理学习台阶的研究”、“××学校中学生物理学习负担和疲劳度的研究”、“某市物理教师学历和教龄情况的调查”、“某县物理课堂电教手段使用情况的调查”等等均属现状调查。

2.区别调查

它主要用以比较两种教育现象之间有无联系和联系是否密切。区别调查主要有比较调查、相关调查、因果关系调查等。

比较调查旨在比较两个调查对象的教育情况。比较调查要解决“……差别的状况如何”的问题，例如，要研究某地区同类两所中学的某次物理毕业会考成绩的差别，要研究高成效的物理教师与低成效的物理教师在教学行为上有什么不同，都要用到比较调查。

相关调查用以研究两种特征之间的关系是否有联系或联系是否密切。

它要解决“……两种特征之间是不是有联系”的问题，例如“学生物理中考成绩与物理高考成绩是否高度正相关”、“学生物理知识的掌握程度与物理学习能力是否存在同步发展的关系”等等均属相关调查研究。相关调查对数据的处理可以通过画直观的相关图或计算相关系数来确定这两种事物之间是正相关、负相关还是零相关，以及相关的程度有多大。

因果关系调查是通过对两类教育事物、现象或人的调查，了解它们或他们之间可能存在的因果关系并作出描述。因果关系调查要解决“……的可能原因是什么”的问题。例如“某校高中女生物理成绩下降的原因是什么”、“某班学生学习兴趣高的主要原因是什么等”均属于因果关系调查。

必须指出，通过因果关系调查，找到的只是这一特征的可能原因，而对这可能的因果关系需要进一步的研究或验证。例如，通过调查发现：课堂上经常主动举手发言的学生，学习成绩一般比较好，不主动举手发言或很少举手发言的学生，学习成绩一般不太好。能不能说，举手发言是学习成绩好的一个原因呢？一般是不能贸然作出肯定的结论的，因为在“举手发言”这一现象的背后，可能有三种因果关系：①经常举手是学习好的一个原因；②因为学得好才经常举手；③举手与学习好坏本身不存在因果关系。这就需要进一步的研究。

3.发展调查

它用来调查教育事物随时间变化情况。它要解决“……特征随时间是怎样的变化的”问题。例如，“学生的动手能力在中学阶段是怎样随年龄增长而发展变化的”、“物理优秀学生的追踪研究”等等均属于发展调查研究。

（二）物理教育调查的一般步骤

物理教育调查根据研究目的的不同和课题的不同，调查的方式会有所不同。但无论何种教育调查都是一种有目的、有计划的活动，有一定的工作程序。这种程序应在调查研究实施之前就周密地规划。就调查过程的顺序而言，主要有下列几个步骤。

1.确定调查的课题和选取调查的对象

确定调查课题时，要遵循目的性原则、重要性原则和可行性原则。所谓目的性原则，要求每次调查要达到什么目的，回答什么问题，探求什么变量，事前都要有明确的规定。所要研究的变量，最好采用操作性定义界定，以便于测量。所谓重要性原则，主要考虑调查课题的科学价值和实际意义，选择有价值的课题进行研究。所谓可行性原则，是指调查课题和调查范围的大小，要视参加调查的人力、物力等条件而定。在一般情况下，调查课题不宜过大，调查范围不要太广。调查课题的确定既要看需要，也要看可能。

调查对象要根据调查课题和调查目的来选取。不同的调查课题和目的，要用不同的方法去选取调查对象。有的调查课题，直接选定就可以了，如某位特级教师先进教学经验的调查，某些优秀物理学习经验的调查等。有的调查课题有很多调查对象，无法逐一进行调查，这时就需要用抽样的方法选取调查对象。

2.拟定调查的计划

调查计划一般包括下列内容：调查课题、调查的目的和任务、调查对象及范围、调查地点及时间、调查的方式方法、调查步骤及日程安排、调查的组织领导及人员分工、调查报告完成的日期等。调查计划的制订要详细、周密、切合实际。

特别要强调的是要拟定好调查的项目内容，它是搜集资料的依据。它要有效的反映所要研究的问题，必须符合调查课题的需要。必要的话，还要将它进一步分解成若干子项目。同时，对调查的项目内容制定相应的调查评价标准，使调查人员在调查时能依据这些标准进行准确而便捷的记录。

