劉玉聰

摘 要：實驗是物理學(xué)科教學(xué)的重點內(nèi)容，優(yōu)化設(shè)計物理分層合作實驗教學(xué)模式，加強(qiáng)實驗實踐，對有效彌補學(xué)生個體的素質(zhì)差異性、增進(jìn)團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)能力、提升實驗課堂效率等具有十分重要的教學(xué)價值和作用。文章結(jié)合魯科版高中物理必修3“測電源電動勢和內(nèi)阻”實驗教學(xué)，通過概述物理分層合作實驗教學(xué)的內(nèi)涵，分析了高中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，探索實踐分層合作實驗教學(xué)的有效路徑，助推素質(zhì)教育，更好地促進(jìn)學(xué)生的實驗操作和創(chuàng)新能力的培育。

關(guān)鍵詞：高中物理；實驗教學(xué)；分層合作教學(xué)模式；實踐路徑

高中生在知識基礎(chǔ)、興趣愛好、認(rèn)知能力、操作技能、創(chuàng)新素質(zhì)等方面具有鮮明的差異性特征。所以，在實驗教學(xué)中，教師要堅持因材施教的教育理念，全面認(rèn)識和尊重學(xué)生的這些差異化學(xué)情，通過分層設(shè)計實驗課堂教學(xué)模式，引領(lǐng)學(xué)生參與互助合作實驗探究，切實促進(jìn)物理實驗教學(xué)提質(zhì)增效。

一、物理分層合作實驗教學(xué)的內(nèi)涵

物理分層合作實驗教學(xué)即教師在物理實驗教學(xué)過程中，結(jié)合各個層次學(xué)生的知識基礎(chǔ)、認(rèn)知水平、探究能力、學(xué)習(xí)心理和興趣性格等個別化、差異化特征，設(shè)置難易程度不同、操作要求不同、達(dá)成實驗?zāi)繕?biāo)不同的實驗項目，施以必要輔助，鼓勵學(xué)生小組加強(qiáng)合作，組員之間進(jìn)行互幫互助和互動交流，共同經(jīng)歷實驗分析、猜想、探究、驗證等過程，讓各個學(xué)習(xí)程度的學(xué)生都能在實驗探究中學(xué)有所成、練有所獲，實現(xiàn)實驗操作技能和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

二、高中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析

（一）物理實驗教學(xué)創(chuàng)新不足

有些教師堅持開展物理實驗教學(xué)，但沿用的實驗課教學(xué)模式陳舊僵化，設(shè)計的實驗活動形式呆板，無法貼近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，因材施教并未落到實處，常忽略運用新穎有效的實驗教學(xué)理念，在課堂中習(xí)慣于“包辦”實驗操作，未充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，未給學(xué)生留足自主活動和實驗操作的空間，制約了學(xué)生的實驗綜合能力的提升和發(fā)展。

（二）學(xué)生合作實驗?zāi)芰Ρ∪?/p>

在高中物理實驗中，不同層次學(xué)生的實驗綜合能力兩極分化極為突出，他們對物理實驗知識的理解、動手操作能力、實驗探究熱情、參與實驗效果等具有鮮明的差異性。許多學(xué)生的合作實驗?zāi)芰Σ粡?qiáng)，在參與物理實驗時，不認(rèn)真聆聽教師講解的實驗原理、操作程序和注意要項，做實驗缺乏思考，只會沿著教師的思路和演示，套用現(xiàn)成的實驗步驟，象征性進(jìn)行實驗操作；不注重實驗操作規(guī)程，模仿和動手能力差，錯誤頻發(fā)，常常忽略做好實驗數(shù)據(jù)的及時整理和總結(jié)分析。

三、高中物理分層合作實驗教學(xué)的實踐路徑

本文選取魯科版高中物理必修3“測電源電動勢和內(nèi)阻”實驗，從學(xué)生分層、目標(biāo)分層、實驗過程分層、實驗評價分層等四方面進(jìn)行探索設(shè)計實驗環(huán)節(jié)。

