摘要: 基于數(shù)字教材和支架式教學(xué)理論,本文設(shè)計(jì)了從構(gòu)建支架、情境引入、獨(dú)立探索、協(xié)同學(xué)習(xí)到效果評(píng)價(jià)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)步驟,歸納了問(wèn)題、建議、表格、工具四種適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的支架,結(jié)合課例從教學(xué)流程、支架運(yùn)用和數(shù)字教材應(yīng)用方面改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生分享、匯聚、歸檔,以提高其物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>
關(guān)鍵詞:數(shù)字教材;支架式教學(xué);實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>
物理是一門(mén)以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。對(duì)于初中物理教學(xué)而言,教師應(yīng)以物理現(xiàn)象、物理概念和規(guī)律、物理過(guò)程和方法為載體,以科學(xué)探究為主線來(lái)提高學(xué)生的能力和素養(yǎng)。一些學(xué)生在參與實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中只是參照課本或按教師的要求來(lái)做。如此盲目模仿不但無(wú)法理解對(duì)應(yīng)的知識(shí),還可能讓有趣的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)變成煎熬。如何發(fā)揮實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的作用,有效地開(kāi)展以學(xué)生為主體的科學(xué)探究呢?筆者利用數(shù)字教材中的有關(guān)功能,開(kāi)展支架式教學(xué)。教師根據(jù)學(xué)情搭建支架,讓學(xué)生借助支架理解實(shí)驗(yàn),這樣既能幫助學(xué)生理解,又給了學(xué)生自主探究的空間。
一、理論基礎(chǔ)與模式構(gòu)建
(一)支架式教學(xué)理論
支架式教學(xué)源于蘇聯(lián)著名心理學(xué)家維果茨基的最近發(fā)展區(qū)理論。最近發(fā)展區(qū)指學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題時(shí)的實(shí)際發(fā)展水平與教師指導(dǎo)下解決問(wèn)題時(shí)的潛在發(fā)展水平之間的距離[1]。支架式教學(xué)指教師搭建支架,將學(xué)習(xí)任務(wù)逐漸由教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生,最后撤去支架,讓學(xué)生自主探究[2]。
(二)數(shù)字教材應(yīng)用
物理實(shí)驗(yàn)中學(xué)生往往需要研究一個(gè)物理量與多個(gè)可能影響它的因素的關(guān)系。筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由于課堂時(shí)間受限,不同組的學(xué)生探究情況往往是不同的。一組學(xué)生只能獲得部分結(jié)論,將幾組學(xué)生的探究結(jié)果拼湊起來(lái)才能得到完整結(jié)論。這樣做實(shí)驗(yàn),過(guò)程不夠完整,不利于學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。傳統(tǒng)課堂上學(xué)生很難回溯、分享實(shí)驗(yàn)過(guò)程,容易忽略其他小組的實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)。數(shù)字教材作為一種工具支架除了具有基礎(chǔ)的電子課本、圈畫(huà)筆記、插入資源功能外,還提供了師生、生生互動(dòng)的平臺(tái)。物理課堂上,學(xué)生用設(shè)備記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程,借助數(shù)字教材的分享功能提交給教師,并經(jīng)教師向其他學(xué)生推送視頻,這樣就解決了傳統(tǒng)課堂上無(wú)法還原實(shí)驗(yàn)過(guò)程的難題。學(xué)生也可以一邊播放實(shí)驗(yàn)視頻,一邊講解操作的意圖和細(xì)節(jié),接受同伴的點(diǎn)評(píng)。這樣組內(nèi)和小組之間都能協(xié)同學(xué)習(xí),為學(xué)生自主得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論構(gòu)建了支架。此外,數(shù)字教材的應(yīng)用也創(chuàng)新了物理課堂教學(xué)樣態(tài):教師便捷地在課前發(fā)布預(yù)學(xué)習(xí)單,引導(dǎo)學(xué)生自主完成基礎(chǔ)內(nèi)容的預(yù)學(xué)習(xí),回收、整理典型答案,留出適當(dāng)?shù)臅r(shí)間在課堂上分析糾正錯(cuò)誤。在這樣的“半翻轉(zhuǎn)課堂”上學(xué)生有更多的時(shí)間進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究。
