拋錨式教學(xué)模式在高中物理實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課中的實(shí)踐探索

紀(jì)文杰

摘 要：拋錨式教學(xué)要求在真實(shí)的情景下，以學(xué)生為主體，通過自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)來構(gòu)建學(xué)生自己的知識(shí)體系。本文以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”為例，探索這種教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義；拋錨式教學(xué)；小組合作學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)；復(fù)習(xí)課

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）6-0028-5

1 問題的提出

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)過程不是學(xué)習(xí)者被動(dòng)地接受知識(shí)，而是積極地建構(gòu)知識(shí)的過程。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)活動(dòng)強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為主體，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)機(jī)，促使他們進(jìn)行“真實(shí)地”學(xué)習(xí)。

拋錨式教學(xué)是建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的一種重要的情景式教學(xué)模式，教育者在教學(xué)時(shí)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)富有真實(shí)性的學(xué)習(xí)情境，使教學(xué)建立在生動(dòng)的真實(shí)情景或真實(shí)問題的基礎(chǔ)上，通過學(xué)生間的自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)，使學(xué)生親身體驗(yàn)從識(shí)別學(xué)習(xí)目標(biāo)、提出學(xué)習(xí)目標(biāo)到實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的教學(xué)過程。教學(xué)中學(xué)生面臨的真實(shí)事件或問題就作為“錨”，而建立和確定這些事件或問題就可形象地比喻為“拋錨”，一旦事件或問題確定了，整個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)程就像輪船被錨固定一樣而被確定。

當(dāng)前有關(guān)拋錨式教學(xué)理論研究的文章比較多，也很具體，但有關(guān)拋錨式教學(xué)用于物理學(xué)科教學(xué)實(shí)踐的研究較少。本文即以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”專題復(fù)習(xí)課教學(xué)為例，討論拋錨式教學(xué)在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課中的教學(xué)實(shí)踐。

2 拋錨式教學(xué)在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課中的教學(xué)實(shí)踐

2.1 實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課的特點(diǎn)

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課之前具有一定的知識(shí)背景，這為學(xué)生自主整合知識(shí)奠定了基礎(chǔ)。但是，學(xué)生對(duì)知識(shí)的簡(jiǎn)單重復(fù)缺少興趣，學(xué)習(xí)的積極性不高。因此，教師必須在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課的設(shè)計(jì)上多動(dòng)腦筋，多花心思。

在教學(xué)中要立足教材，從最基本的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法入手，引導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理和方法、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和誤差分析等。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中要改變紙上談兵的現(xiàn)狀，要讓學(xué)生真正走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，要真做實(shí)驗(yàn)。教師通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，了解學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際困難。注重學(xué)生自已的體驗(yàn)和對(duì)問題的總結(jié)，讓學(xué)生自已去構(gòu)建知識(shí)體系，這樣得出的結(jié)論印象才更為深刻。

2.2 拋錨式教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

拋錨式教學(xué)就是在真實(shí)的情境中，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和教學(xué)內(nèi)容，通過自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)的方式來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情以及分析問題、解決問題的能力。

在高中物理實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課中運(yùn)用拋錨式教學(xué)，其優(yōu)勢(shì)有：

1）學(xué)生有大量的理論知識(shí)作為背景，教師通過在學(xué)生最近發(fā)展區(qū)創(chuàng)設(shè)問題情境（依托教材，但又不拘泥于教材），有助于學(xué)生重新審視實(shí)驗(yàn)原理和方法，從本質(zhì)上真正理解和把握實(shí)驗(yàn)原理和方法，為學(xué)生自主整合知識(shí)奠定了基礎(chǔ)；

2）學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行具體的操作和探究，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，有助于學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦能力的培養(yǎng)；

3）拋錨式教學(xué)所倡導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)與小組合作學(xué)習(xí)，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、探究性學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)精神，還有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力。

2.3 基于拋錨式教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)

2.3.1 教學(xué)內(nèi)容分析

本專題是學(xué)生在掌握“必修2”實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的基本原理和方法的基礎(chǔ)上，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的優(yōu)化、對(duì)測(cè)量方法的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理的比較，使學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律及條件有更深刻的認(rèn)識(shí)。本節(jié)課的重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)思路（方案）的設(shè)計(jì)，即瞬時(shí)速度的測(cè)定及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究前，教師可用問題討論的方式為學(xué)生搭建“腳手架”，解決實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)該注意的一些問題。教學(xué)中要突出學(xué)生的主體地位，放手讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受探究的過程。