3.选择调查的方式

根据课题的性质和调查资料的来源，选择调查的方式，如观察、问卷、测验、访谈、资料查阅等。

4.实施调查

运用各种调查的方式收集调查对象的资料。搜集的资料要力求全面，注意资料的典型性、客观性和真实性。调查者要善于辨别材料的真伪，做到实事求是。

5.整理和分析调查资料

通过各种方法搜集的资料，必须加以整理和分析。整理资料的方法，按资料的性质可分为两大类：一为非数量资料；二为数量资料。非数量资料，应用流畅的文字加以整理；数量资料，则要用统计法等加以整理。

6.撰写调查报告

调查材料整理完后，要写出调查报告。研究者应根据所调查的事实，进行分析和讨论；在此基础上，作出调查的结论，并提出建议。结论要准确，并有概括性；建议要从实际出发，中肯并具有可行性。

三、物理教育实验研究法

物理教育实验研究是为了探索物理教育的规律或验证物理教育假设，通过合理地控制实验的变量，观察与这些实验变量相伴随的现象的变化，探索或验证实验变量与效果变量的因果关系的研究方法。

（一）物理教育实验研究的基本性质

物理教育实验研究具有以下基本的性质：

1.探索物理教育变量间的因果关系

研究人员在物理教育的实践中，发现教育的问题，提出研究假设，设计教育实验，规范实验的进程和结果的解释，来认识和探索物理教育的规律。在物理教学中有许多问题，如运用自学辅导的教学方法与学生学习物理的效果的关系如何，合作竞争的学习方式和传统的学习方式对培养学生合作竞争的精神究竟有无差异，物理研究性学习和传统的学习方式对培养学生的探索和创新精神有怎么样的差异等问题，都需要研究人员提出研究假设，设计对比实验，对实验结果进行分析比较，来探索教育实验变量（如自学辅导教学方法、合作一竞争的学习方式、研究性学习）与效果变量（如学习物理效果、合作竞争精神、探索与创新精神）的因果关系。

2.实验变量的操纵

实验变量又叫自变量，是实验前假定存在因果联系的原因变量。在教育实验研究中，实验变量往往是可以控制或施加的条件或因素。它可以是某种教学方法、某种教学手段、某种特定条件下的教学时间等等。效果变量又叫因变量，实验前假设存在因果关系的结果变量。在教育实验研究中，效果变量往往是学生的学习效果，一般用某种学习成绩来衡量。教育实验是人工操纵实验变量，主动干预教育现象发生的条件或进程来研究教育实验变量与效果变量的因果关系。

在操纵实验变量这一点上，教育实验研究与经验总结、调查研究是不同的。经验总结是把自己或他人的实践经验累积起来加以分析和归纳整理，成为符合客观实际的、具体丰富的材料或理性认识，从而为进一步进行实验研究提供思路和假设。而教育实验由于主动操纵实验变量，具有较强的目的性和针对性，从而能超越经验的局限。而调查研究中广泛应用的观察，一般在自然状态下进行，常常受到各种自然因素的干扰。因此，调查得到的资料不一定能充分证明因果联系和必然性。但三者有一定的联系，通过教育经验总结和调查，可以发现教育实验的问题，提出教育假设，在实验研究的过程中，离不开观察和经验总结。但实验研究是在研究人员人为地使现象发生，并对产生现象的情景或影响现象的条件加以操纵的情况下进行的观察、分析和研究。

3.干扰变量和无关变量的控制

教育实验研究中的实验变量与实验效果变量关系的探求往往受到其他一些因素的干扰。例如研究人员要研究某种教学方法对学习物理的效果的关系，但是学生的情绪焦虑、疲劳、动机等等都会影响实验的结果。在这个例子中，学生的情绪焦虑、疲劳、动机等就是一些干扰变量。又例如比较三种教学方法的教学效果，参加的是同年级的三个班，实验结果的比较是用测验的结果来比较，显然，三个班实验前的知识、能力水平等的差异、教师的热情与否、教学才能、年龄、经济水平等都会对实验结果产生影响。在这个例子中，学生的知识能力水平差异、教师的热情与否、教学才能、年龄、经济水平等是一些无关变量。如果这些无关变量单方面作用于实验对象，就会对实验研究的实验变量和效果变量的关系产生干扰。

因此，要分析研究过程中涉及的各种变量，并排除或控制干扰变量和无关变量，以便客观认识和研究实验变量与效果变量的逻辑关系。

当然，某一实验研究中的干扰变量或无关变量在另外的实验设计中，有可能成为所研究的实验变量或效果变量。例如，要研究学生的情绪焦虑对物理学习成绩的影响，这时情绪焦虑就是实验变量了。如果我们要研究物理测验的次数分布或测验的难度对学生学习情绪焦虑的影响，这个情绪焦虑就是效果变量了。

