运用合作学习方式进行物理概念教学

邵建新　刘敏

摘 要 在当前物理概念教学中，学生在概念学习前的准备明显不足，教师在概念教学中过多使用讲授法，课堂时间分配不合理，导致教学效果不佳，三维目标没有得到实现。本文以元认知理论、合作学习理论为依据，针对物理概念教学存在的突出问题，以“浮力”概念教学为例，将小组合作学习引入到概念教学中，提出了积极引导学生运用小组合作方式进行物理概念的学习，以切实提高物理概念教学的质量。

关键词 合作学习 概念教学 元认知理论 课前准备

随着新一轮基础教育课程改革的推进，学生在课堂教学过程中的主体地位已受到充分的重视。教师要根据学生身心发展的特点，采用科学的教学手段和方法，充分调动学生学习的积极性和主动性，培养学生掌握和运用知识的能力和态度，促进学生获得全面发展。中学物理作为科学教育的重要组成部分，是培养学生创新意识、实践能力以及形成科学的世界观和价值观的基础，也是学生认识世界所必需的科学素养。物理概念是客观事实的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物理事实的抽象[1]。物理概念的正确理解，是学生深入学习物理知识的敲门砖，也直接关系学生物理学习的成败，因此物理概念教学是物理课堂教学的基础和关键。

一、物理概念教学存在的突出问题

1.教师在课堂教学中存在的突出问题

（1）概念教学中讲授法被视作“捷径”

大多数教师已经逐步意识到学生已有的经验和认知结构对概念教学的重要性，但知识本位的思想在概念教学中仍居主导地位。许多教师认为，要使学生学好物理概念，领会物理概念中的精髓，最便捷有效的方法就是讲授法。但凡事不能一概而论，特别是对于抽象的物理概念，一味的讲解并不能达到很好的效果。如电学部分，在讲解电路时，很多教师为了让学生更好地理解电压、电流、电阻、并联电路以及串联电路，往往将电流比作水流，以期达到抽象概念具体化。但“水流”的名词解释为水的流动或流动的水，而在初中课本中，“电流”是由于电荷的定向移动形成的；在高中课本中，“单位时间内通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称‘电流”。“水流”是口语化的词汇，并非物理概念，而“电流”则具有科学精确的定义，二者具有质的差异，不能机械地将电流比作水流。这种讲解在一定程度上帮助了学生对串、并联电路的理解，但同时也容易使学生混淆电流和水流的区别。理解上存在偏差必定会增加后续深入学习的困难，久而久之便会在一定程度上对物理概念教学效果产生负面影响。

（2）物理概念引入突兀，缺乏交流、互动

在实际的教学中，许多教师应试教育思想浓厚，主观地认为物理概念相对于物理知识中的重、难点而言较为简单，在教学中大大压缩了物理概念的教学时间。80%的基础内容只花20%的时间，而对20%的高要求内容却花80%的时间[2]，这显然与新课程标准中强调课程内容基础性的宗旨相违背。由于概念教学时间短，教师在教学开始时进行简短的概念引入便迅速进入概念的讲解。而在这个过程中学生尚处于信息接收的过程，留给学生思考的时间很短，大部分学生没有获得足够的感性认识，抓不住教师所举例子中的关键信息，对概念引入过程云里雾里。教师在此期间虽然也会与学生互动，但也只是与少数跟得上自己进度的学生互动，且互动时间短，忽略了其他学生。在那些跟不上进度的学生中，有些缺乏物理学习兴趣的学生直接放弃了对概念的学习，另外一些也只能靠死记硬背。总之，在物理概念教学过程中师生交流不足，生生之间几乎没有交流，更多的只是知识的单向传递。

2.学生学习物理概念存在的突出问题

（1）缺乏課前准备的学习意识和能力

课前准备，即是学生对课堂学习内容的预先思考与梳理。其目的是为了在课堂学习中能够更好地跟上教师的教学节奏，更好地吸收教师所传递的知识，较为深入地领会研究问题的思路和方法。

课前是否准备或准备的程度直接影响着学生的听课质量。但是，大多数学生缺乏课前准备的意识，习惯于在课堂上以“听”的方式学习物理概念。例如，在学习新的电学概念时，绝大多数学生经常采用上课边看书边听讲的方式；只有少数学生经常进行课前预习[3]。同时，中学生多采用独立学习的方式进行课前准备，但这种方式并不能达到良好的效果。一方面，由于中学生正处于思维能力健全发展的阶段，思维独立性和批判性发展还不成熟，易于被表象所迷惑，产生片面的理解，学生独立进行课前准备往往挖掘不出概念的关键信息，发现不了新旧知识之间的关键联系；另一方面，独立学习方式缺少教师指导和生生之间的交流互动，没有激烈的思想碰撞，课前准备过程枯燥乏味。

