物理课堂学生参与度的研究——基于弗兰德斯互动分析系统与佐藤学的课堂观察研究“力的分解”一课

文∣刘凯莉 刘志存

一、研究背景及案例来源

《普通高中物理课程标准(2017年版)》将现行高中物理课程的三维目标提升为物理核心素养，主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。本文的案例源于2018年物理学术年会，中学物理名师课堂展示的“力的分解”基于新课标指导的教学设计，用新的教学目标指导教学，是新课标下的教学尝试，具有一定的研究价值。

二、研究方法

弗兰德斯互动分析的步骤一般由三部分构成：课堂观察与记录、编码转化矩阵、矩阵与数对分析[1]，这种方法具有强烈的结构化和定量化研究的特点，容易进行中立和客观的观察、记录和分析。佐藤学的课堂观察是一种质性的研究方法，它注重对课堂进行微观描述的方法来进行描述、归纳和分析。[2]用量化和质性方法结合研究课堂学生参与，使研究结果有一定的科学性，又能关注课堂本身中的人文因素。

三、对学生参与度的研究

(一)用弗兰德斯互动分析法观察课堂

1. 弗兰德斯互动分析编码系统

弗兰德斯将课堂语言抽象成最具代表性的10类语言，如表1所示。这10类语言是互动分析系统中的编码系统，我们可以根据这10类语言对课堂中的师生语言进行编码记录，每三秒记录一次。记录完后，每一个代码与前一个代码和后一个代码结成一个序对，除了第一个和最后一个代码各使用一次外，其余每个代码都被使用两次，在矩阵中，序对的前一个数字表示行，后一个数字表示列。[3]

表1 弗兰德斯互动分析编码系统[4]

分 类编码内 容教师语言间接影响直接影响1表达情感2表扬或鼓励3接受或使用学生的主张4提问5讲授6给予指导或指令7批评或维护权威性学生语言8学生被动说话(比如回答问题)9学生主动说话沉默或混乱10无有效语言

2. 编码与互动分析矩阵

“力的分解”录像课约38分钟，一共记录了750次编码，共有749个序对。在课堂中，有多次小组讨论与学生自主活动时间，记学生讨论与自主活动的编码为10。学生自主交流想法记为9；教师叫学生回答问题记为4；教师重复学生回答记为2；教师指导学生做实验，要求学生怎么做时，记为6。在这节课中，学生讨论时间较多，学生小组讨论时，教师也会在组内对学生进行指导，以及学生展示自己小组的实验结果时，也没有有效的语言，这两种情况都记为10。表2为“力的分解”记录的弗兰德斯互动分析矩阵。

表2 “力的分解”的弗兰德斯互动分析矩阵表

编码12345678910合计10002220002821603420006223020000000024101143502209555000152241001062566100543004214607000000000008081126302301549110010005081035041310031245284合计722255257620538283749

3.矩阵数对分析

(1)课堂结构分析

矩阵中1—7列表示编码1—7所代表的教师语言，1—7列数据之和与总数之比，即为教师语言比率。同理，8—9列之和与总数的比为学生有效语言比率，这一指标反映学生参与课堂教学的情况。第10列合计数据与总数的比为课堂小组合作学习，即学生积极思考、参与讨论、实验等有效语言的时间比率，这一指标也能反映学生主动参与课堂、自主合作学习情况。[5]根据表2的矩阵，分析课堂结构情况如表3所示。

从表3可以明显看出，这个课堂是以学生的积极参与为主的。这节“力的分解”课学生活动和教师活动几乎各占一半，学生参与热情较高。这节课采用小组合作的方式学习，学生互助学习、讨论、实验等时间较长，累计时间达到17.2分钟，占整个课堂的45.93%，充分体现了学生在课堂中的主体地位，这也体现了以学生为主、教师引导的学习方式。