（二）提高物理教育实验的效度

要提高教育实验的效度，就要在教育实验的设计、实施、分析得出结论的过程中尽量排除干扰变量和无关变量的影响。在实验过程中，如何消除干扰变量和无关变量的影响，要注意以下几个方面：

1.科学地设计实验

实验的设计不仅关系到实验的进行，而且影响到实验结论的科学性，是教育实验研究关键一环。例如，单组实验设计缺点很多，因为单组实验设计只有实验组，没有对照组。这种设计就很难克服“成熟”效应，也难以消除前测验对后测验的影响。等组实验设计较好，所谓等组就是选择实验组和对照组，而且这两组成员的基础相同。等组可采用随机或事先进行基础测定来分组，并随机决定哪组为实验组、哪组为对照组。分组前要考虑研究样本对总体的代表性。在等组实验中，所有无关变量如教师的水平、能力、态度、教龄等都以同等水平作用于实验组和对照组，能平衡这些无关变量的作用，并有效抵消了“成熟”效应的影响。

2.控制变量

在整个实验过程中，要处处留意把无关或干扰的变量加以控制或排除在实验之外，尽量不让这些变量影响实验结果。例如在实验的实施中要注要排除外界事件的干扰、P—H效应等；对学生成绩的测量和评价要注意其效度和信度，避免测量工具和技术不完善造成的偏差；对实验得到的材料实事求是地分析比较，并统计推断出两个组效果变量的差异性，从而正确判断出实验变量对效果变量的因果关系。

3.重复实验加以验证

对教育实验，一般都需进行多次重复才能得到较准确的实验结论。教育实验的重复主要有以下几种：

简单重复实验，即在原来的实验组中重复实验，验证实验的结论。

轮组实验，即把原来的实验组改为对照组，而把对照组改为实验组，继续第二轮实验。最后与前次实验结果对比，加以验证。这样不但原来实验组和对照组的基础差异可以抵消，而且两次由教师因素、学生因素、家庭因素等引起的无关变量均可抵消。

扩大范围的实验，例如原来的实验组是一个，现扩大到二、三、四个或更多个，进行实验，以验证实验的结论。

只有经过多次重复实验且得到验证的实验结论的效度才会比较高。

四、物理教育开发研究法

（一）物理教育开发研究法的含义

所谓物理教育开发研究，是指在一定的教育理论、思想或经验指导下，对物理实验器材，物理教具和学具，物理视听材料，计算机辅助教学软、硬件的研制开发，以及研究这些物质手段如何运用于物理教育，以促进物理教育的研究方法。

严格地说，物理教育手段的开发研究只有在教育理论或先进的教育经验的指导下，注重教育手段创新和改进，并探求其在教学中的运用与教学效果的关系，才可以称为一种教育研究。

物理教育开发研究主要注重对物理教育物质手段的研制，这种研制是受到一定的教育理论或教育思想或教育经验指导的。因为，只有在先进和正确的教育理论、思想或经验的指导下，才能研制出符合教育规律，吻合学生认识特点的教学手段，才能正确地运用于教学，才能促进物理教育。例如在物理教学中运用多媒体软件的研究是近来开发研究的热点，但是有些软件却没有受到学生的欢迎，也未能受到广大教师的好评，也自然不能在教学中推广运用。产生这种现象有诸多的原因，原因之一是这些软件本身不符合教育和教学法的要求，有的甚至违背教育的基本规律。但主要原因是在软件开发中，缺乏教育理论和教学法理论的指导。

（二）物理实验的开发研究

物理学是一门以实验为基础的自然科学。物理实验是中学物理教学中的重要内容。在高中物理课程各个模块中都安排了一些典型的科学探究或物理实验。其中，共同必修模块中的物理实验是《高中物理课程标准》对高中学生最基本的实验要求。在必修与选修模块中，都程度不同地体现了对物理实验的进一步要求。对物理实验有兴趣的学生，还可以指导他们选修具有更高要求的物理实验专题。物理教师“应该积极开发适合教学的实验项目，充分利用实验资源做实验”。“将电子计算机等多媒体技术应用在物理实验中，同时提倡使用身边随手可得的普通物品做物理实验。”⁽⁵⁾

物理实验可分为教师做的演示实验和学生做的边学边实验、实验室的分组实验和课外实验。

有关物理演示实验的开发研究课题主要有：中学物理实验功能的创新、演示实验成功率的研究、演示实验简易性研究、演示实验可见度的研究、演示实验的趣味性研究、演示如何有效地向学生提供充分的感性材料研究等。