（2）对物理前概念的重要性认识不足

物理前概念是学生在系统学习某一物理知识之前已经获得的相关物理认识、思维方式等。中学生的物理前概念是在生活中零散获得的，缺乏系统性；又由于没有通过理性的辨别，缺乏科学性。大量的物理前概念在学生头脑中对错交织，杂乱无章，导致学生在面对难度较大，程度较深的物理概念时，不能准确地对头脑中已有的相关信息进行提取，缺乏新旧概念关联学习的能力，严重影响着学生对物理概念的理解。例如：在学习“电势能和电势”之前，学生在头脑中已经建立了重力、重力场、重力做功以及重力势能的科学概念，而这些已有知识就是关于“电势和电势能”学习重要的前概念。但是在课堂学习中，学生缺乏将该部分内容与重力势能进行关联的能力和知识的类比学习能力，致使学生在学习过程中忽视势能之间的关键性联系，大大增加了学习的难度，降低了知识运用的灵活度。对于与物理前概念相符的物理概念，学生能较好的理解和记忆；对于与物理前概念只有部分相符的物理概念，学生则易于存在理解上的模糊与困难；对于与物理前概念完全不符的物理概念，学生则会产生认知冲突，容易出现听不懂，学不会的现象，如果没有深刻的体验和清晰的讲解，是很难达到概念转变的。

二、从元认知和合作学习视角认识物理概念教学

1.元认知理论视角

研究表明：学生对自身学习能力和处理问题能力的正确认识，有助于学生根据自身特点合理安排自己的学习时间和学习重点，提高学习的自主性、针对性和有效性。一般来说，学生不能成功地区分所有他们能够正确回答的问题，也不能成功地区分所有他们不能正确回答的问题；如果学生能更客观地进行自我评价并识别出自己无法正确回答的问题，他们可能会更好地驱使自己获得恰当的理解[4]。前概念与科学概念的关联可能是新旧知识承接的桥梁，也有可能是概念转变的拐点。在物理概念教学之前，教师应利用精心的教学安排帮助学生在课前系统地了解与即将学习的物理概念相关的物理前概念，引导学生正确地识别出头脑中现存的错误概念，使学生更加清楚自己学习的重点所在。同时，在新概念课堂教学中，教师应该合理利用学生头脑中已有的知识学习的准备状态，帮助学生有目的地、准确地找到前概念与科学概念的关联，实现新旧知识的链接，踏上教师预设的学习轨道，实现对物理概念的正确、扎实的理解。

2.合作学习理论视角

合作学习是以学习小组为基本形式，系统利用教学中师生之间、生生之间的互动，促进学生学习，以达到教学目标的一种教学方式。事物变化发展是内因和外因共同作用的结果，合作学习将学习的个人行为上升到群体行为，依靠组群的力量，为每位学生提供学习的动力，促使小组学生之间互助、互爱、互勉，充分发挥各自的智慧达到小组成员之间的互启和互补，最终产生新的认知，共同完成学习任务[5]。知识的学习在于交流，兴趣的保持在于互动。在合作学习中，任何学生状态的变化均会引起小组内其他学生状态的变化。物理概念学习作为学习物理新知识的起点，直接影响着学生学习物理的兴趣和继续深入学习的欲望。在物理概念教学过程中，教师应在系统了解学生前概念的基础上，把握最近发展区，科学选择小组讨论的问题，利用小组合作学习的方式，为师生之间、生生之间的互动交流创造机会，提高物理概念学习的趣味性。

三、合理安排合作学习，渗透三维目标

三维目标，即知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。为了物理概念教学中三维目标的有效实现，应用小组合作学习手段是十分必要的。在合作学习中，概念的理解不再是唯一的成果，这其中渗透着学生情感体验的过程，知识建构的过程，思维转变的过程，以及兴趣保持的过程。

