“探究影響單擺周期的因素”實(shí)驗(yàn)的分層教學(xué)初探

溫敏 毛建平

加德納研究認(rèn)為，學(xué)生在認(rèn)知結(jié)構(gòu)、智力因素、接受能力等方面存在差異.而實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師很少考慮學(xué)生的差異，采取對(duì)實(shí)驗(yàn)要求“一視同仁”、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià) “一把尺子量到底”這種“一刀切”教學(xué)方法，嚴(yán)重影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，不利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能與水平，導(dǎo)致優(yōu)等生“吃不飽”而不能盡情展現(xiàn)個(gè)性與特長(zhǎng)，中等生“吃不好”而不能提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，學(xué)困生“吃不了”而不能完成實(shí)驗(yàn)任務(wù).實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)就是從學(xué)生的差異出發(fā)，依據(jù)全體參與性、 自主性、可接受性原則，設(shè)計(jì)多層次實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，使學(xué)生在不同實(shí)驗(yàn)任務(wù)的驅(qū)使下自主實(shí)驗(yàn)，教師采取“導(dǎo)優(yōu)補(bǔ)差”輔導(dǎo)策略，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果“多尺度”評(píng)價(jià)，探索從學(xué)生的差異中尋求實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)的最佳結(jié)合點(diǎn)，下面是實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)設(shè)計(jì)的流程圖（圖1）.

1 調(diào)查學(xué)情，對(duì)學(xué)生分層

分層前采取談話、問(wèn)卷等方式了解學(xué)生對(duì)要探究的科學(xué)問(wèn)題的原有認(rèn)知和存在的疑惑，結(jié)合平時(shí)對(duì)學(xué)生思維方式、知識(shí)基礎(chǔ)、接受能力、學(xué)習(xí)積極性等方面的觀察了解，綜合分析后將學(xué)生分為物理基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)積極性不高、接受能力較差的達(dá)標(biāo)組；物理基礎(chǔ)與接受能力一般、有一定學(xué)習(xí)主動(dòng)性的爭(zhēng)優(yōu)組；物理基礎(chǔ)扎實(shí)、學(xué)習(xí)積極主動(dòng)、接受能力強(qiáng)的創(chuàng)新組.通過(guò)實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)，使達(dá)標(biāo)組學(xué)生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行初步猜想，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚诶蠋熞龑?dǎo)與示范下，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案及選擇實(shí)驗(yàn)器材，處理簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并簡(jiǎn)單應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)論；使?fàn)巸?yōu)組學(xué)生會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行大膽猜想，在教師指導(dǎo)下，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸?，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，能應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)論解決一些實(shí)際問(wèn)題，嘗試對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單改進(jìn)； 使創(chuàng)新組學(xué)生會(huì)從系統(tǒng)的高度對(duì)實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行大膽猜想，通過(guò)教師點(diǎn)撥，理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸?，設(shè)計(jì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材，能獨(dú)立處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)結(jié)論解決一些較復(fù)雜的問(wèn)題，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新.

2 實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)的課堂設(shè)計(jì)

2.1 創(chuàng)設(shè)情境，形成猜想

利用圖2實(shí)驗(yàn)裝置演示實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境.

實(shí)驗(yàn)1：擺長(zhǎng)相同，擺球?yàn)橄嗤撉颍ɑ蜾X球）的兩個(gè)單擺；

實(shí)驗(yàn)時(shí)，拉開不同角度、讓兩擺球從同一位置、同時(shí)自由擺動(dòng)，觀察兩個(gè)擺球擺動(dòng)快慢情況.

實(shí)驗(yàn)2：擺長(zhǎng)相同，擺球?yàn)榇笮∠嗤匿撉蚝弯X球的兩個(gè)單擺；

實(shí)驗(yàn)3：擺長(zhǎng)不同，擺球?yàn)橄嗤撉颍ɑ蜾X球）的兩個(gè)單擺；

做實(shí)驗(yàn)2和3時(shí)，拉開相同角度、讓兩擺球從同一位置、同時(shí)自由擺動(dòng)，觀察兩個(gè)擺球擺動(dòng)快慢情況.