表3 “力的分解”课堂结构分析

项 目计算时间计算比率计算方法时间/分计算方法比率/%教师语言1—7列次数×3秒/次20.301—7列次数/总次数54.07学生有效语言8—9列次数×3秒/次3.058—9列次数/总次数8.15课堂小组合作10列次数×3秒/次14.1510列次数/总次数37.78学生小组实验交流等参与性学习8—10列次数×3秒/次17.208—10列次数/总次数45.93

(2)教师教学风格或倾向

直接和间接两类语言是就教师对学生的控制而言的。编码1—4所代表的教师语言行为是通过情感交流、表扬、肯定学生和提问对学生态度与情绪所产生的影响，其控制作用是间接的。编码5—7所代表的是讲授、指令和批评对学生的直接控制作用。矩阵1—4列与5—7列次数的比率可以分别反映教师教学在间接控制或直接控制方面的不同态度倾向或风格。[6]从表4中可以看出教师对学生的间接影响与直接影响的比率远小于1，即教师语言中属于编码1—4的频次少于编码5—7的频次，这说明教师的教学更倾向于对课堂和学生做直接的控制。

表4 教师对课堂的控制类别分析

项目间接影响(1—4列次数)直接影响(5—7列次数)间接影响与直接影响的比率/%次数8631926.96

编码1、2、3表达的是期望、鼓励与赞同，是教师对学生的积极强化影响，而编码6、7是指令、批评，强调学生接受、服从，属于消极的强化。所以，矩阵中1—3列与6—7列次数的比率，反映教师课堂教学语言在注重对学生的积极强化或消极强化方面的不同风格或倾向。[7]从表5可以看出，教师对学生的积极强化与消极强化比率小于1，说明课堂中教师的消极强化占主导。从视频课也可以看出，教师对学生的指令和指导要多一些，但是对于学生的回答和交流，教师都是表现出赞赏和表扬。教师对学生消极强化多一些，但这并不能说明课堂效果不好，因为教师需要把握课堂的发展方向，做课堂的主导者。

表5 教师对学生的强化类别分析表

项目积极强化(1—3列次数)消极强化(6—7列次数)积极强化与消极强化的比率/%次数316250

(二)佐藤学的课堂观察研究

观察课堂录像是佐藤学研究课堂的一个重要手段，从录制的视频中，我们可以清楚地看到师生形体的表达、表情、语调与沉默的含义，以及场所与空间的状态，还可以暂停反复地重播，可有效地防止关键信息的流失。另外，“描述”要求尽可能忠实并且有选择地再现课堂事件，在阐释与描述中，从各种不同视角分析有助于重新发现事实的含义。[8]

1. 课堂观察与描述

环节一：课堂引入。这堂课的教室是一个专门录制示范课的教室，教室没有明亮的窗户，是由一个礼堂改造而成的。这节课只有二十多个学生，分为四排，学生相对而坐，四人一组，屏幕和黑板在他们的侧边。教师的课堂引入是用一根“魔绳”，魔绳就是一条普通的软绳，只是在绳子的中间系了一个用链子拴着的直径约为5厘米的铅球。教师微笑着请两名女同学上来把绳拉直，发现绳子无论如何都拉不直，接着让五个男生来帮忙，依然拉不直。这个互动过程氛围轻松活泼，抓住了学生的注意力。“其实再多的同学，再大的力气，都是徒劳的，要想搞清楚这个无法完成的挑战，就请跟我进入今天的课堂。”教师边说边在黑板上写下“怎样分解力”。

环节二：回顾旧知。教师开始放映准备好的课件，结合课件讲课，以一问一答的形式和学生一起复习力的合成实验，同时问道：“力的合成遵循什么样的原则呢？”学生答：“平行四边形定则。”教师继续提问：“对。力的分解是否遵循平行四边形定则呢？”学生猜想“应该遵循吧”，然后教师引入“大家也不是很确定，那么我们能不能像力的合成那样也用实验来验证一下呢”。这个阶段，教师主要是带着学生回顾力的合成，并引导学生进入力的分解的新课。

