卡干結(jié)構(gòu)法在高中物理線上小組合作學(xué)習(xí)中的應(yīng)用*—以“萬有引力理論的成就”教學(xué)為例

譚海蘭

（廣東省湛江二中港城中學(xué)，廣東湛江 524002）

一、問題的提出

線上教學(xué)泛指利用互聯(lián)網(wǎng)各種平臺進(jìn)行的教學(xué)活動。線上教學(xué)本來是學(xué)校教學(xué)的一種補充。但2020年初，一場特殊的新冠疫情，使全國中小學(xué)生沒能按時返校，教育部提出了“停課不停學(xué)”的口號，線上教學(xué)在全國轟轟烈烈開展起來。高中線上教學(xué)的形式一般有直播+線上答疑和微課+線上答疑兩種，大多數(shù)要求授課時間不超過二十分鐘，時間緊，任務(wù)重，教學(xué)效果很關(guān)鍵。線上教學(xué)與線下教學(xué)最大的區(qū)別就是師生的空間分離，有時甚至是時間的分離，例如觀看微課自學(xué)[1]。由此在線上教學(xué)過程中，出現(xiàn)了兩個突出問題，極大影響了教學(xué)的效果。一是師生互動減少，教師不容易及時把握學(xué)情和調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，學(xué)生由于單純聽講時間居多，容易精神渙散。二是課堂管理困難，教師無法看到學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，自制力不強的學(xué)生容易脫離課堂，教學(xué)效果無法保障。

在線下教學(xué)中，合作學(xué)習(xí)是有效促進(jìn)師生互動、生生互動的教學(xué)形式，那么在線上教學(xué)中，合作學(xué)習(xí)是否仍能夠發(fā)揮其作用呢？學(xué)生不能面對面，如何進(jìn)行合作學(xué)習(xí)呢？筆者利用互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺和軟件的功能，進(jìn)行了基于卡干結(jié)構(gòu)法合作學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計和實踐探索，以期找到突破線上教學(xué)瓶頸的方法，有效改善高中物理課堂線上教學(xué)效果。

二、基于卡干結(jié)構(gòu)法的線上小組合作學(xué)習(xí)策略

（一）卡干結(jié)構(gòu)法

合作學(xué)習(xí)就是大家通過共同工作來促進(jìn)自己和他人學(xué)習(xí)效果最大化的一種教學(xué)方式。目前，在世界范圍內(nèi)最流行的合作學(xué)習(xí)就是美國加州大學(xué)的卡干博士創(chuàng)立的卡干合作學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)法?？ǜ商岢隽酥墓剑航Y(jié)構(gòu)+內(nèi)容=活動。即教師只要將特定的教學(xué)內(nèi)容鑲嵌到合作學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)中去，就能有效開展合作學(xué)習(xí)。有效的合作學(xué)習(xí)必須滿足四個要素（PIES），即積極互賴（positive interdependence）、責(zé)任到人（individual accountability）、公平參與（equal participation）和同時互動（simultaneous interaction）[2]?？ǜ赡壳耙呀?jīng)開發(fā)出兩百多種結(jié)構(gòu)，其中比較經(jīng)典的如配對交流、兩人輪流說、四人輪流說、切塊拼接等三十多種結(jié)構(gòu)，已經(jīng)被筆者團(tuán)隊熟練應(yīng)用于物理教學(xué)中。但是面對線上教學(xué)過程中學(xué)生不能面對面交流這個困難，必須要稍作改進(jìn)才能加以應(yīng)用。

（二）卡干結(jié)構(gòu)法應(yīng)用于線上小組合作學(xué)習(xí)的改進(jìn)

線上教學(xué)中，為了管理方便，可建立4人小組。由此四人輪流說就是比較合適的合作方法。四人輪流說的步驟是：第一步，小組每位成員單獨完成教師布置的任務(wù)；第二步，學(xué)生在組內(nèi)輪流發(fā)言，分享自己的想法、觀點或者答案，其他人認(rèn)真傾聽；第三步，教師隨意抽查一位同學(xué)分享自己小組達(dá)成一致的觀點或者答案，不能達(dá)成一致的，也要提出與全班同學(xué)共同分享；第四步，教師根據(jù)展示情況以及觀察小組的交流過程評價小組的合作[3]。四人輪流說步驟簡單、清晰，但也充分體現(xiàn)了小組責(zé)任到人，組員公平參與的合作學(xué)習(xí)要素。由于小組每位同學(xué)都必須發(fā)言，保證了人人參與，使得生生互動更為充分，課堂管理問題也迎刃而解。線上教學(xué)由于空間問題，小組討論必須借助網(wǎng)絡(luò)平臺或者軟件進(jìn)行交流，各種軟件的語音和文字交互功能，簡便的拍照上傳功能，能很好地解決學(xué)生在發(fā)言時輸入的效率問題，文字、圖片同時展示，學(xué)生可以反復(fù)翻閱，慢慢閱讀，更好地“聽懂”組員的觀點和想法，教師也可以根據(jù)聊天記錄，評估各組員的參與情況，進(jìn)行小組評價。