2.3.2 教學(xué)目標(biāo)定位

1）理解實(shí)驗(yàn)原理和方法，明確實(shí)驗(yàn)中需要直接測(cè)量的物理量；

2）了解常用測(cè)量儀器的構(gòu)造、測(cè)量原理和使用方法，并能正確測(cè)量有關(guān)物理量；

3）能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；

4）能定性分析實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的原因，并提出減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法。

2.3.3 教學(xué)實(shí)施過程

⒈課前準(zhǔn)備

1）開放力學(xué)實(shí)驗(yàn)室；

2）準(zhǔn)備好完成力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)器材（多套）：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、天平、氣墊導(dǎo)軌、光電門與計(jì)時(shí)器、滑塊、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、導(dǎo)線若干、小球、牛頓管、數(shù)碼相機(jī)等。

⒉教學(xué)過程

師：同學(xué)們，今天我們來共同復(fù)習(xí)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”。

師（問題1）：請(qǐng)同學(xué)們回憶：

1）機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容及表達(dá)式；

2）機(jī)械能守恒定律成立的條件。

生1：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。這叫做機(jī)械能守恒定律。

即：

Ek1+ Ep1= Ek2+ Ep2

或△Ek=-△Ep。

生2：只有重力或彈簧彈力做功。（如除重力、彈力外，還受其他力，其他力不做功或者做功的代數(shù)和為零。）

師：從機(jī)械能守恒定律的兩種表達(dá)式看，第二種方式可省略零勢(shì)能面的選取，減少測(cè)量的總量，更加簡(jiǎn)捷。要驗(yàn)證機(jī)械能守恒，就要看物體（系統(tǒng)）重力勢(shì)能的減少量和相應(yīng)過程物體（系統(tǒng)）動(dòng)能的增加量是否相等。若兩者相等，說明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。這就是實(shí)驗(yàn)的基本原理。

師（問題2）：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，請(qǐng)同學(xué)們思考，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量哪些物理量？

生3：測(cè)量物體的質(zhì)量（m）、物體在豎直方向下落的高度（h）、物體初、末瞬時(shí)速度的大小（v1、v2）。

師（問題3）：生3回答得很準(zhǔn)確。那么，請(qǐng)同學(xué)們思考測(cè)量這些物理量需要用到哪些實(shí)驗(yàn)器材？

生4：質(zhì)量（m）——天平；

高度（h）——刻度尺；

速度的大小（v）——打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶、光電門與計(jì)時(shí)器。

師：生4回答的很具體，為我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)指明了方向。要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，首先要設(shè)計(jì)出滿足機(jī)械能守恒定律條件的運(yùn)動(dòng)過程，其次要利用中學(xué)階段使用過的實(shí)驗(yàn)器材，并且要考慮操作簡(jiǎn)易方便等因素。

師（問題4）：請(qǐng)同學(xué)們回憶，我們?cè)诟咭粚W(xué)習(xí)時(shí)是如何驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的？

生5：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄重物自由下落過程來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

如圖1所示，安裝實(shí)驗(yàn)裝置，將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方，先接通電源后釋放紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。

探究方案二：用帶定滑輪的長木板、小車和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

如圖3所示，連接實(shí)驗(yàn)裝置，用天平測(cè)出小車及重物的質(zhì)量分別為M，m，將帶滑輪的長木板水平放置，將小車放在長木板上并靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，穿上紙帶，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作，再平衡摩擦力。然后掛上重物B，使細(xì)繩與長木板平行，接通電源，釋放小車，取點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，vA、vB為點(diǎn)跡清晰的紙帶上A、B兩點(diǎn)的瞬時(shí)速度，Δh為A、B兩點(diǎn)間的距離。則系統(tǒng)機(jī)械能守恒成立的表達(dá)式是：

探究方案四：用電磁繼電器和光電門驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律

如圖5所示，連接實(shí)驗(yàn)裝置，電磁繼電器（小鐵球）、光電門和紙杯在同一豎直線上。斷開開關(guān)，由靜止釋放小鐵球，用光電計(jì)時(shí)器記錄小鐵球在兩個(gè)光電門間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1、t2，并用刻度尺（圖上未畫出）測(cè)量出兩個(gè)光電門之間的高度h，用天平測(cè)出小鐵球的質(zhì)量m，游標(biāo)卡尺測(cè)出小鐵球直徑D；已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹樘骄糠桨肝澹河脦Фɑ喌墓饣泵?、小車和光電門驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

