物理實驗教學(xué)中“協(xié)作探究型合作學(xué)習(xí)模式”初探

張新華

(浙江省天臺中學(xué) 浙江 臺州 317200)

隨著新課程改革的深入，物理實驗教學(xué)得到飛快發(fā)展.實驗教學(xué)由過去的封閉型向開放型轉(zhuǎn)變，由驗證式向探究式轉(zhuǎn)變.新的實驗教學(xué)模式對教師提出更高的要求.實驗教學(xué)在全面提高學(xué)生素質(zhì)中的地位更加突出，它既能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，還能提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[1].但是有些學(xué)生甚至有些教師對實驗的輕視卻與素質(zhì)教育背道而馳，重理論、輕實驗的舊式教育思想已經(jīng)嚴重制約了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).反思過去的實驗教學(xué)，高中物理教師應(yīng)該進行怎樣的實驗教學(xué)呢？筆者結(jié)合實驗教學(xué)實踐，構(gòu)建了“協(xié)作探究型合作學(xué)習(xí)模式” 的實驗教學(xué)模式，供讀者參考.

1 “協(xié)作探究型合作學(xué)習(xí)模式” 實驗教學(xué)的提出

探究學(xué)習(xí)打破了學(xué)科本位思想，注重體驗科學(xué)研究過程，了解科學(xué)研究方法，強調(diào)在探究過程中繼續(xù)學(xué)習(xí)基本的知識與技能，過程與結(jié)果并重.此外，探究學(xué)習(xí)還注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，實施情感和態(tài)度教育.該模式由協(xié)作型合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)整合而成，適用于現(xiàn)在所提倡的探究教學(xué).

協(xié)作探究型合作模式一般用于具有一定難度和綜合性或貼近生活實際的問題.這些問題往往易于激發(fā)學(xué)生的探究興趣.例如，通過對不倒翁等玩具的觀察、分析，探究影響物體穩(wěn)度的因素；探究單擺的周期公式等.所需時間可以是一節(jié)課中的某一片段，也可能是從布置任務(wù)到形成結(jié)論的幾天時間，具體視任務(wù)的難度而定.

小組的學(xué)習(xí)資源可以來自教師，但更主要的是來自于學(xué)生的知識、經(jīng)驗或自行搜集的一些材料.組內(nèi)學(xué)生之間、師生之間可以通過交換使學(xué)習(xí)資源共享，這種共享也可以擴展到小組之間.

協(xié)作探究型合作學(xué)習(xí)，對學(xué)生的復(fù)雜任務(wù)分工和成果匯總歸納的能力提出了更高要求，即要求學(xué)生能將自己提出的假設(shè)匯總、分類；制定合作研究方案；合理分工；完成實驗數(shù)據(jù)或資料的收集；匯總實驗結(jié)果并分析，得出結(jié)論.在情感和態(tài)度上則要求學(xué)生能夠彼此尊重，互相理解，正確對待不同意見；具有熱情、自信、謙虛、謹慎、精益求精的科學(xué)態(tài)度和客觀公正、尊重事實、敢于創(chuàng)新、堅持真理、修正錯誤的科學(xué)精神.

2 “協(xié)作探究型合作學(xué)習(xí)模式”教學(xué)的內(nèi)涵

該模式的教學(xué)流程如圖1所示.

圖1 教學(xué)流程

對教學(xué)流程說明有以下幾點：(1)課題一般由教師提出，或是教師設(shè)置情境引導(dǎo)學(xué)生提出；(2)前兩個環(huán)節(jié)一般在一節(jié)課內(nèi)完成，而報告或設(shè)計則可以在課外完成；(3)成果的展現(xiàn)可以用小組匯報并進行答辯的方式，也可以通過班級學(xué)習(xí)園地等集中呈現(xiàn)；(4)較復(fù)雜的任務(wù)可以分階段進行，即完成提出課題、指定計劃和任務(wù)的初步探究后，先得出中期成果，然后制定下一步計劃，完成難度更高的探究.

下面通過案例探討這種模式的教學(xué).

案例：“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的課堂教學(xué)[2]

(1)課題背景

教師演示“玩彈弓”，學(xué)生的興趣一下子被調(diào)動起來，課堂氣氛十分濃烈.引導(dǎo)學(xué)生思考，橡皮筋伸長，產(chǎn)生彈力，在恢復(fù)原狀的過程中，對小石子做了功；另一方面，小石子離開彈弓獲得速度.請猜想小石子離開彈弓的速度與哪些因素有關(guān)？(讓學(xué)生根據(jù)已有的生活經(jīng)驗，小組討論，給出盡量多的答案，如橡皮筋的拉長量、勁度系數(shù)、小石子的質(zhì)量、空氣阻力……)

概括學(xué)生的回答，提出本節(jié)課的課題——探究功與物體速度變化的關(guān)系.

進一步提問：如何測定橡皮筋恢復(fù)原狀過程對小石子做的功？(對本課難點，讓學(xué)生在思考、討論中解決難點，初步形成實驗方案)橡皮筋的彈力是變力,變力做功很難計算,若將若干條規(guī)格相同的橡皮筋并聯(lián),每次拉伸相同的長度,易得到倍數(shù)的功.