三、線上小組合作學(xué)習(xí)策略的設(shè)計與實施

在疫情期間，學(xué)校利用釘釘平臺進(jìn)行線上教學(xué)，筆者以人教版高中物理必修二第六章第四節(jié)“萬有引力理論的成就”一節(jié)課為例，應(yīng)用四人輪流說結(jié)構(gòu)法，嘗試進(jìn)行了基于卡干結(jié)構(gòu)法的線上合作學(xué)習(xí)教學(xué)實踐。

（一）線上小組合作學(xué)習(xí)的設(shè)計

1.確定教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》[4]要求，分析物理核心素養(yǎng)如何在本節(jié)課落實，確定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，如下表。

基于核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)分析

2.確定合作學(xué)習(xí)任務(wù)及方法

（1）合作任務(wù)：如何測量地球的質(zhì)量。四人為一組，利用地球上的物體、月球、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生利用卡甘結(jié)構(gòu)法進(jìn)行合作，從不同角度計算地球的質(zhì)量。

（2）合作方法：四人輪流說。

（3）學(xué)習(xí)材料：根據(jù)以下已知條件，計算地球的質(zhì)量①設(shè)地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R=6400km。②月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期為T=2.36×106s，月球中心到地球中心的距離為r=3.8×108m，地球半徑R=6400km。③地球的人造衛(wèi)星中有一種叫近地衛(wèi)星，它的軌道在地球表面附近（可認(rèn)為其軌道半徑近似等于地球半徑），近地衛(wèi)星的運行速度為v=7.9×103m/s，地球半徑R=6400km。④地球的人造衛(wèi)星中有一種叫地球同步衛(wèi)星，它的運行軌道為位于地球赤道平面上的圓形軌道，距離地面的高度約為36000km，周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同。地球半徑R=6400km。

（4）設(shè)計說明：在平時的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，如果采用教師講授和引導(dǎo)的方式，先介紹測量地球質(zhì)量的兩個思路，再進(jìn)行一般公式推導(dǎo)，由于公式和符號眾多，又不涉及具體數(shù)值的運算，學(xué)生經(jīng)常云里霧里，不知所措。因此反過來采用個別到一般的歸納法，選取學(xué)生熟悉的地球和人造衛(wèi)星為載體，創(chuàng)設(shè)不同情境和條件進(jìn)行設(shè)問。由于情境眾多，時間有限，因此采用小組合作的方法提高效率。通過充分交流，符號和數(shù)值運算后，小組每位同學(xué)都掌握四種情境下計算地球質(zhì)量的思路，并同時都算出了地球的質(zhì)量，進(jìn)行對比，更有說服力。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生尋找共同點，四種情境實際可以歸結(jié)為兩個模型，即地球表面模型和衛(wèi)星環(huán)繞模型，最后由地球推廣到其它天體。將模型的應(yīng)用情境轉(zhuǎn)化為建立模型的載體，以后學(xué)生再應(yīng)用的時候，情境的再現(xiàn)容易幫助他們找到思路。

（二）實施過程

1.教學(xué)準(zhǔn)備

教師把合作材料提前一天發(fā)給學(xué)生打印出來或者手抄在練習(xí)本上，分好的四人異質(zhì)小組提前建立釘釘小組群，并邀請老師進(jìn)群。以組號為群名，每位同學(xué)實名備注，標(biāo)明組內(nèi)的編號1、2、3、4。每位同學(xué)都準(zhǔn)備好可拍照的手機。

2.課堂教學(xué)

（1）引入新課。教師用釘釘直播授課。利用嫦娥衛(wèi)星和熱門科幻電影《流浪地球》進(jìn)行引入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。提出問題：“卡文迪許號稱稱量了地球重量（質(zhì)量）的人，他做了什么？我們能不能呢？”設(shè)疑引起學(xué)生的興趣。