环节三：新课教学之实验探究。教师提问：“我们该怎样验证力的分解遵循平行四边形定则呢？”有学生举手回答：“先画一个合力，记下O点，然后以它为斜边画一个平行四边形，然后用弹簧测力计沿着平行四边形的边斜拉。”教师提问：“那么，哪一个是分力的理论值呢，我们又怎样能知道分力理论值的大小呢？”学生又答：“分力理论值就是沿着平行四边形斜边的力，大小可以用力的标度来计算。”然后教师把学生的思路梳理一下。此时，屏幕上显示的正是验证的步骤。教师带着学生一同根据课件上的内容梳理实验步骤。之后，步骤就一直展示在屏幕上。接下来学生以小组为单位完成实验，填写提前发下去的实验报告。在小组实验的过程中，教师不断地在小组之间走动，指导学生。大概过了六分钟，学生实验都完成了，教师请了几组同学来交流他们的结果，让其他学生指出展示小组的问题并提示其他同学注意。展示后，教师总结道：“在实验误差内，我们可以通过实验证得力的分解也遵循平行四边形定则。理论上一个合力我们可以做出无数多个平行四边形，有无数多种分解它的方式。那么实际情况下，我们是不是也可以随便分解呢？那是不行的，我们要遵循力的作用效果来分解力。我们只要根据力的作用效果找到分力方向，再通过平行四边形定则就可以求出分力的大小了。”

环节四：新课教学之实际问题中力的分解。屏幕上放映的是一个人拖着行李箱的画面，教师引入实例：“大家想一想，人对箱子斜向上的拉力会产生什么样的作用效果呢？”一位学生起立回答道：“我觉得应该有水平向右的力和竖直向上的力。”接着教师放一小段视频介绍器材，然后再次强调仪器的各个装置的作用，让学生通过小组实验探究力的实际作用效果。实验完成后，教师请一组学生来交流他们小组的结果。最后，教师归纳力的分解的步骤，然后又提出两个问题：“请同学们思考：为什么桥梁要修长长的引桥？螺旋的盘山公路的原理是什么？”

环节五：巩固与思考。课末回到“魔绳”的问题，再回到更多生活问题上。教师要求学生作图思考“为什么再多的人都拉不直魔绳”。然后教师通过动画模拟拉魔绳过程中力的变化，学生理解了为什么再大的力也拉不直魔绳。教师又提出一个生活中的问题：“若让你来架设高压线或索道，索道的设计是绷直好还是适当松弛一些好呢？”课堂到此结束。

2. 课堂分析

《普通高中物理课程标准(实验)》(以下简称“2003版”)和《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称“2017版”)对力的分解知识点的描述是有偏差的，2003版中强调能用力的合成与分解分析日常生活中的问题，2017版中强调能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题。很明显，重点不是用力的分解分析问题，而是共点力的平衡，力的分解只是用共点力平衡分析问题中的一个环节，所以力的分解的地位发生了变化，它不再是核心知识，它只是之后的牛顿定律解决问题的一个手段，显然教师是按2003版的讲法来讲的。从人教版高中物理2006版教材到2010版教材例题的变化来看，按力的作用效果分解的说法已经没有了，更多是根据实际解决问题的需要来分解。2010版教材在题干中就把分力的方向给出了，弱化了按力的作用效果分解力，共点力平衡才是核心知识。而教师也是着重于力的作用效果，教师在一节课中处于主导地位，安排学生实验，安排学生讨论，实际效果是学生随着课堂的深入逐渐力不从心，整节课比较沉闷，因为力的作用效果本身就很抽象，教师与学生交流存在障碍，“效果说”是不科学的，在分析分力方向时，师生交流很沉闷，学生参与度不高。“效果说”中，分力的施力物体和受力物体是含糊的，例如斜面上物体重力的分解。按2017版课标，力的分解的重点是等效替换思想和分析力的分解矢量图与实物图之间的几何关系。教师在教学设计上用的是新的教学目标，但实际上依然用老方法，尽管教学目标把“效果说”当成重点，但在教学理念和教学方法上，教师的教学是有闪光点的。例如，刚开始的“魔绳”激发了学生的学习兴趣，让学生亲自体验，而且注重联系生活实际。

