逐層深入開展實驗教學 提升學生小組合作能力

陳進文

摘 要： 合作是當今社會的主流，團體的力量高于個人的力量，人們要用團隊的力量完成某項工作，因此，合作的重要性不言而喻.在初中物理實驗中，由于中考的原因，學生內心普遍對實驗重視程度不足，加之實驗手段較為單一，使得初中物理實驗教學不夠深入，也不能有效提升學生小組合作能力.

關鍵詞： 實驗教學;小組合作;電學實驗

近些年來，隨著國家和社會對學生動手能力的重視，初中物理實驗受到了廣泛關注，但是很多學生在學習中的效果不佳，小組合作探究階段課堂氛圍較亂，不利于課堂教學，也無助于學習有效知識，在此背景下，教師借助于電學實驗教學展開探討，希望對大家有所幫助.

對于較難的實驗，學生很難獨立完成，借助于小組合作和教師指導，教師要能夠掌控課堂教學的節奏，有效提升實驗質量.物理實驗小組合作的流程圖如圖1所示.

1 基于提升小組合作能力的物理實驗

在初中物理實驗中，教師首先要考慮學生分組問題，適當的人數是展開小組實驗的前提，一般各組以4人為主，依據實驗的難易程度進行人數的加減，保證每名成員都有獲得，避免出現消極上課的情況.教師要選取合適的實驗供學生展開小組合作，培養他們的合作意識，形成良好的互動氛圍，提升課堂實驗的氣氛.

1.1 測定小燈泡的電功率

【教學背景】用電流表、電壓表測定小燈泡的功率一直是初中物理教學的重點之一，也是近年中考的熱門考點.本班學生的基本知識和技能都有所欠缺，因此，小組實驗有助于掌握實驗最基本的操作、掌握儀器的使用和操作方法，逐步深入探究實驗，掌握本節課的重點內容.

在上課階段，教師問道：“我們學習過電功率，但是大家說下家里的燈的功率是多少呢？實際功率是否就等同于額定功率呢？這些都需要大家一一測量.”學生需要小組討論探討測定功率的方法，得到利用公式P=IU來測定小燈泡的電功率.教師為學生布置了相關的任務：

（1）實驗的原理是什么？

（2）實驗過程中需要什么實驗器材？

（3）請畫出實驗電路圖？

（4）各小組請設計出實驗記錄表格.

（5）實驗的步驟都有哪些？

【設計意圖】培養學生的小組探討和研究能力，在學生設計表格和畫圖的過程中，教師不斷提醒需要注意的事項，養成規范畫圖的好習慣，選取具有代表性的小組上講臺展示方案，說明電路圖，通過組與組之間的交流和探討，達到提升學生合作能力的教學目標.

經過小組探討和交流，學生畫出了電路連接圖（如圖2所示），列出實驗記錄見表1：

根據學生的探討，教師引導學生討論方案的合理性和可行性，根據實際情況來靈活討論可能遇到的問題，為何在電路中接入滑動變阻器，實驗數據記錄表如何設計較為合理等等.其中，某個小組提到實驗數據記錄表只需要記錄一次，這個觀點則遭到其他小組的反駁和質疑，指出單次數據不能夠體現出樣本數據的全面性.

教師問道：在實驗過程中，大家需要有哪些注意事項，請各個小組展開探討.各小組展開內部討論，再匯集大家的意見，得到：要能夠正確選擇電源電壓、電流表和電壓表量程、滑動變阻器的滑片在閉合開關前處于電阻最大的位置.通過交流、探討，學生能夠避免在實驗過程中出現錯誤操作，提升實驗的效率和質量.

【設計意圖】借助于小組討論，明確實驗過程中需要注意的事項，提升學生學習的主動性，進一步鞏固實驗原理，規范學生的操作步驟，為順利實驗打下堅實的基礎.

在充分探討的基礎上，各個小組展開實驗，教師明確提出實驗的要求：

（1）測定小燈泡的額定功率，觀察其亮度;

（2）當小燈泡的實際電壓為1.2倍的額定電壓時，測定小燈泡的實際功率，觀察其亮度;

（3）當小燈泡的實際電壓低于額定電壓時，測定小燈泡的實際功率，觀察其亮度.

各小組根據設計好的電路圖展開實驗，將實驗結論填寫于表格之中，在此過程中，教師對學生進行指導，鼓勵發揮集體智慧解決在實驗中遇到的一般問題，邀請完成最快的一組將結果在黑板上進行展示，由其他組評估是否正確.在實驗過程中，小組成員都按照自己的職責完成實驗，確保實驗的順利進行.

在實驗完成后，師生之間展開交流活動，判定實驗中的數據，看額定功率和實際功率分別為多少？當實際電壓高于或低于額定電壓時，小燈泡的亮度如何？如果額定電壓過高，猜想會產生怎樣的情況.

各個小組內部也要評估，實驗完成是否成功;如果有問題，在哪個環節出現問題;實驗出現誤差的方面是什么.

【設計意圖】在實驗過程中，學生小組獨立完成實驗，掌握燈泡亮度與實際功率之間的關系，體會和領悟不同電壓下實際功率和額定功率的區別.借助于本環節教學，教師培養學生規范動手能力，引導學生在實驗完成后展開思考，提升實驗反思能力，進一步鞏固所學知識.