實(shí)驗(yàn)后，組織學(xué)生思考、討論，大膽猜想影響單擺周期的因素，以下是學(xué)生們的猜想及相應(yīng)的理由.

（1）單擺周期與擺線長(zhǎng)度有關(guān)，擺線越長(zhǎng)，周期越大；原因：擺線長(zhǎng)的擺球振動(dòng)得比較慢.

（2）單擺周期與擺線長(zhǎng)度有關(guān)，擺線越長(zhǎng)，周期越大；原因：擺線越長(zhǎng)，擺球偏離平衡位置越遠(yuǎn)，振動(dòng)的時(shí)間會(huì)變長(zhǎng).

（3）單擺周期與擺球質(zhì)量有關(guān)，擺球質(zhì)量越小，擺球運(yùn)動(dòng)越慢，周期越大；原因：擺球質(zhì)量小些，運(yùn)動(dòng)得就慢一些.

（4）單擺周期與擺球質(zhì)量有關(guān)，擺球質(zhì)量越大，慣性越大，擺動(dòng)的越慢，周期越大；原因：根據(jù)彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期與振子質(zhì)量有關(guān).

（5）單擺周期與擺角有關(guān)，擺角越大，周期越大；原因：擺角越大，到平衡位置的距離越大，回到平衡位置的時(shí)間就越長(zhǎng).

（6）單擺周期與振幅有關(guān)，振幅越大，周期越長(zhǎng)；原因：振幅越大，回到平衡位置的時(shí)間越長(zhǎng).

（7）單擺周期與振幅或擺角的關(guān)系相同，擺角或振幅越大，周期越大；原因：擺角與振幅其實(shí)是一回事.

（8）單擺周期與擺球的重力有關(guān)，擺球的重力越大，周期越小；原因：擺球的重力越大，重力加速度越大，小球運(yùn)動(dòng)時(shí)間越短.

（9）單擺周期與重力加速度有關(guān)；原因：?jiǎn)螖[做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)所受合力F=mgsinθ，加速度a=gsinθ，g不同，加速度也不同，運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間也會(huì)不同.

2.2 自主實(shí)驗(yàn)，分層輔導(dǎo)

（1）對(duì)達(dá)標(biāo)組學(xué)生

采取低起點(diǎn)、密臺(tái)階、小步子、細(xì)講解的原則.教師指導(dǎo)學(xué)生將猜想（1）至（7）總結(jié)為單擺周期與擺長(zhǎng)、擺球質(zhì)量、擺角（或擺角）的關(guān)系.以“探究擺長(zhǎng)與周期關(guān)系”為例說(shuō)明操作過(guò)程：首先，將學(xué)生分組，通過(guò)教師講解使學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)原理，幫助學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器，裝好實(shí)驗(yàn)裝置；其次，指導(dǎo)學(xué)生用米尺測(cè)出懸點(diǎn)到小球下端的長(zhǎng)度l，用游標(biāo)卡尺測(cè)擺球直徑d，根據(jù)L=l-[SX（]d[]2[SX）]算出擺長(zhǎng)L，多次測(cè)量求平均值[AKL-]；再次，指導(dǎo)學(xué)生用秒表記下單擺做30次～50次全振動(dòng)的總時(shí)間t，根據(jù)T=[SX（]t[]n[SX）]算出單擺振動(dòng)的平均周期，每個(gè)實(shí)驗(yàn)做三次，求周期的平均值[AKT-]=[SX（]T1+T2+T3[]3[SX）]；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)周期T與擺長(zhǎng)L的關(guān)系，驗(yàn)證猜想是否正確；最后，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，如為減小誤差，擺線長(zhǎng)些好還是短些好？擺球擺到哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí)更合適？在有難度的地方，教師需現(xiàn)場(chǎng)示范，學(xué)生再模仿老師完成實(shí)驗(yàn).