整体来说，刚开始教师用“魔绳”引入时，学生的参与度很高，也很热情，验证力的分解遵循平行四边形定则时，学生小组实验探究，参与度也很高，但后面由于“效果说”与教学目标偏离，师生交流出现了障碍，虽然学生能按照教师要求完成任务，参与课堂也很充分，但是参与的有效性明显不如课堂刚开始时，通过弗兰德斯互动分析也能看出学生参与度很高，但是实际参与效果如何还得通过课堂观察来寻找人文因素。

四、提高学生课堂参与度的教学策略

根据以上分析，我们总结了提高学生课堂参与度的教学策略。

(一)教师要发挥好主导作用

若是将课堂全权交给学生，表面看来，学生参与度很高，但参与效率很低。在教学中，教师起主导作用具有客观必然性和必要性，教学的方向、内容、方法、进程、结果和质量等主要由教师来掌控。教师主导作用必须也必然有一个落脚点，这个落脚点只能是学生的“学”，所以教师要精心进行教学设计，让自己把控课堂的同时，学生又能很好地参与进来。

(二)巧设教学活动，让学生主动参与

课程是师生共同探求新知识的过程,是教师、学生、教材和环境等因素相互作用而形成的动态及生长的过程，这种经验和体验、探求新知识与构建的过程离开活动是无法实现的。[9]活动的基本形态是交往和探究,学生主体的参与决定活动的始发、活动的过程、活动的质量。因此,教学要以活动为主线,巧妙设计丰富有趣的数学活动,创造更多机会让学生去亲自探索、操作实践、小组合作,营造一种学生参与教学过程的氛围,促进教师和学生的交流互动,充分调动学生的多种感官参与活动。例如教师的“魔绳”就很好地带动了学生。

(三)从学生角度设计教学，破除交流障碍，提高思维参与度[10]

物理是一门抽象的学科，有些熟悉物理知识的教师不会去深思物理概念之间的相互关系，然而对于学生来说，第一次接触新的物理知识，往往对新旧知识联系不明确，对物理概念深层次的意义理解不清，教师需要站在学生的角度来设计教学，最好从生活情境引入，缩小物理与实际生活的距离。设计教学时，多问几个为什么，学生是怎么想的。这样的教学，学生在思维上的参与度会很高，听起课来也不会觉得累，能轻松地跟着教师的教学节奏。

(四)对学生的参与要有及时有效的反馈

在提供参与机会，学生有所表现之后，紧接着教师必须做出相应的、适宜的即时反馈，这种行为和反馈在时间上是紧密相连的。心理学上认为“行为和反馈之间尽可能短的时间间隔是学习最重要的因素之一：行为和反馈之间的联系越紧密，学习就会越快发生”[11]。教师对学生学习的反馈也是一个教师的“教”和学生的“学”之间的交流与对话。教师的及时、有效的反馈可以促进教与学的相互协调，这既能使教师准确地了解学生的学习情况进而更好地控制课堂，又能让学生了解自己的问题，得到恰如其分的鼓励。

(五)学生自主活动时，教师要给予指导而不是当旁观者

当学生自主活动时，例如小组讨论、小组实验时，教师应该走动以观察学生的情况，了解学生的困难，并给予帮助。如果任其自由开展，必然会降低课堂效率，减小学生参与的有效性。在指导学生的过程中，要注重启发引导，不要直接告诉学生怎样做，要做学生学习的合作伙伴，指出关键点，让学生自己想解决的方案。例如， 案例中的教师在学生小组实验时一直在组间走动，观察学生的实验情况，并适时指导学生。