(三)教學(xué)模式及步驟
筆者針對(duì)初中物理實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),在實(shí)踐的基礎(chǔ)上對(duì)常規(guī)的支架式教學(xué)模式及步驟加以優(yōu)化。
1.構(gòu)建支架
教師可針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)和學(xué)情應(yīng)用數(shù)字教材來(lái)構(gòu)建合理的支架[3]。
2.情境引入
實(shí)驗(yàn)前,教師為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)器材,設(shè)置情境讓學(xué)生思考并利用現(xiàn)有器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
3.獨(dú)立探索
基礎(chǔ)一般的學(xué)生設(shè)計(jì)和操作實(shí)驗(yàn)時(shí)只能拼湊出一些碎片,需要問(wèn)題和建議等支架支撐,以獲得實(shí)驗(yàn)思路,并上傳到數(shù)字教材平臺(tái)后在班級(jí)中交流,確定一套可行的方案。隨著學(xué)生能力不斷提高,教師減少支架,最終讓學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。
4.協(xié)同學(xué)習(xí)
協(xié)同學(xué)習(xí)主要表現(xiàn)在小組協(xié)同實(shí)驗(yàn)和組間評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生分工進(jìn)行拍攝、操作、記錄,共同思考處理實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題,一起分析、處理數(shù)據(jù),得到結(jié)果,最后將表格和結(jié)論通過(guò)數(shù)字教材平臺(tái)傳給教師。組間點(diǎn)評(píng)時(shí),全班學(xué)生一起思考如何改進(jìn)、解決問(wèn)題,最后由教師點(diǎn)評(píng)。整個(gè)過(guò)程由學(xué)生主導(dǎo),教師做的只是提供或撤去支架,將教學(xué)任務(wù)從教師轉(zhuǎn)移到學(xué)生。
5.效果評(píng)價(jià)
教師從實(shí)驗(yàn)效果和數(shù)字教材的課堂檢測(cè)結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)支架的使用效果。教師借助數(shù)字教材平臺(tái)統(tǒng)計(jì)練習(xí)錯(cuò)誤率,思考實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的典型問(wèn)題,審視使用支架是否幫助學(xué)生達(dá)成目標(biāo),分析如何改善取得更好效果,以及撤去支架后學(xué)生能否獨(dú)立完成學(xué)習(xí)任務(wù)等問(wèn)題。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主要支架
(一)問(wèn)題型支架
教師恰當(dāng)提問(wèn)有利于學(xué)生深入思考。問(wèn)題引導(dǎo)是教師幫助學(xué)生梳理思路的一種教學(xué)支架。教師通過(guò)數(shù)字教材平臺(tái)收集學(xué)生的答案了解學(xué)生的想法,針對(duì)性設(shè)計(jì)后續(xù)支架。
(二)表格型支架
幾乎所有的實(shí)驗(yàn)都需要用表格來(lái)記錄數(shù)據(jù),但大多數(shù)初中生還不具備設(shè)計(jì)表格的能力,基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生也難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。實(shí)驗(yàn)中,教師可利用表格作為教學(xué)支架幫助學(xué)生明確測(cè)量對(duì)象,尋找物理量之間的聯(lián)系,最后得到結(jié)果。
(三)建議型支架
學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)遇到許多問(wèn)題。教師在輔導(dǎo)學(xué)生過(guò)程中要提供支架、給出建議,幫助他們走出困境。當(dāng)然,教師也可以提前提示學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題,通過(guò)數(shù)字教材(平臺(tái))構(gòu)建建議支架,將注意事項(xiàng)發(fā)送給學(xué)生。
(四)工具型支架
教師利用初中學(xué)生的年齡與心理特點(diǎn),上課時(shí)播放一段輔助教學(xué)的視頻,或者使用一些技術(shù)手段,可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在使用數(shù)字教材時(shí),教師可以應(yīng)用插件功能分享問(wèn)題支架,發(fā)布視頻,上傳錄像,講解實(shí)驗(yàn)過(guò)程。當(dāng)然,也可以配合其他軟件教學(xué),如運(yùn)用投屏功能放大演示實(shí)驗(yàn)效果等。
三、應(yīng)用課例分析
(一)“測(cè)定物質(zhì)的密度”課例分析