（一）優(yōu)化學(xué)生分層，組建合作實驗小組

1.把握學(xué)生學(xué)情

學(xué)生通過以往學(xué)習(xí)，能運用閉合電路歐姆定律來計算電源的電動勢和內(nèi)阻；能將物理關(guān)系式回歸到函數(shù)關(guān)系式中探尋變量和因變量，但轉(zhuǎn)換的過程還不夠熟練；他們初步具備了運用圖像處理數(shù)據(jù)的思維，但成功的體驗較少，還未培育形成主動探索的學(xué)習(xí)意識；各個小組在討論解決問題過程中的效率相對較低，亟須教師的規(guī)范引導(dǎo)。

2.開展學(xué)生分層

做好學(xué)生分層是開展物理分層合作實驗教學(xué)的基本前提和首要工作。在本實驗教學(xué)前，教師要結(jié)合調(diào)查研究和日常觀察，通過深入了解學(xué)生的物理知識基礎(chǔ)、認(rèn)知能力、興趣態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣、智力水平等差異化學(xué)情，根據(jù)他們的實驗實際情況，有針對性地把學(xué)生合理劃分成A、B、C三個層次。A層學(xué)生為優(yōu)秀生，物理學(xué)科基礎(chǔ)知識扎實，學(xué)習(xí)和接受能力突出，自覺性和主動性強(qiáng)，善用有效的實驗方法，實驗?zāi)芰退絻?yōu)秀。B層學(xué)生為中等生，他們的物理基礎(chǔ)和認(rèn)知水平較為一般，學(xué)習(xí)自覺性較好，具有一定的進(jìn)取心，實驗?zāi)芰^強(qiáng)。C層為后進(jìn)生，他們在知識基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力、實驗?zāi)芰退降确矫孑^弱，主動學(xué)習(xí)的積極性和接受能力也較差，實驗?zāi)芰蛥⑴c實驗活動綜合表現(xiàn)往往欠佳。

3.組建合作小組

在此基礎(chǔ)上，教師將各層次學(xué)生合理組合成實驗小組，鼓勵他們加強(qiáng)組內(nèi)互助合作，共同努力開展物理實驗探究[1]。在各小組中，學(xué)生可以通過相互幫助、取長補短，朝著小組的共同實驗?zāi)繕?biāo)一起齊心協(xié)力、追求探索。所以，即使是小組中那些物理實驗?zāi)芰ν怀龅膬?yōu)秀生，也毫無理由去歧視組內(nèi)的后進(jìn)生，而應(yīng)各個成員都積極發(fā)揮好自身在小組中的作用。教師在指導(dǎo)實驗過程中，會加強(qiáng)觀察和了解，適時微調(diào)各組的組合和成員搭配，讓后進(jìn)生在分組實驗中當(dāng)好“幫手”，協(xié)助搜集、記錄各種實驗數(shù)據(jù)，發(fā)揮他們的熱情和干勁；督促中等生多引導(dǎo)和提攜后進(jìn)生，帶領(lǐng)他們一起努力爭取進(jìn)步；優(yōu)秀生則帶好頭，帶領(lǐng)全組成員共同探究實驗，幫助解決組內(nèi)遇到的共性問題。

例如，在本實驗教學(xué)前，教師先聯(lián)系學(xué)生的物理學(xué)科知識、能力和水平等綜合表現(xiàn)，將他們劃分、組合在不同的實驗小組。全體小組一般都要求在30分鐘內(nèi)完成這個實驗操作，對合作實驗、探究能力較強(qiáng)的小組，教師就可以適當(dāng)把他們的小組實驗要求提高一些，要求他們能利用15分鐘來完成實驗操作，掌握好整個實驗的操作流程，接著利用余下的課堂時間去幫助組內(nèi)那些較為后進(jìn)的成員。這樣，借助科學(xué)的分層合作物理實驗探究，各組成員積極指向共同的實驗?zāi)繕?biāo)，齊力參與探索研究電源電動勢和內(nèi)阻的原理，有效提升了掌握知識的效率。

