物理实验教学中“协作探究型合作学习模式”初探

张新华

(浙江省天台中学 浙江 台州 317200)

随着新课程改革的深入，物理实验教学得到飞快发展.实验教学由过去的封闭型向开放型转变，由验证式向探究式转变.新的实验教学模式对教师提出更高的要求.实验教学在全面提高学生素质中的地位更加突出，它既能激发学生学习兴趣，又能培养学生的创新能力，还能提高学生的科学素养[1].但是有些学生甚至有些教师对实验的轻视却与素质教育背道而驰，重理论、轻实验的旧式教育思想已经严重制约了对学生创新能力的培养.反思过去的实验教学，高中物理教师应该进行怎样的实验教学呢？笔者结合实验教学实践，构建了“协作探究型合作学习模式” 的实验教学模式，供读者参考.

1 “协作探究型合作学习模式” 实验教学的提出

探究学习打破了学科本位思想，注重体验科学研究过程，了解科学研究方法，强调在探究过程中继续学习基本的知识与技能，过程与结果并重.此外，探究学习还注重培养学生的创新意识，实施情感和态度教育.该模式由协作型合作学习和探究学习整合而成，适用于现在所提倡的探究教学.

协作探究型合作模式一般用于具有一定难度和综合性或贴近生活实际的问题.这些问题往往易于激发学生的探究兴趣.例如，通过对不倒翁等玩具的观察、分析，探究影响物体稳度的因素；探究单摆的周期公式等.所需时间可以是一节课中的某一片段，也可能是从布置任务到形成结论的几天时间，具体视任务的难度而定.

小组的学习资源可以来自教师，但更主要的是来自于学生的知识、经验或自行搜集的一些材料.组内学生之间、师生之间可以通过交换使学习资源共享，这种共享也可以扩展到小组之间.

协作探究型合作学习，对学生的复杂任务分工和成果汇总归纳的能力提出了更高要求，即要求学生能将自己提出的假设汇总、分类；制定合作研究方案；合理分工；完成实验数据或资料的收集；汇总实验结果并分析，得出结论.在情感和态度上则要求学生能够彼此尊重，互相理解，正确对待不同意见；具有热情、自信、谦虚、谨慎、精益求精的科学态度和客观公正、尊重事实、敢于创新、坚持真理、修正错误的科学精神.

2 “协作探究型合作学习模式”教学的内涵

该模式的教学流程如图1所示.

图1 教学流程

对教学流程说明有以下几点：(1)课题一般由教师提出，或是教师设置情境引导学生提出；(2)前两个环节一般在一节课内完成，而报告或设计则可以在课外完成；(3)成果的展现可以用小组汇报并进行答辩的方式，也可以通过班级学习园地等集中呈现；(4)较复杂的任务可以分阶段进行，即完成提出课题、指定计划和任务的初步探究后，先得出中期成果，然后制定下一步计划，完成难度更高的探究.

下面通过案例探讨这种模式的教学.

案例：“探究功与物体速度变化的关系”的课堂教学[2]

(1)课题背景

教师演示“玩弹弓”，学生的兴趣一下子被调动起来，课堂气氛十分浓烈.引导学生思考，橡皮筋伸长，产生弹力，在恢复原状的过程中，对小石子做了功；另一方面，小石子离开弹弓获得速度.请猜想小石子离开弹弓的速度与哪些因素有关？(让学生根据已有的生活经验，小组讨论，给出尽量多的答案，如橡皮筋的拉长量、劲度系数、小石子的质量、空气阻力……)

概括学生的回答，提出本节课的课题——探究功与物体速度变化的关系.

进一步提问：如何测定橡皮筋恢复原状过程对小石子做的功？(对本课难点，让学生在思考、讨论中解决难点，初步形成实验方案)橡皮筋的弹力是变力,变力做功很难计算,若将若干条规格相同的橡皮筋并联,每次拉伸相同的长度,易得到倍数的功.

