基于概念圖開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)研究

摘要：本文以概念圖的形式，對(duì)高中物理第二冊(cè)“動(dòng)量”一章開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的具體過(guò)程進(jìn)行了展示和說(shuō)明，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

關(guān)鍵詞：概念圖；研究性學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)研究；

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-6148(2007)4(S)-0004-4

在中學(xué)物理課堂教學(xué)中開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)，是根據(jù)教材內(nèi)容及要求，由教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材和背景材料，讓學(xué)生自己擬定研究方案、實(shí)驗(yàn)步驟，要求學(xué)生在一定時(shí)間內(nèi)完成自己的實(shí)驗(yàn)、觀察、分析、討論、總結(jié)等一系列的學(xué)習(xí)活動(dòng)。本文將概念圖引入物理課堂的研究性學(xué)習(xí)中，利用概念圖的教學(xué)策略表征發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、探索物理規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)選取高二年級(jí)兩個(gè)學(xué)習(xí)水平、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)成績(jī)等方面基本相同的04．2班和04．5班為研究對(duì)象，其中04．2班為對(duì)照班，04．5為實(shí)驗(yàn)班。在學(xué)習(xí)“動(dòng)量”一章內(nèi)容時(shí)，對(duì)照班沿用常規(guī)教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)班以概念圖為手段，開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)的教與學(xué)活動(dòng)，歷時(shí)3周。以下展示的是在實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行的教學(xué)流程：準(zhǔn)備和指導(dǎo)→開(kāi)展研究活動(dòng)→學(xué)習(xí)成果展示和交流→測(cè)評(píng)，在測(cè)評(píng)階段還對(duì)實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)比較。

1 準(zhǔn)備和指導(dǎo)

1．1 明確該章學(xué)習(xí)的總目標(biāo)

教師以學(xué)案的形式列出該章節(jié)的研究目標(biāo)和要求，其中包括要完成的知識(shí)、技能、過(guò)程、方法、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)等具體目標(biāo)，以幫助教師規(guī)劃、指導(dǎo)學(xué)生的探索活動(dòng)并檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的情況。相關(guān)內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：

(1)本章主要的知識(shí)點(diǎn)

物理概念：動(dòng)量和沖量。

物理規(guī)律：動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律。

(2)具體目標(biāo)

知識(shí)和技能方面：理解動(dòng)量和沖量的概念；理解動(dòng)量定理，會(huì)用動(dòng)量定理解釋現(xiàn)象和處理有關(guān)問(wèn)題；理解動(dòng)量守恒定律及適用范圍，會(huì)用動(dòng)量守恒定律解釋現(xiàn)象。

過(guò)程與方法方面：帶著小課題，以小組合作方式探究學(xué)習(xí)；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，了解研究方法，探索知識(shí)的形成過(guò)程；滿足好奇心，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，接受潛移默化的科學(xué)精神教育。

(3)達(dá)到目標(biāo)的途徑：通過(guò)查閱資料完成研究小課題、設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，以小組合作的形式開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)。

1．2 設(shè)計(jì)研究小課題

在活動(dòng)之前，教師設(shè)計(jì)了一份“研究小課題”，以引導(dǎo)、規(guī)范學(xué)生的自學(xué)、研究行為，根據(jù)小課題撰寫(xiě)小論文或研究報(bào)告。研究小課題如下：

(1)為什么要引入動(dòng)量?它與質(zhì)量、速度及動(dòng)能有什么區(qū)別聯(lián)系?試用概念圖表示。

(2)為什么要引入沖量?它與力、動(dòng)量有什么聯(lián)系?試用概念圖表示。

(3)試用概念圖將動(dòng)量定理從牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)出來(lái)，并探討它們的適用范圍。

(4)你可以設(shè)計(jì)1—2個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究動(dòng)量定理或動(dòng)量守恒定律嗎?

(5)你可以找到3個(gè)以上用動(dòng)量定理或動(dòng)量守恒定律來(lái)解釋的生活中的物理現(xiàn)象嗎?