（二）分層設(shè)計目標(biāo)，循序指導(dǎo)合作實驗

1.分層設(shè)計實驗?zāi)繕?biāo)

高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)中提出了實驗教學(xué)的目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)要重視通過實驗活動，掌握豐富的實驗原理，培育和提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣（知識）；注重提高學(xué)生的物理實驗?zāi)芰?，培養(yǎng)科學(xué)探究能力（能力）；培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度和合作學(xué)習(xí)精神

（情感）。

結(jié)合上述物理實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)目標(biāo)，為促成真正達(dá)成實驗教學(xué)目標(biāo)，教師必須堅持因材施教原則，緊扣實驗教材和學(xué)生的物理學(xué)習(xí)實況，為各個層次學(xué)生分層設(shè)置相應(yīng)的實驗?zāi)繕?biāo)，讓他們都可以在合作實驗活動中實現(xiàn)既定目標(biāo)，促進(jìn)物理實驗?zāi)芰Φ奶嵘齕2]。在本實驗中，教師可以從基礎(chǔ)性目標(biāo)、提高性目標(biāo)、發(fā)展性目標(biāo)三個層次進(jìn)行物理實驗?zāi)繕?biāo)的分層設(shè)計。其中，基礎(chǔ)性目標(biāo)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)運用和分析的實驗?zāi)芰?，即要求所有學(xué)生都要掌握利用儀器測量電池電動勢和內(nèi)電阻的有效方法，通過設(shè)計電路和選擇實驗儀器，拓展實驗思路，激發(fā)實驗興趣。發(fā)展性目標(biāo)強(qiáng)調(diào)的是物理基礎(chǔ)良好的學(xué)生能通過深化教材學(xué)習(xí)和拓展訓(xùn)練，形成從事復(fù)雜實驗分析和綜合運用的素質(zhì)，即養(yǎng)成善于質(zhì)疑的習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度和不斷探索的科學(xué)精神，培養(yǎng)觀察能力、思維能力和操作能力，提升對物理學(xué)習(xí)的動機(jī)和興趣。

2.落實具體合作要求

具體而言，這些分層實驗?zāi)繕?biāo)落實在各個層次學(xué)生身上，提出了不同的要求。如對C層后進(jìn)生，要求他們能在實驗中激發(fā)應(yīng)有的興趣，能在教師指導(dǎo)下，或組內(nèi)優(yōu)秀生和中等生的鼓勵和幫助下完成基礎(chǔ)性實驗工作；對B層中等生，要求他們能保持實驗熱情，團(tuán)結(jié)各個組員完成物理實驗，認(rèn)真搜集、處理和分析實驗數(shù)據(jù)，合作得出實驗結(jié)論；對A層優(yōu)秀生，要求能帶領(lǐng)全體組員深入開展實驗探究，完成實驗任務(wù)，得出實驗結(jié)論，總結(jié)獲得實驗規(guī)律，能聯(lián)系相關(guān)實驗，創(chuàng)設(shè)類似實驗方法，進(jìn)一步改進(jìn)和創(chuàng)新實驗。

例如，在本實驗教學(xué)中，教師通過將學(xué)生分組之后，對那些物理學(xué)習(xí)能力較弱的后進(jìn)生，要求他們在實驗課中只要能掌握好最基礎(chǔ)的實驗流程就可以；而對那些優(yōu)秀生，則要求他們盡可能利用簡短時間掌握實驗流程，充分發(fā)揮實驗?zāi)芰?qiáng)的優(yōu)勢，利用課中空余時間帶領(lǐng)和幫助中等生，拉后進(jìn)生一把，一起努力測量得出電池電動勢和內(nèi)電阻的方法。當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實驗中仍存在不足之處，教師在必要時還可以設(shè)計一些基礎(chǔ)類、提高類、發(fā)展類實驗，讓他們都瞄準(zhǔn)自己的實驗小目標(biāo)，進(jìn)行合作拓展訓(xùn)練，查缺補漏，鞏固實驗成果，進(jìn)一步提升實驗?zāi)芰Α?/p>