1.细化教学三维目标，做好合作学习的教学预设

新课程标准强调教学要贴近学生的生活实际，符合学生的认知特点。在合作学习的教学设计之前，教师应先通过问卷调查、查阅资料等方式了解学生普遍存在的与物理概念密切相关的前概念；教研组也应该组织教师相互讨论，结合各自的教学经验，将学生的物理前概念模块化、系统化，以利于教师在教学实践中能够快速找出与物理概念直接相关的前概念。在物理概念的课堂教学预设中，教师应以教材内容为核心细化教学三维目标，将教材内容转化为课堂合作学习的研究问题或研究情境。研究问题和研究情境的创设应从学生已有知识经验出发，兼顾相关背景知识，以激发学生合作学习动机，使学生能快速融入陌生的合作学习环境，达到良好的师生互动效果。

在进行“浮力”教学设计时，首先，教师要明确课堂教学预设的三维目标：

（1）知识与技能

①了解生活中的浮力现象；

②理解浮力产生的原因；

③知道浮力大小与哪些因素有关。

（2）过程与方法

①引导学生通过生活实例了解浮力概念，探索出浮力概念中的关键信息；

②教师演示实验，学生通过观察实验现象，探索和总结出浮力是怎样产生的；

③学生自主设计实验，运用控制变量法、归纳法探究决定浮力大小的因素。

（3）情感·态度·价值观

①利用合作学习方式，在观察实验、小组演示实验过程中激发学生好奇心，培养学生物理学习的兴趣；

②在观察实验过程中，提高学生观察力，总结分析能力，培养学生的科学态度；

③将浮力知识与现代科技相联系，培养学生正确的学习观、知识观。

其次，教师应根据预设教学目标创设出新颖的概念教学情境，这些情境可以是图片、影像、演示实验、师生互动实验等。情境的创设应像知识的传授一样遵循最近发展区理论。情境内容的选择应限定在学生一知半解的范围内，让学生觉得自己能够解决，但又必须要克服一定的困难，如此才能激发学生观察的热情、探究的欲望。如“浮力”概念引入的情境創设：教师向学生展示材质和大小相同的乳胶气球，其中一个是氢气球，另一个是教师当堂吹的，并与氢气球体积大小接近的气球。教师将两个气球置于同一高度并放手，发现氢气球向上飘起，而教师自己吹的气球则掉落在地上。让学生分析这种现象出现的原因。学生原本已经对氢气球有了一定的了解，也知道人呼出的是二氧化碳，此情境的创设充分利用了学生原有知识经验。在这个过程中，学生看到两个气球的运动状态明显不同，产生了新奇的体验。在分析问题的过程中，学生不仅回顾了“二力平衡”和密度的知识，而且也深刻地感知到空气中浮力的存在。

2.合作学习从课前准备开始

概念教学的效果主要取决于学生自己的体验。学生物理概念学习的课前准备应该是有目的、有逻辑、有组织的活动。由于学生自身缺乏课前预习的认知和自主学习的能力，因此教师的教学设计应该从课前准备开始，利用合作学习弥补学生自主学习能力的欠缺，引导学生做好课前准备。通过小组讨论，学生能更好地明确物理前概念与物理科学概念之间的区别和关联，同时也能感受到物理概念学习的乐趣。如此一来，当正式进行概念教学时，教师能更为积极有效地调动全班学生的积极性，达到真正意义上的师生互动，营造活跃的课堂氛围。

在“浮力”教学的课前准备阶段，教师应选择适当的时间，如晚自习时间、课前十分钟、课堂结束前五分钟等，让学生针对某一物理概念的相关前概念问题进行分组讨论。为了方便执行，以4～6人为一组，按照座位排列顺序就近分配，各小组的组内成员共同推选出的小组长负责记录讨论过程，并将讨论记录提交给教师。在课前准备阶段，教师通过考量班级学生的实际情况，向学生提出具有代表性的前概念问题，但在作答之前要向学生明确一点：在回答问题的过程中，学生不需考虑答案的正确性，只要自认为有理有据即可。教师设计一至两个问题为宜，其目的不是要转变学生的前概念或让学生学习到新的知识，而是为了让学生开动脑筋对头脑中已有的概念进行思考，以便于学生在正式教学过程中迅速跟上教师的教学步调，与此同时培养学生的学习兴趣，营造活跃的课堂氛围。如在“浮力”课前准备阶段，教师可以有针对性地提出两个问题供学生小组讨论：一个体积较大的木块和一个体积较小的鸡蛋完全浸没到水里，会出现什么情况？试着说出理由。将鸡蛋放入温水中后，并向水中一直加盐并搅拌，会出现什么现象？试着说出理由。各小组内成员共同分析问题的答案。针对问题，学生一般根据生活经验会说出“木块会上浮，鸡蛋会下沉”。同组学生对该答案提出“为什么”或进行反驳，从而引起学生的进一步思考，直到全组找到共同答案或陷入困境。对于整个讨论过程，在情感态度方面，概念学习拥有了趣味性，学生的学习兴趣被激发；在知识技能方面，提高了学生运用控制变量法和归纳分析法的能力。教师在正式上课之前从各小组上交的答案中筛选出影响新概念学习的共有且关键的信息，并对新概念引入和讲解的设计做出适当调整。