如圖6所示，連接實(shí)驗(yàn)裝置，水平桌面上固定一傾斜的光滑斜面；斜面上A點(diǎn)處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連；遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上B點(diǎn)有一光電門，可以測(cè)量遮光片經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間t。用d表示A點(diǎn)到斜面低端C點(diǎn)的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，s表示A、B兩點(diǎn)的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度。用g表示重力加速度。則系統(tǒng)機(jī)械能守恒成立的表達(dá)式是：

其中，方案二中利用驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，雖然平衡了摩擦力，但因摩擦及空氣阻力造成的影響仍較顯著，實(shí)驗(yàn)誤差較大。因此，可將方案二中帶定滑輪的長木板換成氣墊導(dǎo)軌來減小摩擦的影響。

方案三、四、五利用光電門、計(jì)時(shí)器測(cè)速度（物體通過光電門的平均速度看作物體通過該點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，即v），其中，方案三利用氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，可以大大減小滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力的影響，具有可操作性。方案四與方案一對(duì)比可知，方案四中沒有紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦，用光電計(jì)時(shí)器也比打點(diǎn)計(jì)時(shí)器更有利于提高精確度。方案五中光滑斜面實(shí)際上很難找到，可以將光滑的斜面換成傾斜的氣墊導(dǎo)軌。

師：各學(xué)習(xí)小組提供的實(shí)際方案很有創(chuàng)意，我很嫉妒?，F(xiàn)在我也給同學(xué)們提供一個(gè)方案，供同學(xué)們參考。既然實(shí)驗(yàn)過程中要減小阻力的影響，可否利用牛頓管和頻閃照相進(jìn)行驗(yàn)證，讓金屬片和羽毛在真空中自由下落？請(qǐng)同學(xué)們思考。

生：同學(xué)們鼓掌，積極思考，參與討論，課堂氣氛活躍。

師：引導(dǎo)各學(xué)習(xí)小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

生：各學(xué)習(xí)小組利用探究方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

教師引導(dǎo)學(xué)生綜合各學(xué)習(xí)小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：如果忽略空氣阻力及測(cè)量誤差等次要因素的影響，即只有重力做功時(shí)，物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，其機(jī)械能的總量不變，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。

課后，各學(xué)習(xí)小組將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、器材、步驟、數(shù)據(jù)記錄和處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等進(jìn)行整理，形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并在小組間進(jìn)行評(píng)估交流，彼此取長補(bǔ)短。

3 反思與總結(jié)

在教學(xué)實(shí)踐中筆者發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生都能積極地參與到小組合作學(xué)習(xí)與討論中，學(xué)習(xí)的積極性高，目標(biāo)達(dá)成的效果比較理想。但也有不足之處：

1）個(gè)別小組的學(xué)生會(huì)游離于所討論“錨”之外，有的組員不服從小組長的管理。課前教師需要加強(qiáng)各學(xué)習(xí)小組的建設(shè)力度；

2）由于受實(shí)驗(yàn)條件的限制，有些實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)室不能提供，需要教師動(dòng)手自制實(shí)驗(yàn)器材；

3）在教學(xué)中，拋“錨”是關(guān)鍵，“錨”拋得好，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性就高，學(xué)習(xí)效果就好。這就要求教師要不斷學(xué)習(xí)，加強(qiáng)理論修養(yǎng)，提高駕馭課堂教學(xué)的能力。

總之，拋錨式教學(xué)在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課教學(xué)中的實(shí)踐還需不斷的探索完善，但它在發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、合作探究能力、分析解決問題能力等方面的優(yōu)勢(shì)是不言而喻的。

同時(shí)，拋錨式教學(xué)的價(jià)值取向和教學(xué)特點(diǎn)與我國中學(xué)物理教學(xué)的新課程理念相一致。

因此，拋錨式教學(xué)在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課的運(yùn)用，對(duì)于突破傳統(tǒng)的教學(xué)思想，提高課堂教學(xué)的實(shí)效性，促進(jìn)物理課堂教學(xué)模式的變革，都具有積極的啟示和借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳 寧.對(duì)“拋錨式”教學(xué)模式的探討[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，22（1）：81.

[2]郎和，郭愛華，宋世花.合作學(xué)習(xí)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”分組實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用[J].中學(xué)物理，2010，28（17）：16.

[3]汪明.物理課堂中“拋錨式”教學(xué)模式的實(shí)踐[J].物理教學(xué)探討，2008，26（21）：8.

[4]物理課程教材研究開發(fā)中心.物理（必修2）教師教學(xué)用書 [M].北京：人民教育出版社，2009.

（欄目編輯 李富強(qiáng)）