（三）分層設(shè)計過程，引領(lǐng)合作實驗探究

分層合作實驗過程設(shè)計是整個實驗教學(xué)最重要的環(huán)節(jié)。在分層設(shè)計學(xué)生小組和實驗?zāi)繕?biāo)的基礎(chǔ)上，教師要重視設(shè)計好分層合作實驗過程，這是獲取良好的實驗效果的關(guān)鍵[3]。物理分層合作實驗的實踐過程一般分實驗準(zhǔn)備、實驗操作、數(shù)據(jù)處理和完成報告等不同階段。例如，在“測電源電動勢和內(nèi)阻”實驗中，教師積極結(jié)合以下環(huán)節(jié)，引領(lǐng)學(xué)生開展互動借鑒、合作實驗探究。

1.實驗準(zhǔn)備階段

在準(zhǔn)備階段，教師要先布置好實驗預(yù)學(xué)案，鼓勵學(xué)生先做好實驗預(yù)習(xí)，明確實驗活動目的、實驗原理、實驗方法和步驟，以及要注意觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗數(shù)據(jù)等要求；可以先開放物理課堂，讓學(xué)生小組進(jìn)行理論探究學(xué)習(xí)，在實驗活動前先弄清楚關(guān)于“測電源電動勢和內(nèi)阻”實驗的原理和內(nèi)容；指導(dǎo)學(xué)生預(yù)備好開關(guān)、干電池、電流表、電壓表、滑動變阻器、導(dǎo)線等充足的實驗器材。這樣不僅能有效避免學(xué)生在實驗中盲目操作，還能保證學(xué)生的動手操作效率。

2.實驗操作階段

教師先利用多媒體展示預(yù)設(shè)的“電池的電動勢和內(nèi)阻測定”電路圖，引導(dǎo)各小組復(fù)習(xí)閉合電路歐姆定律和各類表達(dá)式，結(jié)合閉合電路歐姆定律例題來嘗試開展設(shè)計電路圖，自由選擇實驗設(shè)備，進(jìn)行分組討論電路圖設(shè)計原理，進(jìn)入測量電路圖設(shè)計。

進(jìn)入新課，教師引導(dǎo)學(xué)生分組討論各小組設(shè)計方案的優(yōu)點和不足，記錄討論的過程和結(jié)果，為進(jìn)一步實驗提出具體建議。然后，進(jìn)入測量操作環(huán)節(jié)，教師鼓勵各小組結(jié)合電路設(shè)計圖，選擇優(yōu)化后最簡便、操作性強(qiáng)的設(shè)計方案，選取器材連接實物圖，關(guān)注操作細(xì)則。

尤其在實驗操作過程中，教師必須對各個層次學(xué)生加強(qiáng)實驗指導(dǎo)，引導(dǎo)分工協(xié)作，保障每個學(xué)生都有充分的動手操作機(jī)會。首先，各學(xué)生小組圍繞實驗原理、電路圖設(shè)計、相關(guān)數(shù)據(jù)處理等話題進(jìn)行互動交流、合作討論，規(guī)劃和設(shè)計具體實驗步驟，提出實驗主張和提綱。其次，開展分層合作實驗，鼓勵B層中等生先進(jìn)行動手操作示范，A層優(yōu)秀生指導(dǎo)C層后進(jìn)生；接著讓各個小組中的學(xué)生按序輪換動手操作，其他同學(xué)在旁配合共同完成實驗過程。這樣，可以促使學(xué)生人人參與動手操作，避免以往只有個別的優(yōu)秀生進(jìn)行“獨演”實驗，而其他同學(xué)只能看實驗的不良現(xiàn)象。所以，教師要適時微調(diào)組員的配置，讓全體組員都有機(jī)會參加實驗操作。最后，在分層實驗過程中，要充分激發(fā)各個小組的合作熱情，使他們在融洽有序的氛圍中盡情融入實驗進(jìn)程，開展操作訓(xùn)練，嘗試實驗方案。有的小組努力應(yīng)用了伏阻法，有的小組積極利用伏安法，有的小組則運用公式法進(jìn)行實驗，他們在分層探索、緊密合作、共同探討的實驗過程中，很好地發(fā)揮了優(yōu)異的學(xué)習(xí)潛力和質(zhì)疑精神。

