前言

在科学技术蓬勃发展，国际竞争日趋激烈的今天，科学教育的重要性日益彰显。科学教育是公民科学素养和创新能力培养与发展的重要途径。在进入21世纪后，西方各国将科学教育培养的关注点从“科学探究”能力转向“科学实践”能力，科学实践成为实现“学生学习真正科学”的关键。美国《K-12框架》将科学实践分为包括科学建模在内的八项实践活动，但这八项科学实践的地位并不相同，其中科学建模是贯穿其他科学实践的核心，是最重要的科学实践。科学建模是自然科学各学科基体中普遍存在的基本元素，它既具有跨学科的共性，同时，又具有学科领域的独特性。而物理学作为自然科学其他子学科的基础，物理建模是科学建模中最重要、最能彰显科学建模特征的部分。物理建模能力已经被纳入我国物理学科核心素养指标体系，成为高中生物理核心素养中的关键能力。建模之于科学及科学教育的重要性被广泛地认同，但建模能力的重要性与目前学生建模能力的发展水平并不匹配。大量研究发现，中学生不具备对模型和建模本质的深层次的认知，更缺少用模和建模的能力，我国中学生物理建模能力水平亟待提高。培养学生物理建模能力就需要高质量的研究成果作为理论支持和实践指导。然而，我国教育界对物理建模能力的研究起步较晚，对物理建模能力的内涵尚未形成一致性的理解，尚未明晰物理建模能力的结构，对学生建模能力培养的实施路径缺乏深入的思考。总之，无论是从国家科技竞争力提升的外在环境驱动，还是科学教育范式转换的内在需要都要求培养学生的物理建模能力。培养学生物理建模能力的基础和前提就是要明晰物理建模能力的结构。因此，研究选定在物理学的特定学科视角下，考察建模能力的结构和学生建模能力的培养问题，该选题的研究对学生物理学科核心素养的培养与发展具有理论和实践意义。

研究围绕物理建模能力构成要素及物理建模能力培养对策展开研究，主要聚焦四个方面的问题：其一是通过分析和梳理前人的研究成果，界定物理建模能力的概念，并探寻研究的理论基础；其二是构建物理建模能力构成要素框架；其三是调查分析我国高中生物理建模能力培养现状；其四是在揭示物理建模能力培养问题及其成因的基础上，提出培养高中生物理建模能力的实践对策。

研究对物理建模能力概念的界定是个体具备一定的物理建模意识，能从实际物理问题中抽取出描述问题本质的核心要素及要素间的关系，进而构建物理模型来解释和预测现象的能力。根据智力二因素论和智力中的非智力因素理论，我们认为物理建模能力是一个认知能力和非认知能力统一的智能系统，它既包括非认知能力中能发挥原动力和惯性作用的因素，还包括个体参与科学实践活动所要求具备的共同的基础能力，以及指向物理建模实践活动的特殊能力，物理建模能力最终体现为个体建构物理模型并应用于问题解决的质量和水平。

主要从以下几个方面进行论述：第一章，主要阐述了研究背景、内容、方法、设计等，确定了在物理学的特定学科视角下，考察建模能力结构和学生建模能力培养的问题。第二章，从智力结构研究、建模能力结构模型研究、培养学生建模能力的教学研究、建模能力评价研究四个相关领域进行国内外相关研究综述。第三章，界定了本书的四个核心概念：模型、建模、物理建模、物理建模能力。明确了以智力二因素论和智力中的非智力因素理论、科学建模能力结构理论、物理建模循环教学理论、建模过程模式理论为研究的理论基础。第四章，运用扎根理论研究方法建构物理建模能力构成要素框架，并采用科学知识图谱方法检验该框架的信度。第五章，对高中生物理建模能力培养现状进行调查分析。以物理建模能力构成要素框架的三个类属为维度设计“高中生物理建模能力培养状况”的问卷，调查物理教师对高中生物理建模能力的培养情况。同时，基于物理建模能力构成要素框架分析我国现行科学课标和物理课标，揭示国家政策性文本对学生物理建模能力培养的影响和制约情况。第六章对高中生物理建模能力的结构探索与水平层次，以及测量工具的设计方面进行评价与研究。第七章，在参阅高中生智力发展特征和物理建模教学的大量研究成果基础上，依据问卷调查和课标分析的结果，剖析当前我国学校教育在培养学生“非认知因素”“基础能力因素”和“专项能力因素”方面存在的突出问题，并针对这些问题，提出学校教育培养学生物理建模能力的对策。第八章，对本书研究工作进行总结，包括研究结论、论文创新点和下一步的工作展望。