2 開(kāi)展研究活動(dòng)

2．1 用概念圖表征研究過(guò)程

教師完成準(zhǔn)備工作后，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下開(kāi)始進(jìn)行課前的試探研究。這些研究活動(dòng)包括：自學(xué)本章“動(dòng)量”知識(shí)、查閱資料完成小課題、設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)、組內(nèi)交流和討論，并提出拓展性問(wèn)題。這些活動(dòng)主要以小組形式在課下完成，歷時(shí)2周。隨后，按照計(jì)劃進(jìn)入該章節(jié)的課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深化研究。其研究步驟有：觀察現(xiàn)象→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→建立概念→發(fā)現(xiàn)規(guī)律→知識(shí)運(yùn)用。首先，在教師創(chuàng)設(shè)的物理情境中觀察分析，如通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)、放映多媒體課件或錄相等；然后，演示學(xué)生當(dāng)堂或課前設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象的本質(zhì)進(jìn)行科學(xué)思維，建立物理概念，并要求學(xué)生了解歷史上建立此概念的過(guò)程，理解概念的含義；通過(guò)實(shí)驗(yàn)歸納和理論演繹發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，選擇前面設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；利用所學(xué)的物理規(guī)律解決生活中的問(wèn)題，使學(xué)生體會(huì)到物理學(xué)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用以及對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響。教師應(yīng)圍繞學(xué)生開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑、互相交流、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。此探究過(guò)程用概念圖來(lái)表征，可明確研究路徑和方向，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)；教師按照?qǐng)D示指導(dǎo)，可順利完成教學(xué)目標(biāo)。具體內(nèi)容見(jiàn)圖1“開(kāi)展研究活動(dòng)”程序概念圖。

2．2 案例

學(xué)生在形成概念階段設(shè)計(jì)了多種多樣的實(shí)驗(yàn)，有些操作性極強(qiáng)。例如，一位同學(xué)設(shè)計(jì)并制作了研究“動(dòng)量”概念的實(shí)驗(yàn)：如圖2所示，有一個(gè)長(zhǎng)40cm、內(nèi)徑3.5cm的有機(jī)玻璃圓筒，內(nèi)有一滑塊M，滑塊周邊包一層絨布使之與筒壁有較大的摩擦，一細(xì)繩一端固定在滑塊上，另一端留在筒外，另備有質(zhì)量分別為70g和30g的鋼球。將兩球分別從20cm和40cm豎直上方自由釋放，滑塊被撞擊向下滑動(dòng)一段距離。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滑塊被撞擊移動(dòng)的距離不但與球的質(zhì)量有關(guān)，還與撞擊前球的速度(即球下落的高度)有關(guān)，故為了描述運(yùn)動(dòng)物體的這種性質(zhì)引入一個(gè)新的物理量——?jiǎng)恿俊?/p>

3 學(xué)習(xí)成果展示、交流和評(píng)價(jià)

3.1 學(xué)習(xí)成果展示

課堂上各組爭(zhēng)派代表用概念圖講解，同學(xué)們提出問(wèn)題、討論。圖3是一位同學(xué)利用Inspiration8．0 Trial軟件制作的概念圖?？梢?jiàn)，此同學(xué)不僅能夠利用概念圖把該章主要概念用恰當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)詞進(jìn)行正確連接，同時(shí)能讓本章新內(nèi)容與前面已學(xué)的知識(shí)發(fā)生聯(lián)系。

3.2 研究論文的交流與評(píng)價(jià)

在展示、交流學(xué)習(xí)成果的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生對(duì)論文或研究報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的主體是每個(gè)研究小組成員；內(nèi)容是研究的過(guò)程、成果；目的是引發(fā)反思并激勵(lì)探究精神。

評(píng)價(jià)原則：使用量表進(jìn)行評(píng)價(jià)，方式是自評(píng)和他評(píng)，見(jiàn)表1。

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：表中每項(xiàng)不符合為0分；部分符合為1分；完全符合為2分。加分項(xiàng)由教師和學(xué)生協(xié)調(diào)審核。總分等于學(xué)生自評(píng)、同學(xué)評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)、加分四項(xiàng)的總和。

評(píng)定等級(jí)：滿分為48分，其中40～48分為超級(jí)優(yōu)秀；31～39分為優(yōu)秀；23～30分為良好；23分以下為尚須努力。

評(píng)定結(jié)果：實(shí)驗(yàn)班共55人，分為12個(gè)組。測(cè)評(píng)結(jié)果見(jiàn)下表2。

4 測(cè)評(píng)

1.問(wèn)卷調(diào)查與分析

調(diào)查內(nèi)容：活動(dòng)結(jié)束后，對(duì)這次利用概念圖進(jìn)行課堂教學(xué)的研究性學(xué)習(xí)做了一次問(wèn)卷調(diào)查，內(nèi)容為(可多選)：

(1)你按照老師的安排在課外、課內(nèi)的研究性學(xué)習(xí)中使用概念圖了嗎?( )

A．完全使用；B．上課時(shí)使用；C.下課時(shí)使用；D．都沒(méi)用。

(2)你認(rèn)為影響物理學(xué)習(xí)的主要因素：( )