(2)合作学习教学片段

1)实验方案的确定

让学生相互讨论，逐步形成课本的设计方案，并指出实验器材有：长木板(有垫木),小车,电火花打点计时器,纸带若干,橡皮筋若干……

2)分组实验

四人一组进行实验，操作中注意以下问题.

a.小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？

b.纸带上的点距并不均匀，应该采用哪些点距计算小车的速度？为什么？

c.根据测出的数据，怎样预测功与速度的关系？用图像法研究功与速度的关系时怎样使研究过程简便直观？

(新课程标准不再强调实验的具体操作步骤，关注实验的注意事项)

在实验期间，教师巡视指导，个别问题个别指导；共同问题集体指导.

3)成果交流与评价

指导学生设计实验数据表格，并投影部分学生设计的表格，让学生评价各自的优点和缺点.

表1 某组学生设计的实验数据表

通过对表1中力做的功W和小车获得的速度v间的关系进行讨论，只能得到“力做功越多，小车获得的速度越大”的结论.

若作出功-速度曲线，如图2,可更直观地反映出它们的关系.

图2 功与速度的关系曲线

教师强调作图的注意事项：坐标轴的选取；比例的选定；画图时用平滑的曲线连接等.

由于W和v的关系图线不是一条直线，表明橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度关系不是正比例关系.由图线判断它们到底是什么关系(由数学知识知：W是v的幂函数).

猜测可能是W∝v2,W∝v3，…有两种方法验证猜测，一是可以计算出相对应的速度值，判断与哪一种更接近；二是作出W-v2图线，W-v3图线,……(方便又直观).

表2 某组学生修改后的实验数据表

教师投影展示某组学生设计的实验数据表格，如表2所示,在表1的基础上添加了一列速度的平方；展示学生作出的功-速度平方曲线，如图3.

(让学生表述：力对物体做功与物体速度平方的变化成正比)

图3

4)归纳与拓展

归纳“探究力对物体做功和速度变化的关系”的实验方案.

由上面分析,可组合得到四种实验方案:“橡皮筋法+打点记时器”,“橡皮筋法+光电门”,“重力法+打点记时器”,“重力法+光电门”.

(引导学生总结，互相补充完善)

拓展：借助Excel软件进行数据处理，如图4.

图4 借助Excel作图验证猜测

(课本第18页“做一做”，激发学生强烈的求知欲望，有效地将课内延伸到课外.)

(3)课后体会

本案例是一个合作学习的课堂教学设计，其中贯穿了学生自主构建知识这一主线，抓住了合作学习的本质和核心，充分调动了学生学习的主动性.

3 实施“协作探究型合作学习模式”教学的反思

协作探究型合作模式中学生的交流面广，每个学生不仅可以与多个学生进行交流互动，还可以与教师交流互动.教师作为学生合作探究、共同学习的伙伴，而不是指导者.教师与学生、学生与学生之间通过讨论，发表见解.学生的合作形式更加多样化，除了讨论、辩论以外，还有制定计划、进行实验、收集和分析数据等.分工更加细致，学生之间的关系更趋平等.这种小组之间的平等、多样化的交流合作能使学生之间互相影响，彼此激励，为之提供构建新知识，或构建对知识的深层次理解的机会.

在实行该模式的教学时，学生可能会在探究中出现一些问题，若教师对此意想不到或准备不足，将会为课堂教学和管理带来麻烦.而在学生遇到困难时教师该不该介入，何时介入，介入到什么程度，也是教学中难以处理的问题.在教学的评价上，由于学生的学习成果是以小组成果形式呈现，教师将很难对组内的每个人作出正确的评价.这些问题还有待于我们在教学中积累经验，进一步探讨解决的方法.

参考文献

1 蔡铁权.物理教学丛论——基础教育课程改革视野下的中学物理教学.北京：科学出版社, 2006

2 张新华.“探究功与物体速度变化的关系”的教学设计——一堂市高中物理新课程示范课实录.物理教学探讨，2008(4)