基于協作學習平臺的物理單元復習教學研究

陳鉞

摘要：文章首先在對協作學習綜述的基礎上，梳理了協作學習在物理教學中的三種類型，闡述了協作學習過程中遇到的問題。其次對OneNote平臺的使用進行了綜述。然后以“功和能”單元復習為案例進行簡要介紹，從研究對象、研究過程及評價三個方面進行研究設計，并分三個階段進行案例的實施，以此說明該模式的適用性，并在實施過程中不斷進行調整。

關鍵詞：協作學習;OneNote;單元復習;物理教學

一、研究背景

本文以信息技術搭建協作學習平臺為研究視角，分析了OneNote在協作學習中的作用，梳理了影響協作學習的關鍵因素，歸納了物理教學中協作學習以任務為驅動的形式，并構建了基于OneNote協作學習的單元復習的概念模式。在此基礎上，以“功和能”單元復習課程為案例，說明了協作學習模式的適用性，并在實施過程中進行不斷調整。

1.協作學習的應用

協作學習的模式圍繞著某一主題或任務所實施，強調將學習者相互聯系，協同作業，并置于生活和實際情境中。通過學習者之間相互溝通、相互合作，完成具體任務，從而達到教學目標。在物理教學中，協作學習就是通過任務驅動的形式來完成的，繼而達到對知識與技能的重新建構，掌握分析問題、解決問題的規律與方法，并在與他人的協商中完成任務。基于物理情境任務的協作學習通常可以分為三種：協作建立物理或跨領域的科學概念、協作解決任務和協作設計方案。協作建立概念是指學習者通過收集和檢索信息，將任務中所牽涉的事實性的科學元素加以識別整合，構建起基本的知識框架。而協作解決任務和協作設計方案面向基于大任務的多個獨立小任務，這就需要學習者相互配合，相互協調，整合一系列的活動，如解釋、分析、評價等。在協作學習中，任務的理解與表征是協作學習的一個重要因素，學習者需要在團隊的共享任務空間中對任務的表征進行交流協商，達成任務理解的共享，這是協作學習中的重要一環。

2.OneNote協作學習平臺

OneNote作為知識管理的工具，充分體現了協作學習方式和集體智慧的力量，它具有諸多功能，如：收集信息與數據，全方位手寫功能，排版靈活，可以隨意添刪改，編輯與分類，交流、共享，靈活的思維記錄，共享訪問局域網內他人筆記本，檢索、收集，多種信息保存與發布形式等。當然OneNote在教學中發揮的作用也是重大的，數據的重新整合，在研究性學習過程中極為關鍵，在實時利用各種軟件時，OneNote這個信息技術工具和研究性學習的長處都能更好地發揮。

利用OneNote搭建的學習協作平臺，教師不再單一地作為教書先生，而是成為整個課內、課外學習活動的指引者、體驗者和研究者。在互聯網廣闊的資源面前，每一個人的知識儲備都是貧乏的，而與此對應的是，學習者的知識潛能又是無法估量的。所以教師既是任務的外部支持者，以提供學生學科領域知識的輔助，同時也是知識的學習者。對于學生而言，他們不再是被動的知識的受教者，而是創造者、協作者和建構者。

二、研究過程：基于OneNote協作學習的物理單元復習

本部分首先對案例進行簡要介紹，然后從研究對象、研究過程及評價三個方面進行研究設計，分三個階段進行案例的實施，探討了該案例學習者共享任務理解的形成與發展狀況，并選取典型的環節進行分析，最后對案例的實施進行評價和討論。

1.案例簡介

本案例以高二物理等級考的學生為研究對象，按照任務協作的模式組織并安排教學活動，學生在已有知識的基礎上，通過自主活動以及協同合作，在解決問題的過程中，逐步加深對于整個“功和能”單元的理解，感悟到物質世界的普遍聯系。整個學習過程共分成三個階段，其間通過建立OneNote協作平臺來觀察、記錄并分析學生對于任務的完成情況，總結協作學習對于物理單元復習的有效性，也為設計基于信息技術搭建協作平臺的物理教學課堂提供可操作性方案。