3.數(shù)據(jù)處理和完成報告階段

在此階段，教師要及時指導(dǎo)學(xué)生全面收集各項實驗數(shù)據(jù)，對記錄、獲得的多組測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分組數(shù)據(jù)統(tǒng)計、討論、分析和處理，細(xì)心反思實驗操作，精心設(shè)計分析表格，總結(jié)形成實驗成果分析報告，促使他們深刻把握測定電池電動勢和內(nèi)阻的方法，真正學(xué)會運用圖像法分析處理實驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各個層次的學(xué)生都學(xué)有所獲、學(xué)有所成。此時教師要融入學(xué)生中，適時協(xié)助各小組完成實驗數(shù)據(jù)分析。

（四）分層實施評價，鞏固合作實驗成果

在“測電源電動勢和內(nèi)阻”實驗后，教師特別要強(qiáng)化目標(biāo)意識，檢查學(xué)生的實驗結(jié)果是否達(dá)標(biāo)，以期更好地鞏固合作實驗的成果。

1.小組自評

教師要引導(dǎo)學(xué)生小組做好自評，全面陳述完成實驗的過程和結(jié)果等情況，對本組分層合作實驗中的實驗結(jié)果、組員配合、實驗誤差、操作失誤等真實表現(xiàn)進(jìn)行自主評價，總結(jié)本組的成績和成果，指出實驗不足之處。

2.組間互評

接著要指引各小組進(jìn)行互評，對比不同組別的分層合作實驗效果，相互評價各組的優(yōu)點和特色，積極交流、分享和借鑒各組的優(yōu)秀實驗報告，指明存在的不足。特別是互評中，各組認(rèn)識到實際測量電表都不是理想電表，他們通過相互評價和思考，針對電表測量中存在的“誤差”，結(jié)合閉合電路U-I圖像，進(jìn)行定性分析，最終理解這些由電動勢和內(nèi)阻測量引起的誤差，在組間討論和評價中有效解決問題。

3.教師點評

最后教師要適時做好教師評價，對實驗探究總體情況進(jìn)行匯總、點評和分析，幫助各小組認(rèn)清自身的優(yōu)勢及不足，指出實驗中有待于改進(jìn)的方面。尤其是各小組通過相互評價和交流，促使學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)了“測電源電動勢和內(nèi)阻”實驗過程中存在的焦點問題，領(lǐng)悟必須注意實驗誤差的分析，深刻認(rèn)識到：由于電源內(nèi)阻較小，導(dǎo)致電壓表數(shù)范圍變化不大，因此要合理選用坐標(biāo)系；滑動變阻器阻值應(yīng)該比電源內(nèi)阻大幾倍即可，過大的話，電壓表示數(shù)變化太小。這樣，通過實施科學(xué)評價，可有效促進(jìn)學(xué)生對實驗中的關(guān)鍵問題的理解和把握，鞏固實驗探究效果，實現(xiàn)合作研究能力和科學(xué)認(rèn)知水平的提升。

結(jié)束語

普通高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)始終強(qiáng)調(diào)，物理課程教學(xué)要積極提倡開展分組合作實驗教學(xué)。教師應(yīng)堅持融合實驗課堂實踐，從學(xué)生分層、目標(biāo)分層、實驗過程分層、實驗評價分層等層面深入研究，創(chuàng)設(shè)多樣豐富的物理實驗教學(xué)環(huán)境，指引不同層次的學(xué)生加強(qiáng)合作實驗探究，力求總結(jié)形成既體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)造個性又彰顯團(tuán)隊互助合作的新型物理實驗教學(xué)模式，真正實現(xiàn)有效實驗教學(xué)。

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