“探究影響單擺周期的因素”實驗的分層教學初探

溫敏 毛建平

加德納研究認為，學生在認知結構、智力因素、接受能力等方面存在差異.而實際實驗教學中，教師很少考慮學生的差異，采取對實驗要求“一視同仁”、實驗評價 “一把尺子量到底”這種“一刀切”教學方法，嚴重影響了學生實驗的積極性和主動性，不利于提高學生的實驗技能與水平，導致優等生“吃不飽”而不能盡情展現個性與特長，中等生“吃不好”而不能提高實驗能力，學困生“吃不了”而不能完成實驗任務.實驗分層教學就是從學生的差異出發，依據全體參與性、 自主性、可接受性原則，設計多層次實驗目標，使學生在不同實驗任務的驅使下自主實驗，教師采取“導優補差”輔導策略，對實驗結果“多尺度”評價，探索從學生的差異中尋求實驗分層教學的最佳結合點，下面是實驗分層教學設計的流程圖（圖1）.

1 調查學情，對學生分層

分層前采取談話、問卷等方式了解學生對要探究的科學問題的原有認知和存在的疑惑，結合平時對學生思維方式、知識基礎、接受能力、學習積極性等方面的觀察了解，綜合分析后將學生分為物理基礎薄弱、學習積極性不高、接受能力較差的達標組；物理基礎與接受能力一般、有一定學習主動性的爭優組；物理基礎扎實、學習積極主動、接受能力強的創新組.通過實驗分層教學，使達標組學生能根據實驗情境進行初步猜想，了解實驗目的和原理，在老師引導與示范下，學會設計簡單的實驗方案及選擇實驗器材，處理簡單的實驗數據，得出實驗結論，并簡單應用實驗結論；使爭優組學生會根據實驗情境進行大膽猜想，在教師指導下，明確實驗目的及原理，設計合理的實驗方案，選擇合適的實驗器材，處理實驗數據，得出實驗結論，能應用實驗結論解決一些實際問題，嘗試對實驗進行簡單改進； 使創新組學生會從系統的高度對實驗情境進行大膽猜想，通過教師點撥，理解實驗目的及原理，設計科學的實驗方案，選擇合適的實驗器材，能獨立處理實驗數據得出實驗結論，靈活運用實驗結論解決一些較復雜的問題，會對實驗進行改進和創新.

2 實驗分層教學的課堂設計

2.1 創設情境，形成猜想

利用圖2實驗裝置演示實驗，創設實驗情境.

實驗1：擺長相同，擺球為相同鋼球（或鋁球）的兩個單擺；

實驗時，拉開不同角度、讓兩擺球從同一位置、同時自由擺動，觀察兩個擺球擺動快慢情況.

實驗2：擺長相同，擺球為大小相同的鋼球和鋁球的兩個單擺；

實驗3：擺長不同，擺球為相同鋼球（或鋁球）的兩個單擺；

做實驗2和3時，拉開相同角度、讓兩擺球從同一位置、同時自由擺動，觀察兩個擺球擺動快慢情況.

實驗后，組織學生思考、討論，大膽猜想影響單擺周期的因素，以下是學生們的猜想及相應的理由.

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

（2）單擺周期與擺線長度有關，擺線越長，周期越大；原因：擺線越長，擺球偏離平衡位置越遠，振動的時間會變長.

（3）單擺周期與擺球質量有關，擺球質量越小，擺球運動越慢，周期越大；原因：擺球質量小些，運動得就慢一些.

（4）單擺周期與擺球質量有關，擺球質量越大，慣性越大，擺動的越慢，周期越大；原因：根據彈簧振子做簡諧運動的周期與振子質量有關.

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

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

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

（8）單擺周期與擺球的重力有關，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，小球運動時間越短.

（9）單擺周期與重力加速度有關；原因：單擺做簡諧運動時所受合力F=mgsinθ，加速度a=gsinθ，g不同，加速度也不同，運動所需的時間也會不同.

2.2 自主實驗，分層輔導

（1）對達標組學生

采取低起點、密臺階、小步子、細講解的原則.教師指導學生將猜想（1）至（7）總結為單擺周期與擺長、擺球質量、擺角（或擺角）的關系.以“探究擺長與周期關系”為例說明操作過程：首先，將學生分組，通過教師講解使學生明白實驗原理，幫助學生設計實驗方案，選擇合適的實驗儀器，裝好實驗裝置；其次，指導學生用米尺測出懸點到小球下端的長度l，用游標卡尺測擺球直徑d，根據L=l-[SX（]d[]2[SX）]算出擺長L，多次測量求平均值[AKL-]；再次，指導學生用秒表記下單擺做30次～50次全振動的總時間t，根據T=[SX（]t[]n[SX）]算出單擺振動的平均周期，每個實驗做三次，求周期的平均值[AKT-]=[SX（]T1+T2+T3[]3[SX）]；根據實驗數據總結周期T與擺長L的關系，驗證猜想是否正確；最后，引導學生總結實驗中的注意事項，如為減小誤差，擺線長些好還是短些好？擺球擺到哪個位置開始計時更合適？在有難度的地方，教師需現場示范，學生再模仿老師完成實驗.

（2）對爭優組學生

3 實驗評價

由于不同組實驗任務不同，要采取“多尺度”的評價方式.對達標組學生采取表揚性評價，要多找“閃光點”給予及時肯定與表揚，以提高實驗興趣和信心；對爭優組學生采取激勵性評價，以表揚“亮點”為主，指出不足為輔，幫助學生樹立知難而上的進取心，明白下一步努力的方向；對創新組學生采取競爭性評價，堅持高標準、嚴要求、重應用、求創新的標準，鼓勵相互競爭，對表現突出的學生順勢提出更高的要求，爭取更多的創新與突破.

4 初探總結

這次教學初探充分展示了教師的主導作用、學生的自主與協作意識；學生充分體驗了探究過程帶來的失敗的焦慮感和成功的喜悅；激發了達標組學生的實驗興趣，提高了實驗操作的基本技能；培養了爭優組學生初步的探究意識，初步掌握了科學探究的方法；培養了創新組學生的創新意識，挖掘了學生的潛在智能，但還有以下值得注意的問題.

（1）充分做好課前準備，精心設計探究活動，對學生可能出現的問題做好應對方案.

（2）在探究過程中，學生對面臨的問題沒有解決思路時，教師要適時判斷學生的困惑，給予適當的啟發與幫助，鼓勵學生繼續探究.

（3）對探究要素較多的實驗，教師要根據教學內容的特點，給不同組選擇一個或幾個探究要素進行重點探究，探究過程中組內要采取分工合作的方式.

（4）為保護學生的自尊心，分層結果要盡量隱性處理，哪個學生歸入哪個層級，教師心中有數即可，不能人為將學生分成三六九等、好與壞，給學生貼標簽.

（5）長期的分層教學，對學生分層應采取動態原則，根據學生提高的情況及時調整層級， 使學生處在最佳層級.

實驗分層教學中還有許多問題有待深入探討與研究，如對學生分層前，需綜合考慮哪些因素呢？如何分析這些因素對學生的影響，實現真正的科學分層？在有限的課時內，如何操作才能使各組有條不紊地完成實驗探究任務？實驗探究過程中，如何處理教師的主導性和學生探究自主性的矛盾，促進學生的“探究-建構”，才不讓自主實驗探究演變為“找方抓藥”的機械模仿等.

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