從知識體系上看，做功和能量轉化的關系不僅將功和能量兩個物理量聯系起來，更是把運動學、力學、功、能的知識融合在一起;從物理觀念上看，本單元包含能量觀、相互作用觀、運動觀以及守恒觀，因此運用功、能關系解決問題是對所有力學知識的綜合運用。

本設計需要學生完成一個學習循環的過程，分別是參與、探究、解釋、細化、評估。在不同的任務情景中，分別運用功、功率、機械能、功能關系的知識，解決實際問題。最后，將能量的變化與功的關系——即功是能量變化的量度，推廣到所有能量的變化。本設計強調學生在已有知識的基礎上，通過解決現實問題、完成任務卡活動，在經歷“觀察現象、提出問題、搜集數據、解釋原因、協同合作”的過程中，理解能量轉化及守恒的物理觀念，學會物理建模的思想方法。借由自主活動，在解決問題的過程中，逐步加深對于整個“功和能”單元的認知，感悟到物質世界的普遍聯系。

從知識結構看，學生已經完成了直線運動、力和物體的平衡、牛頓運動定律的單元復習。從技術手段看，學生高一時就已能熟練地操作phyphox等輔助教學軟件。本次基于協作平臺，分別利用phyphoxAPP由手機內置傳感器測量小球彈性碰撞的能量損失，利用行者APP和邁速表記錄騎行時的運動數據，利用Keep APP和心率帶記錄跑步時數據的動態變化，利用人體解剖學APP生動地呈現人體內部各個器官的精確結構。由此在整個學習過程中經歷了看懂數據、質疑數據、挖掘數據背后原理的過程，提升了學生的自主探究能力，加強了學生的科學態度素養。最終促使學生在真實問題解決的過程中，不斷認識科學、技術、社會環境之間的關系，增強了科學態度。

2.研究過程設計

本設計以解決實際問題為導向，通過協同合作、相互交流、反思評估的學習模式，以及知識的實際應用，達到單元復習的目的。整個單元復習包括三個環節：

（1）課前完成既定的任務報告

學生明確任務后，進行分組參與。通過各種形式的數據收集，應用有關的機械能、功、功率的知識解決實際問題，并在此過程中不斷調整實施方案，不斷細化各個環節所需要的知識理論。在這一環節，教師通過OneNote實時跟蹤進展，并給予技術支持。

活動I：通過飲食、基礎代謝等人體能量變化的方式，引出做功與能量變化的關系。首先記錄了某位學生一天的飲食攝入，以及額外的運動消耗，再通過APP得到攝入和消耗的卡路里熱量，接著結合資料查閱基礎代謝公式，最終推算出人體一天的能量變化，為之后兩組“通過額外做功鍛煉改變能量”埋下伏筆。

活動Ⅱ：通過跑步實驗，結合APP數據，利用建模的思想，分析心臟的輸出功率。首先通過KeepAPP和心率帶，記錄了某位學生跑步一圈所消耗的熱量以及心率的變化曲線，接著通過功，以及功率的相關知識并借助三維人體解剖APP，將復雜的心臟結構進行簡化，利用物理建模的方法最終推算出跑步的平均功率，以及在此期間心臟跳動一次的平均功率。將跑步做功與功率，與健身效果和效率相類比，讓學生跨出書本思維的局限，讓物理思想更加貼近日常生活，也為之后與“騎車組”的對比奠定基礎。

活動Ⅲ：通過自行車實驗，結合APP數據，通過對比，分析騎車與跑步的能量消耗效果，提出更好的健身方案。首先通過行者APP和踏頻器，記錄了某位學生騎行一圈所消耗的卡路里熱量以及功率的變化，接著收集信息并結合圓周運動的有關知識對APP的測量原理和算法進行理論解釋，最終推算出騎行過程中平均阻力的大小以及所對應的平均功率。在之后的評價階段，讓“跑步組”和“騎車組”相互比較，評估健身效果并提出改善建議。

