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高中生物理建模能力结构的构建研究

中文摘要

科学技术快速发展的基础是高水平科技人才的培养，而高水平科技人才的培养又要

依赖于科学教育。进入新世纪以后，世界各国将科学教育的重点从培养科学探究能力转

向培养学生的科学实践能力，让学生真正地参与科学实践，经历科学知识的发现过程。

美国在《K-12科学教育框架》（2012）中列出了学生应该参与的八种科学实践活

动，且将模型建构作为八种科学实践活动的核心，贯穿了整个《K-12科学教育框架》，

我国也在2017年修订的课程标准中将模型建构列为了多个学科核心素养的关键内容，

自此模型建构能力成为了多个学科规定的、学生应该掌握的关键能力。然而，由于我国

建模教学研究起步较晚，对建模理论缺少深层次的挖掘，关于建模能力的内涵没有形成

一致认识，这就使得教师在建模教学实践中缺乏理论指导，无法有效地培养和评价学生

的建模能力，导致我国学生的模型构建能力与西方各国有着较大的差距，学生建模能力

普遍较低。

在上述背景下，本研究选择以物理为学科视角，以扎根理论为研究方法，以Nvivo

软件为编码工具，以构建高中生物理建模能力结构为研究主题，希望能够构建适应我国

高中生的物理建模能力结构。本研究主要从以下几个方面开展工作：首先，系统梳理物

理建模能力相关文献，以建模能力结构、建模能力评价、培养学生建模能力的教学、以

及建模教学与信息技术的结合四个角度对当前已有的国内外相关研究进行综述，积累关

于研究主题的理论知识，为后续研究奠定扎实的文献基础；其次界定了本研究涉及的四

个核心概念，分别是模型、物理模型、建模能力以及物理建模能力，确定了将

Papeavripidou和Nicolaou的基于建模的能力框架（MLF）、D.Hestenes的建模循环教学

理论以及Halloun的建模过程理论作为研究的理论基础。再次，使用扎根理论研究方法

构建高中生物理建模能力结构，分别选取中英文建模能力研究相关文献进行编码，基于

中（英）文编码结果分别构建两种高中生物理建模能力结构，随后对两种结构进行比较

分析得出初步的高中生物理建模能力结构，最后结合两轮专家咨询中专家提出的建议确

定最终的适应我国物理教学实际的高中生物理建模能力结构体系，包括3个一级能力维

I

度：建模元知识、建模实践能力、以及非认知因素；9个二级能力维度：建模过程的元

认知知识、元建模知识、模型建立、模型比较、模型修正、模型应用、模型拓展、建模

兴趣以及科学态度与责任；12个具体能力要素：模型本质、模型目的、已有知识和经验、

模型思维、模型理想化、模型表征、模型选择、模型评价、模型验证、模型迁移、模型

解释以及模型预测，期望能够对我国建模教学的发展有一定的借鉴意义。

关键词：高中学生，物理建模能力，扎根理论研究

II

Researchontheconstructionofseniorhighschoolstudents

physicalmodelingabilitystructure

Abstract

Thefoundationfortherapiddevelopmentofscienceandtechnologyisthecultivationof

high-levelscientificandtechnologicaltalents,whichalsoreliesonscientificeducation.After

enteringthenewcentury,countriesaroundtheworldhaveshiftedthefocusofscience

educationfromcultivatingscientificinquiryabilitiestocultivatingstudentsscientific

practicalabilities,allowingthemtotrulyparticipateinscientificpracticeandexperiencethe

process