A．物理概念之間的關(guān)系；B．興趣；C.學(xué)習(xí)方式；D．物理知識(shí)的呈現(xiàn)方式；E．其他。

(3)你認(rèn)為物理知識(shí)呈現(xiàn)方式( )

A．按書(shū)本順序一個(gè)接一個(gè)地講；B．按知識(shí)結(jié)構(gòu)講；C．按知識(shí)結(jié)構(gòu)圖示講。

(4)你對(duì)利用概念圖進(jìn)行的研究性學(xué)習(xí)的感覺(jué)是：( )

A．有濃厚的興趣；B．很有興趣；C．比較有興趣；D．不感興趣。

(5)在活動(dòng)中你認(rèn)為自己在哪些方面得到了提高( )

A．概念圖工具的使用；B．信息處理能力；C．合作溝通能力；D．組織管理能力；E．寫(xiě)作能力；F．學(xué)習(xí)方式的多樣化；G．其他。

(6)你對(duì)自己的評(píng)價(jià)感到( )

A．很滿意；B．滿意；C，一般；D．不滿意；E．很不滿意。

(7)你認(rèn)為這種評(píng)價(jià)方式：( )

A．很好；B，好；C．一般；D．不好；E．很差。

(8)你認(rèn)為這一做法應(yīng)該持續(xù)下去嗎?( )

A，很有必要；B．有必要；C．沒(méi)有必要。

調(diào)查結(jié)果分析：

調(diào)查使用無(wú)記名方式進(jìn)行，共收到55份問(wèn)卷。八項(xiàng)內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)分析如下：

(1)選A占19．6%；選B占39．1%；選C占42．3%；選D占9．0%。概念圖作為一種有效的學(xué)習(xí)工具被大多數(shù)學(xué)生接受。

(2)選A占63．6%；選B占86．1%；選C占72．3%；選D占49．0%。基于概念圖的研究性學(xué)習(xí)能夠激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，以圖示的方式呈現(xiàn)物理知識(shí)，利于揭示概念間的關(guān)系，能改變學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)局面。

(3)選A占19．6%；選B占30．1%；選C占50．3%。概念圖符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的教學(xué)策略，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

(4)選A占31.1%；選B占32．6%；選C占29．1%；選D占7．2%。利用概念圖的研究性學(xué)習(xí)普遍受到學(xué)生的歡迎。

(5)選A占59．4%；選B占38．3%；選C占42．3％；選D占29．0%；選E占15．2%；選F占42．0%；選G占30．1%。概念圖工具易于被學(xué)生接受和使用，而且利于其多種能力的鍛煉和提高。

(6)選A占39．2%；選B占45.1%；兩項(xiàng)占84．3%，大部分學(xué)生對(duì)自己的評(píng)價(jià)滿意。

(7)選A占28．7%；選B占42．8%；兩項(xiàng)占71．5%，多數(shù)學(xué)生對(duì)這種評(píng)價(jià)方式持肯定態(tài)度。

(8)選A占19.4%；選B占37.3%；兩項(xiàng)共占56.7%，多數(shù)學(xué)生對(duì)這種教學(xué)模式比較感興趣。

2．形成性測(cè)驗(yàn)

教學(xué)實(shí)驗(yàn)在高二第一學(xué)期開(kāi)學(xué)時(shí)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，將上學(xué)期的期末成績(jī)作為本次實(shí)驗(yàn)的始測(cè)成績(jī)，見(jiàn)表3。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)本章教學(xué)目標(biāo)，由它校教師命題，同時(shí)對(duì)兩班進(jìn)行考核，成績(jī)對(duì)比見(jiàn)表4。

采用雙側(cè)檢驗(yàn)，從成績(jī)統(tǒng)計(jì)決斷看，教學(xué)效果對(duì)比結(jié)果是：實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班產(chǎn)生顯著差異，可見(jiàn)，基于概念圖教學(xué)策略的研究性學(xué)習(xí)使實(shí)驗(yàn)班成績(jī)顯著提高。

5 結(jié)語(yǔ)

概念圖是一個(gè)濃縮了的知識(shí)精品，它能梳理知識(shí)層次，幫助學(xué)生自主構(gòu)建知識(shí)。從轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式、培養(yǎng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力的最終目標(biāo)上來(lái)看，在教學(xué)中實(shí)施概念圖策略的研究性學(xué)習(xí)，能夠達(dá)成新課標(biāo)的基本理念。

(欄目編輯 趙保鋼)