筆者結(jié)合初中物理實(shí)驗(yàn)支架式教學(xué)的五個(gè)步驟來(lái)分析此案例。
1.構(gòu)建支架
“測(cè)定物質(zhì)的密度”實(shí)驗(yàn)分測(cè)定在水中下沉、上浮的固體密度及液體密度三部分。如果教師讓學(xué)生在課堂上完成全部實(shí)驗(yàn),并掌握測(cè)量密度的方法,實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范,處理誤差,時(shí)間非常緊張。筆者根據(jù)學(xué)生能力和經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建合適、有效的支架,幫助學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng),引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范實(shí)驗(yàn)。
2.情境引入
“測(cè)定物質(zhì)的密度”實(shí)驗(yàn)為密度第二課時(shí)的內(nèi)容,第一課時(shí)學(xué)生通過(guò)“探究質(zhì)量與體積的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)得到了密度的概念。筆者引導(dǎo)學(xué)生初步對(duì)比兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量對(duì)象和測(cè)量目的,接著讓學(xué)生仿照上一課時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),修改表格。
3.獨(dú)立探索
在筆者的提示下,學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)并上傳到數(shù)字教材平臺(tái),在交流得到完整實(shí)驗(yàn)方法后觀看數(shù)字教材平臺(tái)上的演示視頻,找出其中的錯(cuò)誤,形成完整的實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。
4.協(xié)同學(xué)習(xí)
筆者將學(xué)生分成三部分讓他們分別完成各自的實(shí)驗(yàn)。在協(xié)同學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié),學(xué)生分配角色,互助完成實(shí)驗(yàn)操作、表格填寫(xiě)、結(jié)論歸納。在學(xué)生操作時(shí),筆者給出建議,提示他們操作規(guī)范電子秤和量筒,并借助表格支架引導(dǎo)他們多次測(cè)量以減小誤差。由于三個(gè)實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)與操作流程差別較大,學(xué)生對(duì)其他小組的實(shí)驗(yàn)過(guò)程比較陌生,實(shí)驗(yàn)過(guò)程的匯聚共享對(duì)他們非常重要。筆者利用數(shù)字教材平臺(tái)分享各組的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在討論分析每組實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)論的過(guò)程中,學(xué)生能清晰掌握另外兩組實(shí)驗(yàn)的操作流程和實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié),并歸納比較三組實(shí)驗(yàn)的異同,總結(jié)測(cè)定不同物質(zhì)密度的方法。
5.效果評(píng)價(jià)
效果評(píng)價(jià)包括兩方面:一方面,學(xué)生在分享實(shí)驗(yàn)過(guò)程后進(jìn)行組間相互評(píng)價(jià),總結(jié)改進(jìn),一起補(bǔ)充完善并對(duì)實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行評(píng)價(jià),分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題的原因;另一方面,教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和課后練習(xí)的正確率來(lái)評(píng)估支架的有效性,加以完善、補(bǔ)充。
(二)“比熱容”課例分析
筆者主要從初中物理實(shí)驗(yàn)支架式教學(xué)的支架運(yùn)用的角度來(lái)分析此案例。
課前,筆者借助往年相應(yīng)內(nèi)容教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)及班級(jí)的學(xué)情,分析思考學(xué)生在方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作方面的問(wèn)題,以此構(gòu)建支架。