对边学边实验的开发研究应注重实验材料、装置简易可行，具体的材料不用花太多的时间准备就可得到，大多可利用学生的学习用品、废物、现有的教学仪器等，同时还要注意安全性。

学生分组实验和课外实验是培养学生实验素养和科学能力的重要途径。有关学生分组实验和课外实验的开发研究主要的内容有：①研究如何让学生自我设计实验和经历实验探究的过程。②研究实验仪器的设计、制作及改进。现有的实验仪器往往有一些缺陷，对这些仪器进行改进，以提高实验的效果，也可

①教育部.普通高中物理课程标准（实验）.北京：人民教育出版社，2003：52.以创造性地设计和制作实验仪器、学具等。③研究如何让学生经历实验探究的过程，培养他们的实验探究能力和素养。④研究如何提出一定的计量要求。关于计量要求，对初中生来说仅是初步的，对高中生则有较高的要求。其内容主要包括：认识实验误差的意义，正确观察、测量和读数（包括有效数字的应用），研究减小误差的方法，控制误差的范围和实验数据的计算处理等。

（三）信息技术与物理课程整合的开发研究

信息技术与物理课程整合是在先进的教育思想与理论的指导下，将信息技术、信息资源、信息方法、人力资源与物理课程进行有机的融合，把以计算机及网络为核心的信息技术作为促进学生知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观方面发展的手段，并将这些手段全面融合到物理课程各个要素和环节之中。经过与信息技术与物理课程的组合、重构、融合，构建出整体优化的现代物理课程，从而促进传统物理课程目的、课程结构、课程内容、课程实施、课程评价方式的根本变革。

信息技术与物理课程整合的研究有不同的层次。一个是从物理课程研制的角度，研究把信息技术融入物理课程的整体中去，以改革物理课程的目标、物理课程的结构、物理课程内容，从而创建出新型的现代物理课程体系。另一个是从物理教学的角度，研究信息技术与物理教学的整合，把信息技术作为一种教学手段和方法融入物理教学的各个层面中，通过在物理教学中有效地应用信息技术，促进教学内容呈现方式、学生学习方式、教师教学方式、师生互动方式和教学绩效评价方式的变革，为学生创造生动的信息化学习环境，使信息技术成为学生认知、探究和解决问题的工具，培养学生的信息素养及利用信息技术自主探究、解决问题的能力，提高学生学习的效果。一些适合物理教师参与的信息技术与物理课程整合的研究有：利用信息技术创新物理教学方式的研究、利用计算机的模拟和仿真物理情景、利用多媒体技术模拟和仿真物理实验、利用信息技术辅助物理实验、利用信息技术增强物理教学的互动性、信息技术的物理课程资源开发等。

除了上述几种方法（与分类）外，物理教师从事教学研究还可以借鉴当前教育科研的其他方法，如质的研究、叙事研究、混和方法研究等，同时也要学习和运用资料的定性分析与定量分析的新方法，如定量分析往往会涉及运用统计、数学的方法进行分析研究，目前用的较多的是Excel、SPSS、Stata软件进行数据分析，如制图（直方图、散点图、折线图等），方差（单因素、双因素、多因素）分析与协方差分析，线性回归分析、主成分分析与因子分析等。对于这些统计软件的运用程度也影响了对数据、资料的有效分析及结果表达。

思考题

1.物理教学研究一般应当具备哪些基本属性？

2.物理教育研究的选题要符合哪几个基本原则？

3.用搜索引擎查阅关键词“物理教育研究”或“physics education research”的相关信息或网站。

4.物理教育研究要查阅相关课题的文献，查阅相关课题文献的目的是什么？如何查阅文献？

5.从自己熟悉的物理或科学教育和课程的热点问题中，概括出一个合适范围、有新意的研究题目，并进行研究设计（要求查阅相关资料不少于十篇）。

6.在物理教学中，要试验“探究性学习”与“接受性学习”的差异，请设计一个教育实验方案，要求：①写出实验的目的；②写出实验的变量；③阐明实验的步骤；④说明如何提高实验的效度；⑤说明如何用统计数学检验教学效果的差异。

【注释】

(1)朱慕菊.走进新课程——与课程实施者对话.北京：北京师范大学出版社，2002：126.

(2)林崇德.教育科研：教师提高自身素质的重要途径.中国教育学刊，1999，（1）：52.

(3)朱铁成.物理教育研究.杭州：浙江大学出版社，2002：19.

(4)朱铁成.谈物理教育研究的几个问题.物理教师，2003，（24）4：2.

(5)教育部.普通高中物理课程标准（实验） .北京：人民教育出版社，2003 ：52 .