（2）小組合作。教師提出本節(jié)課的合作任務(wù)：用各種不同方法測地球的質(zhì)量。教師簡單交待合作步驟后，結(jié)束直播。學(xué)生開始進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，合作過程如下：

第一步：獨立完成。小組成員單獨完成和自己編號對應(yīng)的任務(wù)，時間4分鐘。由于班級學(xué)生基礎(chǔ)差異大，基礎(chǔ)好的同學(xué)完成了自己編號任務(wù)后，要繼續(xù)思考其它編號任務(wù)，基礎(chǔ)差的同學(xué)，可以允許其求助其他同學(xué)或者網(wǎng)絡(luò)，努力理解和完成自己的任務(wù)。

第二步：合作交流。學(xué)生進(jìn)入自己的小組群，從1號同學(xué)開始，輪流講述自己承擔(dān)的任務(wù)，可先將求解過程拍照上傳，其他同學(xué)先看，提出自己的疑問，由主講同學(xué)回答，可通過語音轉(zhuǎn)換文字功能，將問題和解答都顯示出來，方便小組所有同學(xué)同時查看。如遇到公式不方便查看的，可寫在紙上拍照上傳，輪流說最終以輪流寫的形式呈現(xiàn)，時間約8分鐘。教師強調(diào)每位同學(xué)都要認(rèn)真“傾聽”別人的匯報，弄懂其它三個編號的任務(wù)。因為在后面的展示中，是隨機抽查，每一個任務(wù)都有可能被要求展示。在這個過程中，教師可以隨機進(jìn)入某些小組群進(jìn)行查看，了解小組合作的情況，以及學(xué)生對知識的掌握情況，及時加以輔導(dǎo)。教師截取一些小組的結(jié)果，將出現(xiàn)的問題保存到自己的電腦，方便后續(xù)的展示。

第三步：抽查展示。教師在班級群重新發(fā)起直播，展示截取的某個小組的結(jié)果，采用連麥功能，抽取這個小組的任意一位同學(xué)解說自己小組的合作成果，時間約3分鐘。

（3）教師總結(jié)。重點分析存在問題。引導(dǎo)學(xué)生將四種方法歸結(jié)為兩種模型，并且將方法推廣到求太陽和其它天體的質(zhì)量。

（4）課后延伸。閱讀課本以及網(wǎng)絡(luò)上查找資料，了解一下天王星和冥王星是如何被發(fā)現(xiàn)的。在下一節(jié)課上課時，抽查同學(xué)向全班匯報。

3.當(dāng)堂檢測

由于新課授課只有20分鐘，檢測放在授課后的線上答疑時間。為防止學(xué)生能直接從網(wǎng)上搜到答案，采用問卷星進(jìn)行檢測，充分利用其防作弊功能。為方便快速統(tǒng)計測試結(jié)果，檢測題全部為選擇題，答題時間設(shè)置為10分鐘。

四、效果和反思

（一）效果

1.合作學(xué)習(xí)解決了線上教學(xué)中因空間分離造成的互動減少的問題

課堂活動是學(xué)生與學(xué)習(xí)材料的互動、學(xué)生與教師的互動、學(xué)生與學(xué)生的互動的有機組合。線上教學(xué)中，后面兩種互動由于空間的原因，受影響很大。線上教學(xué)大部分科目主要是采用直播方式進(jìn)行，教師一講到底，學(xué)生只能被動聽講，只有少數(shù)人得到連麥發(fā)言的機會，生生之間的交流更是幾乎全部切斷。一天下來，學(xué)生精神渙散，學(xué)習(xí)興致不高?？吹秸n堂學(xué)生的回復(fù)總是寥寥無幾，大多數(shù)情況下都是幾個熟悉面孔，教師只能干著急。而合作學(xué)習(xí)的方式能給予所有學(xué)生與他人交流的機會，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情明顯更為高漲。由于各小組的合作活動是同時開展的，所以同一時間內(nèi)，至少有四分之一的同學(xué)在說，合作的時間里四人輪流發(fā)言，每個人都有說的機會，有說的義務(wù)。教師參與到若干小組討論里，也增加了師生交流的機會。

