（一）物理学科素养的相关理论
1.物理学科素养的相关理论
《辞海》一书对能力的解释：能力是一种个性心理特征，决定活动的效率和掌握、运用知识的技能。斯滕伯格认为能力素养是一种动态的认知过程。冯忠良更坚信素养是一种个体经验，表现出对活动稳度的控制和调节作用。在教育教学中，学生应具备的能力可分为一般素养和特殊素养。一般素养是一种综合素养，它包含着各种素养的共同特点，反映了学生的基本素质。它适用于大多数学科，具有迁移性、宏观性、综合性、普遍性等特点，如记忆能力素养、问题解决能力素养、抽象思维、逻辑推理和交际能力素养。特殊素养是指学科的特殊素养，包括与学科或专业有关的理论知识和实践知识，以及与学科有关的专业技能。[3]
2.科学能力的结构
能力结构展现出能力内部各要素和组成部分，根据自身的发展形成的一种组织形式，由于各要素和组成部分的特殊性使得每个要素和组成部分间建立了相互依存、相互制约的关系。德国的技术和创新咨询委员会曾在报告中指出能力不仅仅是知识或经济学，能力应当是知识、经验和理解力的乘积。知识是形成能力的前提条件，经验是在解决问题过程中获得的行为习惯，判断是知识和经验的综合运用。通过分析可以得出能力是一个多层次的概念，是活动过程和结果的有机组合，由静态知识与技能、动态的科学认知、分析判断、思维多个部分组成。
3.物理学科素养的特点
经查阅相关文献发现，关于物理学科能力素养的普遍定义：学生为顺利开展物理学科的认知和问题解决活动所必需的稳定的心理调节机制。它的内涵是系统的、结构化的物理知识技能和核心活动体验图式，以调节学习行为的取向和执行。物理学科能力从属于学科能力，所以物理学科能力不但符合能力的基本要求，也具备物理学科的本质和特殊要求。
4.中学物理学科素养要素的逻辑分析
林崇德在论述学科素养的构建时分析，因为学科能力是一个系统，具有系统性，所以它是静态结构与动态结构的统一体。物理实验是物理学科的根基，学生要实现真正对物理学科中客观事实、基本概念、物理规律等知识的理解仅靠简单记忆是远远不够的。真正地理解要经过认真观察实验，获得基本的感性知识，然后经过复杂的抽象思维过程，关键时刻他们需要用数学进行推理和论证，学生只有完全经历以上三个环节才能称得上真正理解物理概念和规律。因此当学生在解决具体物理问题时，需要多个能力要素协同工作。各项能力的训练和培养过程贯穿在学生物理观察实验能力养成过程中。各种能力要素动静结合、相互配合是物理学科本质的具体体现。
（二）中学物理实验自制教具改进的相关理论
物理学是一门以实验为基础的学科，在新课程改革的大背景下，作为研究性学习的重要载体，物理实验已成为提高学生创新能力、培养创新人才的重要途径。中学物理实验自制教具的改进是一项非常复杂而艰巨的系统工程。教师要在物理实验自制教具实践领域扎下坚实的根基，必须要掌握相关的理论知识，明确中学物理实验自制教具的一般原则和方法，并循序渐进地按照理论进行。
1.实验的内涵
我国史料中对于实验一词的较早描述出自江南制造局出版发行的《物理学》“对某种理论或假设进行验证的活动就是实验”；《韦氏新国际词典》对实验的解释为：一种为了解释不知道的事物而实施的活动或过程；《现代汉语词典》对实验的定义：检验特定科学理论或假说而实施的特殊操作或参与的特定活动。通过以上的定义对比发现，在不同的学科和研究领域中，实验的定义和实验本身的意义也会随之改变。
2.自制教具的含义(www.xing528.com)
翻阅不同的文献发现，自制教具其实就是自己设计、自己加工的教具，它最显著的特点是简单、实用性强。因为制作者的不同，使得自制教具的服务对象也不同。在学校中，自制教具的制作者主要是教师和学生，功能是服务于课堂教学活动，帮助学生理解抽象的科学现象。因其取材于生活物品，自己动手就能制作，有很多地方也把自制教具称为无价教具或廉价教具。自制教具因制作者的教育理念、教育目的不同，体现出独有的特点。因为实践需要，制作者还可以随时对教具做进一步修改，所以自制教具地改进、创造也是制作者思维跳跃的一种表现。
3.自制教具改进的原则
通常学生在做物理实验的过程中更关注实验的结论。然而在中学教学课堂，开展物理实验活动的初衷，是帮助学生解决在课堂中遇到的实际物理问题；学生在动手操作实验器材进行实验的过程中，不仅仅提升了物理学科能力，还开阔了视野同时培养了同学间的合作交流能力。为了进一步挖掘学生创新的潜质，很多教师会鼓励学生在教学演示实验器材的基础上改进，这些小制作不仅是在课堂上的尝试，还可以作为课外实践活动课题：教材实验的改进与再造或开发全新实验等。然而为了让自制教具活动真正实现教师的初衷，在引导学生和自己开发自制教具时还要遵循一定的原则。
（1）指向性原则
指向性原则要求教具制作者在制作教具过程中目标要明确，是为突破教学中某个难点而做，要具有实用价值。
（2）视觉性原则
视觉性原则要求实验现象真实、明显符合学生现有的认知水平，有助于学生理解抽象难懂的物理规律。
（3）科学性原则
科学性原则要求在实验教具改进过程中要遵循科学的实验原理，经得起推敲。
（4）简单易行性原则
简单易行性原则体现出自制教具特有的好处，随处可得材料、随处可完成制作、不受外界环境影响。小实验说明大问题，激发学生学习兴趣。
现如今的教育模式可称之为百花齐放，但核心的目的都是相通的，促进学生自身充分发展、开拓学生的思维、引导学生创新、培养学生的核心素养、提高学生的素质，使我们的社会迸发更强的活力。本课题以培养学生物理学科能力为最终目标，充分发挥学生主人翁的学习主体作用，应尝试给学生提供开放、自主的学习环境，凭借中学物理实验教学这一载体，让教师真正成为学生学习的指导者。
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