3.把握课堂合作教学思路，发展学生创造性思维

在合作式课堂教学中，学生的积极参与和发散思维可能会随机生成更多的问题，这给教师课堂教学能力、调控能力带来了更多新的挑战。教师要根据教学需要，扮演好讲授者、引导者、组织者、监督者、调控者的角色。在课堂教学实施过程中，教师应根据教学预设，坚持自身教学主导地位，灵活处理课堂中生成的问题，保证教学进度和方向。

“浮力”课堂教学的实施思路：

（1）概念引入

教师演示两个气球运动的实验，师生共同讨论并分析两个气球运动状态不同的原因，引出空气中浮力的概念。

（2）探求新知

①分组实验，探讨“浮力”定义：一根细线用强力胶粘在乒乓球上，将线的另一端固定在烧杯底部，往烧杯内加入水直到线被拉直，乒乓球被完全浸没到水中，观察现象。再将烧杯倾斜一定角度，观察实验现象。总结出浮力定义：浸在液体（或气体）里的物体受到液体（或气体）向上的托力。②分析课前讨论的问题，总结浮力的大小与哪些因素有关。

（3）知识拓展：介绍潜水艇、热气球的工作原理

在合作学习中，教师应转变传统的“灌输式”的概念教学观念，注意引导学生积极发散思维，以自己独特的视角来认识问题、理解知识。在课堂讨论和发言中，学生只要言之有序、言之有理，就可以从不同的角度、以不同的方式表达自己对知识和技能的不同感悟和体会，使得蕴藏在学生身上的创造性思维能力得到充分的发掘和提升[6]。教师在学生进行合作学习的过程中应善于发现学生的创新思想，对表现积极的小组进行适当的评价。在评价过程中不要流露出对小组能力的评价，教师要让学生感受到老师关注的是自己的学习态度和小组合作的积极性。在对新概念进行教学时，教师要保证概念知识的完整传授，也要做好为学生答疑解惑的准备，让学生在课堂学习中有豁然开朗的感受。

在物理概念教学中，笔者主张教师应在学生前概念的基础上，帮助学生形成物理新概念学习的最佳准备状态。将合作学习运用于中学物理概念教学中不仅能够充分激发学生学习的兴趣，调动学生对新知识学习的积极性和主动性，活跃课堂气氛，而且能够培养学生的合作意识和能力，挖掘学生潜能，发展学生的理性思维和创造性思维能力。当然，在物理概念教学中，合作学习不能完全代替传统的讲授法。将合作学习与讲授法以及其他教学方法有机结合应用于物理概念尤其是核心概念的学习[7]，有利于物理知识的系统学习和三维目标更全面的实现。

参考文献

[1] 陈刚.论物理概念和规律意义学习的教学设计——学习心理学的视角[J].全球教育展望，2014，43（12）.

[2] 吴军.中学物理概念教学的现状分析及对策[J].教学与管理，2009（2）.

[3] 马金平.初中生电学概念学习方式的调查研究[D].兰州：西北师范大学，2014.

[4] Lindsey BA，Nagel ML.Dostudents know what they know？Exploring the accuracy of studentsself-assessments[J].Physical Review Special Topics-Physics Education Research，2015，11（2）.

[5] 湯晶晶.基于“九型人格”分组的高中物理合作学习初探[M].南京：南京师范大学，2015.

[6] 宋慧敏.“小组合作学习与训练”在学科教学论中的应用[J].教育理论与实践，2013（12）.

[7] 赵子莹，张军朋.基于核心概念的物理教学初探[J].中学物理教学参考，2016（3）.

[作者：邵建新（1964-），男，新疆石河子人，石河子大学师范学院教授，硕士生导师；刘敏（1990-），女，安徽安庆人，石河子大学师范学院在读硕士研究生。]

【责任编辑 孙晓雯】