2.借助教育技術(shù)的合作學(xué)習(xí)能有效改善線上教學(xué)中的課堂管理困難問題

由于合作學(xué)習(xí)大部分時間都是以小組為單位的合作活動，教師可以將管理的權(quán)利下放給小組長。培訓(xùn)好小組長，做好小組建設(shè)，利用好小組的評價功能，就可以解決教師一人面對幾十人，并且看不見的管理困境。之前講授式的直播課堂，通過平臺的數(shù)據(jù)可以看到約有8—9人是經(jīng)常觀看時間不夠的，課堂隨機點名或抽問，也顯示相當(dāng)一部分同學(xué)僅僅是在線，并沒有認(rèn)真聽課和積極參與課堂?？ǜ山Y(jié)構(gòu)法要求責(zé)任到人，公平參與，人人成功小組才能成功，這使得每個人都必須參與其中。教師及時翻看每個小組的聊天記錄，讓小組長做好發(fā)言和參與次數(shù)的統(tǒng)計，課后及時匯報給老師，這樣每個學(xué)生參與學(xué)習(xí)的動態(tài)都一清二楚，所以上課時大部分同學(xué)都不敢偷懶，哪怕自己不懂，也要想方設(shè)法找到答案，或者聽別人說，游離于課堂之外的學(xué)生大大減少。

3.合作學(xué)習(xí)能提升線上教學(xué)的效果

由于在課堂上學(xué)生參與的人數(shù)和時間都大大增加，教學(xué)效果的提升是毋容置疑的，提升的程度還取決教師的合作學(xué)習(xí)設(shè)計和課堂操作，以及學(xué)生的基礎(chǔ)等。本班是一個市級普通中學(xué)的普通班級，大部分學(xué)生的基礎(chǔ)都很薄弱。本節(jié)課，學(xué)生在課堂的有效參與達(dá)到70%以上，課后的測試顯示60%左右學(xué)生對本節(jié)課知識掌握得較好。而平時的講授式直播課中，學(xué)生的課堂回復(fù)率不到30%，能當(dāng)堂掌握知識的人數(shù)不到20%。所以效果還是明顯的。合作學(xué)習(xí)還可以延伸到課后，小組可以對落后同學(xué)進(jìn)行幫扶，只要教師在檢測中將小組人人達(dá)標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)，那么小組的每個人都不能置身事外，學(xué)習(xí)好的同學(xué)必須幫助學(xué)習(xí)差的同學(xué)達(dá)標(biāo)，學(xué)習(xí)差的同學(xué)必須憑借小組的幫助和自身的努力達(dá)標(biāo)。實踐表明，這種策略中，中等略偏下的同學(xué)進(jìn)步是最大的。

（二）反思

線上合作學(xué)習(xí)雖然能促進(jìn)生生交流，但與線下的面對面交流的便利相比，線上最大的困難仍然是交流上的不便。設(shè)備的切換，如由直播切換到小組群聊，需要耗費大量時間，語音、文字、圖片的輸入過程、學(xué)生查看過程等等也很耗時。所以在進(jìn)行線上合作學(xué)習(xí)設(shè)計和教學(xué)的時候要注意：一是合作學(xué)習(xí)任務(wù)不能過多，一次課一個即可，要抓住核心內(nèi)容進(jìn)行合作；二是合作的任務(wù)最好是便于學(xué)生用網(wǎng)絡(luò)交流的；三是在小組交流時，可充分利用教育技術(shù)的優(yōu)勢，考慮多種交流方式。如紙筆的展示，即寫在紙上，拍照上傳，由輪流說變成輪流寫?；蛘呖梢栽谛〗M內(nèi)輪流發(fā)起直播，或者利用釘釘群的視頻會議，實現(xiàn)大家同時交流的目的。

合作學(xué)習(xí)需要用手機上課，并且保證網(wǎng)絡(luò)通暢，這是一個挑戰(zhàn)。另外，由于重點知識的學(xué)習(xí)是在小組合作過程中完成的，學(xué)生沒辦法通過回看功能反復(fù)觀看，損失了一種學(xué)習(xí)的資源，所以對于重難點知識，建議教師通過錄制或下載現(xiàn)成微課方式，在課后提供給有需要的學(xué)生，作為一種補充。

五、結(jié)語

線上教學(xué)是教學(xué)發(fā)展的趨勢之一，絕不會隨著新冠疫情的“遠(yuǎn)去”而逐步消失在高中教師和學(xué)生的視野。隨著社會的進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺和工具軟件的成熟，線上教學(xué)的優(yōu)勢和價值更加突出。線上線下教學(xué)的深度融合，必將是教育發(fā)展的趨勢。所以，教師研究線上教學(xué)的模式變革，改變教學(xué)觀念，轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，仍然非常必要。實踐證明，小組合作學(xué)習(xí)，以及各種以學(xué)生為主體的教學(xué)方式，無論是在線上還是線下教學(xué)，都是有效提升教學(xué)效果的重要方式。