實(shí)驗(yàn)前,學(xué)生通過(guò)數(shù)字教材平臺(tái)上發(fā)布的微視頻了解物體吸收熱量大小可能與物質(zhì)的種類有關(guān)。(教師提供工具支架,借助視頻、分享、投屏等技術(shù)手段幫助學(xué)生突破難點(diǎn),同時(shí)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。)筆者設(shè)置實(shí)驗(yàn)情境,為學(xué)生提供鐵架臺(tái)、秒表、酒精燈、燒杯、水、煤油和溫度計(jì)等實(shí)驗(yàn)物品,同時(shí)提出問(wèn)題:(1)采用什么物理方法實(shí)驗(yàn);(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要控制哪些物理量不變;(3)如何判斷液體吸收熱量大小;(4)怎樣控制溫度變化量使之相同。(教師提供問(wèn)題支架,通過(guò)一系列的問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生思考,串聯(lián)學(xué)生思路,循序漸進(jìn)讓學(xué)生理解知識(shí),當(dāng)學(xué)生的理解出現(xiàn)偏差時(shí),給予提示。)筆者讓學(xué)生借助問(wèn)題支架獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),并通過(guò)數(shù)字教材平臺(tái)傳給教師,在交流點(diǎn)評(píng)后確定最終的實(shí)驗(yàn)方案并總結(jié)注意事項(xiàng)(此為建議支架)。此實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)在于每隔相同的溫度變化量分別記錄下水和煤油加熱的時(shí)間,分析質(zhì)量與升高溫度相同的情況下,吸收的熱量與物質(zhì)種類的關(guān)系。
隨后,學(xué)生通過(guò)數(shù)字教材平臺(tái)下載實(shí)驗(yàn)表格以及實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。教師的工作是提供建議支架,實(shí)驗(yàn)前給出實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng),引導(dǎo)學(xué)生避免常見(jiàn)錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,筆者針對(duì)性給各組提出建議,輔導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,整理總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的建議內(nèi)容,讓學(xué)生加深印象。
實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后,教師觀察每組學(xué)生實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性,適時(shí)給出建議(提供建議支架)。例如,提醒學(xué)生規(guī)范溫度計(jì)讀數(shù),注意火焰的控制,盡量讓兩種液體在相同的時(shí)間內(nèi)吸收相同的熱量等。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后將表格和結(jié)果上傳到數(shù)字教材平臺(tái),自主分享與評(píng)價(jià)。教師借助問(wèn)題(提供問(wèn)題支架)引導(dǎo)學(xué)生回溯、總結(jié)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)誤差的原因。最后,筆者借助表格(提供表格支架),明確實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募斑M(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的意圖,同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析比較有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到結(jié)論(見(jiàn)表1)。筆者引導(dǎo)學(xué)生分析比較實(shí)驗(yàn)序號(hào)2或3或4得到吸收熱量與物質(zhì)種類的關(guān)系,即質(zhì)量相同的不同物質(zhì)升高相同的溫度,吸收的熱量不同。隨后,筆者撤去支架,要求學(xué)生借助剛才的經(jīng)驗(yàn)繼續(xù)研究吸收的熱量與質(zhì)量的關(guān)系,培養(yǎng)他們自主探究的能力。
學(xué)生操作比熱容實(shí)驗(yàn)時(shí)由于誤差較大,無(wú)法得到物理量之間的準(zhǔn)確關(guān)系。筆者使用DIS實(shí)驗(yàn)裝置(提供工具支架)中的溫度傳感器將它們的關(guān)系繪制出來(lái)呈現(xiàn)在軟件界面中。學(xué)生經(jīng)過(guò)分析比較得到結(jié)論:對(duì)于同種物質(zhì),吸收的熱量與質(zhì)量和升高溫度乘積的比值為定值。筆者借此讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到這個(gè)比值與物質(zhì)的種類有關(guān),幫助學(xué)生建立比熱容的概念。
最后,筆者評(píng)估學(xué)生課堂實(shí)驗(yàn)和數(shù)字教材配套作業(yè)效果,改進(jìn)支架。
(三)“二力平衡”課例分析