(2)合作學(xué)習(xí)教學(xué)片段

1)實驗方案的確定

讓學(xué)生相互討論，逐步形成課本的設(shè)計方案，并指出實驗器材有：長木板(有墊木),小車,電火花打點計時器,紙帶若干,橡皮筋若干……

2)分組實驗

四人一組進行實驗，操作中注意以下問題.

a.小車在木板上運動時會受到阻力，可以采用什么方法進行補償？

b.紙帶上的點距并不均勻，應(yīng)該采用哪些點距計算小車的速度？為什么？

c.根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，怎樣預(yù)測功與速度的關(guān)系？用圖像法研究功與速度的關(guān)系時怎樣使研究過程簡便直觀？

(新課程標(biāo)準(zhǔn)不再強調(diào)實驗的具體操作步驟，關(guān)注實驗的注意事項)

在實驗期間，教師巡視指導(dǎo)，個別問題個別指導(dǎo)；共同問題集體指導(dǎo).

3)成果交流與評價

指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗數(shù)據(jù)表格，并投影部分學(xué)生設(shè)計的表格，讓學(xué)生評價各自的優(yōu)點和缺點.

表1 某組學(xué)生設(shè)計的實驗數(shù)據(jù)表

通過對表1中力做的功W和小車獲得的速度v間的關(guān)系進行討論，只能得到“力做功越多，小車獲得的速度越大”的結(jié)論.

若作出功-速度曲線，如圖2,可更直觀地反映出它們的關(guān)系.

圖2 功與速度的關(guān)系曲線

教師強調(diào)作圖的注意事項：坐標(biāo)軸的選?。槐壤倪x定；畫圖時用平滑的曲線連接等.

由于W和v的關(guān)系圖線不是一條直線，表明橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度關(guān)系不是正比例關(guān)系.由圖線判斷它們到底是什么關(guān)系(由數(shù)學(xué)知識知：W是v的冪函數(shù)).

猜測可能是W∝v2,W∝v3，…有兩種方法驗證猜測，一是可以計算出相對應(yīng)的速度值，判斷與哪一種更接近；二是作出W-v2圖線，W-v3圖線,……(方便又直觀).

表2 某組學(xué)生修改后的實驗數(shù)據(jù)表

教師投影展示某組學(xué)生設(shè)計的實驗數(shù)據(jù)表格，如表2所示,在表1的基礎(chǔ)上添加了一列速度的平方；展示學(xué)生作出的功-速度平方曲線，如圖3.

(讓學(xué)生表述：力對物體做功與物體速度平方的變化成正比)

圖3

4)歸納與拓展

歸納“探究力對物體做功和速度變化的關(guān)系”的實驗方案.

由上面分析,可組合得到四種實驗方案:“橡皮筋法+打點記時器”,“橡皮筋法+光電門”,“重力法+打點記時器”,“重力法+光電門”.

(引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)，互相補充完善)

拓展：借助Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理，如圖4.

圖4 借助Excel作圖驗證猜測

(課本第18頁“做一做”，激發(fā)學(xué)生強烈的求知欲望，有效地將課內(nèi)延伸到課外.)

(3)課后體會

本案例是一個合作學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)設(shè)計，其中貫穿了學(xué)生自主構(gòu)建知識這一主線，抓住了合作學(xué)習(xí)的本質(zhì)和核心，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性.

3 實施“協(xié)作探究型合作學(xué)習(xí)模式”教學(xué)的反思

協(xié)作探究型合作模式中學(xué)生的交流面廣，每個學(xué)生不僅可以與多個學(xué)生進行交流互動，還可以與教師交流互動.教師作為學(xué)生合作探究、共同學(xué)習(xí)的伙伴，而不是指導(dǎo)者.教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間通過討論，發(fā)表見解.學(xué)生的合作形式更加多樣化，除了討論、辯論以外，還有制定計劃、進行實驗、收集和分析數(shù)據(jù)等.分工更加細致，學(xué)生之間的關(guān)系更趨平等.這種小組之間的平等、多樣化的交流合作能使學(xué)生之間互相影響，彼此激勵，為之提供構(gòu)建新知識，或構(gòu)建對知識的深層次理解的機會.

在實行該模式的教學(xué)時，學(xué)生可能會在探究中出現(xiàn)一些問題，若教師對此意想不到或準(zhǔn)備不足，將會為課堂教學(xué)和管理帶來麻煩.而在學(xué)生遇到困難時教師該不該介入，何時介入，介入到什么程度，也是教學(xué)中難以處理的問題.在教學(xué)的評價上，由于學(xué)生的學(xué)習(xí)成果是以小組成果形式呈現(xiàn)，教師將很難對組內(nèi)的每個人作出正確的評價.這些問題還有待于我們在教學(xué)中積累經(jīng)驗，進一步探討解決的方法.

參考文獻

1 蔡鐵權(quán).物理教學(xué)叢論——基礎(chǔ)教育課程改革視野下的中學(xué)物理教學(xué).北京：科學(xué)出版社, 2006

2 張新華.“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的教學(xué)設(shè)計——一堂市高中物理新課程示范課實錄.物理教學(xué)探討，2008(4)