（2）對(duì)爭(zhēng)優(yōu)組學(xué)生

3 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

由于不同組實(shí)驗(yàn)任務(wù)不同，要采取“多尺度”的評(píng)價(jià)方式.對(duì)達(dá)標(biāo)組學(xué)生采取表?yè)P(yáng)性評(píng)價(jià)，要多找“閃光點(diǎn)”給予及時(shí)肯定與表?yè)P(yáng)，以提高實(shí)驗(yàn)興趣和信心；對(duì)爭(zhēng)優(yōu)組學(xué)生采取激勵(lì)性評(píng)價(jià)，以表?yè)P(yáng)“亮點(diǎn)”為主，指出不足為輔，幫助學(xué)生樹立知難而上的進(jìn)取心，明白下一步努力的方向；對(duì)創(chuàng)新組學(xué)生采取競(jìng)爭(zhēng)性評(píng)價(jià)，堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求、重應(yīng)用、求創(chuàng)新的標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)相互競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)表現(xiàn)突出的學(xué)生順勢(shì)提出更高的要求，爭(zhēng)取更多的創(chuàng)新與突破.

4 初探總結(jié)

這次教學(xué)初探充分展示了教師的主導(dǎo)作用、學(xué)生的自主與協(xié)作意識(shí)；學(xué)生充分體驗(yàn)了探究過(guò)程帶來(lái)的失敗的焦慮感和成功的喜悅；激發(fā)了達(dá)標(biāo)組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高了實(shí)驗(yàn)操作的基本技能；培養(yǎng)了爭(zhēng)優(yōu)組學(xué)生初步的探究意識(shí)，初步掌握了科學(xué)探究的方法；培養(yǎng)了創(chuàng)新組學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，挖掘了學(xué)生的潛在智能，但還有以下值得注意的問(wèn)題.

（1）充分做好課前準(zhǔn)備，精心設(shè)計(jì)探究活動(dòng)，對(duì)學(xué)生可能出現(xiàn)的問(wèn)題做好應(yīng)對(duì)方案.

（2）在探究過(guò)程中，學(xué)生對(duì)面臨的問(wèn)題沒(méi)有解決思路時(shí)，教師要適時(shí)判斷學(xué)生的困惑，給予適當(dāng)?shù)膯l(fā)與幫助，鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)探究.

（3）對(duì)探究要素較多的實(shí)驗(yàn)，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，給不同組選擇一個(gè)或幾個(gè)探究要素進(jìn)行重點(diǎn)探究，探究過(guò)程中組內(nèi)要采取分工合作的方式.

（4）為保護(hù)學(xué)生的自尊心，分層結(jié)果要盡量隱性處理，哪個(gè)學(xué)生歸入哪個(gè)層級(jí)，教師心中有數(shù)即可，不能人為將學(xué)生分成三六九等、好與壞，給學(xué)生貼標(biāo)簽.

（5）長(zhǎng)期的分層教學(xué)，對(duì)學(xué)生分層應(yīng)采取動(dòng)態(tài)原則，根據(jù)學(xué)生提高的情況及時(shí)調(diào)整層級(jí)， 使學(xué)生處在最佳層級(jí).

實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)中還有許多問(wèn)題有待深入探討與研究，如對(duì)學(xué)生分層前，需綜合考慮哪些因素呢？如何分析這些因素對(duì)學(xué)生的影響，實(shí)現(xiàn)真正的科學(xué)分層？在有限的課時(shí)內(nèi)，如何操作才能使各組有條不紊地完成實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)？實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，如何處理教師的主導(dǎo)性和學(xué)生探究自主性的矛盾，促進(jìn)學(xué)生的“探究-建構(gòu)”，才不讓自主實(shí)驗(yàn)探究演變?yōu)椤罢曳阶ニ帯钡臋C(jī)械模仿等.

【廣西省研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目——探究式學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)“社區(qū)”的架構(gòu)及應(yīng)用】