實(shí)驗(yàn)前,學(xué)生通過(guò)單擺的例子了解并不是物體受到兩個(gè)力的作用就能處在平衡狀態(tài)。筆者引導(dǎo)學(xué)生思考:如果物體在兩個(gè)力的作用下處在平衡狀態(tài),這兩個(gè)力要滿足怎樣的條件(提供問(wèn)題支架)。筆者設(shè)置實(shí)驗(yàn)情境:用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉一片綁著數(shù)根繩子的硬紙片,讓學(xué)生思考當(dāng)紙片靜止平衡時(shí)兩個(gè)力是怎樣的關(guān)系,為何選用硬紙片,實(shí)驗(yàn)前彈簧測(cè)力計(jì)要在哪個(gè)方向上調(diào)零(提供問(wèn)題支架),提出實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(提供建議支架)。通常學(xué)生實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)通過(guò)生活經(jīng)驗(yàn)知道兩個(gè)力要大小相等、方向相反這兩個(gè)條件,筆者還是建議學(xué)生試一試:將紙片扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度,讓學(xué)生思考在兩個(gè)力還是大小相等、方向相反的情況下,紙片能否平衡(提供建議支架),得到兩個(gè)力要在同一直線上這一結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)束,學(xué)生利用數(shù)字教材的分享功能自主交流、補(bǔ)充,完善實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
筆者接著提問(wèn):剛才實(shí)驗(yàn)時(shí)紙片是靜止的,得到的結(jié)論是否有局限性呢(提供問(wèn)題支架)?學(xué)生認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)并不能說(shuō)明在兩個(gè)力作用下勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體也滿足上述條件。隨后,筆者讓學(xué)生獨(dú)立思考在勻速拉動(dòng)紙片實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意哪些細(xì)節(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束,教師通過(guò)數(shù)字教材平臺(tái)進(jìn)行分享的過(guò)程中學(xué)生往往會(huì)提出疑問(wèn):很難用手控制勻速拉動(dòng)紙片。筆者運(yùn)用DIS實(shí)驗(yàn)器材(提供工具支架)和能夠勻速拉動(dòng)物體的發(fā)動(dòng)機(jī)解決此問(wèn)題,但學(xué)生還不能理解力反映在圖像上的情況。筆者先讓學(xué)生思考:如果突然向上或者突然向下移動(dòng),傳感器示數(shù)和屏幕上的圖像會(huì)怎樣變化,勻速向下或向上運(yùn)動(dòng)又會(huì)有什么變化呢(提供問(wèn)題支架)?筆者讓學(xué)生展開(kāi)討論并將答案上傳到數(shù)字教材平臺(tái),通過(guò)幾次嘗試讓學(xué)生理解力的圖像后再進(jìn)行后續(xù)研究,得出結(jié)論。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束,學(xué)生利用數(shù)字教材平臺(tái)整理、完善實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的要點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論,將它們與錄像一起儲(chǔ)存在數(shù)字教材云端,以便回溯查找之用。課后,筆者讓學(xué)生分析平衡力與相互作用力的區(qū)別,并將作業(yè)上傳到數(shù)字教材平臺(tái)。
最后,筆者評(píng)估課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)和數(shù)字教材配套作業(yè)效果,改進(jìn)支架。
筆者在任教班級(jí)開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)多次采用基于數(shù)字教材的支架式教學(xué)方法,而另一個(gè)平行班級(jí)的物理任課教師采用傳統(tǒng)教學(xué)方法,兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力相當(dāng),由于支架式實(shí)驗(yàn)教學(xué)更注重學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng),再加上數(shù)字教材的筆記功能的應(yīng)用有助于學(xué)生復(fù)習(xí)(每個(gè)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)、過(guò)程、數(shù)據(jù)及結(jié)論均可重現(xiàn)),所以在幾次實(shí)驗(yàn)測(cè)試中,接受支架式實(shí)驗(yàn)教學(xué)授課的學(xué)生實(shí)驗(yàn)題正確率明顯高出對(duì)比班級(jí)。接受支架式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康母用鞔_,對(duì)于實(shí)驗(yàn)步驟和操作規(guī)范性掌握得更好,同時(shí)也能準(zhǔn)確地分析數(shù)據(jù)得到結(jié)論。
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(作者系上海市洛川學(xué)校教師)