1.2 測定電阻

1.2.1 測定小燈泡的電阻

在此實驗過程中，學生們以及掌握了歐姆定律，對電阻有了初步認識，了解了電壓表和電流表的使用方法，但對于溫度影響電阻并沒有明確的認識.借助于物理現象，培養學生發現問題、認識問題的能力.

教師引導學生猜測如何測定小燈泡的電阻，學生猜想利用電壓表測量小燈泡兩端的電壓，再用電流表測量通過小燈泡的電流，用公式R=U/I計算得出，這種方法稱為伏安法.各小組學生需要完成以下任務：

（1）設計出電路圖，根據電路圖來選定實驗器材.

（2）測定實驗數據，設計實驗表格記錄表.

【設計意圖】小組討論、設計測小燈泡電阻的電路圖，根據電路圖來選擇實驗器材，連接實物圖，提升學生的做圖水平，培養他們自主學習、分析和解決問題的能力.

在展開時，教師用激勵性話語促進學生展開競爭，看哪個小組能夠又快又好地連接電路圖和填寫實驗表格（見表2），巡視實驗過程及時指導遇到的問題.

【設計意圖】借助于實驗，連接電路圖，正確掌握電壓表、電流表和滑動變阻器的正確使用，培養學生動手和合作交流能力.

邀請幾個小組上講臺展示實驗數據，小組代表簡單分析實驗數據，計算出小燈泡的電阻值，探討出現的問題：（1）某個組的實驗數據與其他組差別較大，鼓勵思考找到問題的原因和解決的辦法;（2）小組通過實驗數據能發現什么問題.

教師引導學生回想下實驗過程，導體電阻與哪些因素有關？小組交流、探討，得到電阻與材料、橫截面積、長度和溫度等因素有關，在各組設計實驗方案后，觀看視頻展示溫度對電阻的影響.

【設計意圖】學生需要分析實驗數據，借助于共享數據，得到電阻變化規律，體會到溫度對導體電阻的影響.通過觀看小視頻，各小組與自己所設計的實驗方案作對比，查找自身不足，強化對教材內容的認識，提升動手實踐能力.

1.2.2 測定定值電阻的電阻

根據上述內容，學生了解到小燈泡在實驗時會因為溫度變化阻值發生變化，要想準確測量電阻，需要采取多次實驗的方法來避免出現誤差，在此情況下，有的小組提出用定值電阻來代替小燈泡.

根據電路圖（如圖4所示），小組連接電路并檢查無誤后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片，按照表3所示電壓來記錄相應的電流示數.

根據實驗數據，計算出待測電阻的阻值，發現當定值電阻兩端電壓發生改變時，通過的電流也會有相應的變化，且電壓與電流的比值不變，這從側面說明電阻是一種性質，與電流、電壓無關.

教師：為了減小實驗誤差，能否將多次實驗的思路遷移到測量小燈泡的阻值上，實驗中測量了小燈泡多個實際功率，是否能夠得到電功率的平均值呢？

學生：燈絲的電阻隨著溫度的升高而增大，小燈泡的在不同電壓下溫度不同，所以阻值不同，不能計算得到平均阻值.在不同的工作狀態下，小燈泡的電功率也在發生變化，因此不能得到電功率的平均值.

教師：大家在完成實驗后，回想在實驗中遇到了怎樣的問題？你們小組又是如何解決的呢？

學生1：實驗中，我們遇到電路閉合后燈泡不亮，電流表或電壓表中的一個沒有示數的情況，經過小組討論排除故障.

學生2：我們小組在調整電阻兩端電壓時，發現選用15Ω定值電阻時，滑動變阻器接入電路部分的阻值最大時，得到的電壓不符合需要，此時，我們會減少一節干電池;如果選用5Ω定值電阻，滑動變阻器接入電路部分的阻值最小時，得到的電壓不符合需要，此時，我們會增加一節干電池.

【設計意圖】學生了解物理量通過多次實驗計算平均值來獲得，掌握實驗的過程和原理，解決實驗中出現的意外情況，提升解決問題的能力.通過有序的實驗步驟，學生明白實驗要按照步驟進行，如電壓表示數從小到大，完成一次實驗就要斷開開關，以免溫度升高影響電阻阻值.通過分析、交流數據，學生最終得到正確的實驗結論.

在本次實驗中，教師分配給各組的電阻并不相同，阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω，這就要求各個小組實驗時注意選取的電壓值，從而培養學生的實驗探究能力.但受到實驗器材的影響，學生要想獲取完整的實驗數據，就必須深入展開思考，認真分析電路的原理，順利找到解決方法.

2 基于提升小組合作能力的教學案例的思考

2.1 環環相扣提升學生合作能力

在實驗過程中，學生都要經歷一次完整的探究過程，包括猜想、設計電路圖和表格、分析和解決出現的問題、感受科學方法，在此過程中初步形成探究能力，依照實驗步驟強化實驗技能.面對可能出現的問題，同伴互助、小組合作解決問題，逐步提升能力，形成科學探究的態度，掌握變量控制和數據處理的方法，歸納得到科學規律.

2.2 精益求精提升小組合作能力

一線教師要實現自己的教學主張，在鉆研教材的基礎上不斷向其他教師學習，吸取精華，優化教學設計，在本文中，教師將教材知識進行深化和加工，進行有機整合，從而展現出結構合理的教學環節，高效地完成課堂教學任務.

總之，初中物理教師要培養學生的小組合作能力，不斷提升他們解決問題的能力，提高課堂探究能力，使每個學生都有所獲.

參考文獻：

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