活動Ⅳ：通過小球彈性碰撞實驗，結合APP數據，利用對比和建模的思想，分析機械能損失與做功的關系。首先通過Phyphox APP，記錄小球與地面碰撞后的反彈高度、運動時間與能量損耗，接著通過運動學的相關知識并應用物理建模的方法推斷出APP的測量原理以及背后的算法，從而理解如何選擇合適的測試對象與測試場地，最終推算出重力勢能的變化、機械能的變化以及機械能變化與做功的關系。

（2）課中展示成果，相互評價

本案例以協作學習為起點，安排了階段任務。第一階段為前任務的儲備學習，學習者以任務小組的形式分成“吃貨組”“跑步組”“騎車組”“碰撞組”，每位學習者都要進行基本科學知識和概念的學習，并熟悉掌握各種APP的操作。單元復習既需要源于書本，讓學生建構起單元知識結構，同時又要高于書本，能將物理知識應用于實際的問題中。因此，協作任務的選擇是通過其背后所蘊含的物理思維聯系起來的，這就需要教師作為指引者嚴格把關，從而篩選出合適的任務清單。以此次單元復習協作為例：

“吃貨組”從日常的飲食與基礎消耗為切入點，將人體能量的變化與做功聯系起來，并將熱量、基礎代謝率等科學概念梳理出來。“跑步組”和“騎車組”從健身角度出發，將功、功率與健身的效率和效果結合起來，同時對運動類APP的測量原理進行闡述。“碰撞組”則以影響機械能守恒因素為主線，將重力做功、阻力做功、碰撞的能量損失等作為研究的突破口。

第二階段，學習者基于任務單中的問題設計解決方案，進行數據的收集與處理，應用有關的機械能、功、功率的知識解決實際問題，在過程中不斷調整實施方案，不斷細化各個環節所需要的知識理論，并能通過所學的物理原理進行合理的解釋。

（3）課后完成評價量表，繪制個性化的思維導圖

學習者通過OneNote協作平臺對其他任務組進行過程性評價。評價分為課前、課中、課后三個不同時期：課前以任務組所呈現的筆記和素材為指引，以“是否明白任務目的和原理”以及“是否合理設計解決方案”作為評價指標，引導學生認識到設計上的亮點和需要改進的不足之處。課中以任務報告闡述為主，學生的思維表達能力，從“能否用物理規律科學表達”“能否對數據合理解釋”“能否進行建模或反思”“能否構建思維導圖”幾個方面，培養學生自我評估的能力，激發學習的信心和動力。課后評價則以繪制單元復習思維導圖為落實點，幫助學生進行知識重構，感悟物質世界的普遍聯系。

三、研究建議

本文主要針對協作學習在物理教學中的應用以及OneNote平臺建立予以研究。首先，在對協作學習綜述的基礎上，梳理了協作學習在物理教學中的三種類型，闡述了協作學習過程中遇到的問題，為之后的平臺搭建提供了基礎。其次，對OneNote的使用進行綜述。

本研究尚存在諸多需要改善之處：首先，學習者個體的學習痕跡可以反映其學習過程中的行為表現，但小組協作完成的活動信息表現得不夠明顯。其次，學習者既往的學習慣性一時很難改變，“重結果輕過程”，“只會算不會說”，都是長期的弊病。

與此同時，基于問題解決只是教學環節中的一部分，教學中除了能力的提高，如何有效復習鞏固及提升成績等剛性需求，尚需要其他信息技術平臺的共同幫助，以形成一個良性發展的學習生態。比如基于數據記錄與數據處理的APP，主要應用于實驗教學，例如Phyphox、Video Phvsics等。其特點在于通過傳感器與后臺運算，讓學生更專注于實驗本身的探索，而非數據處理。畢竟數據處理是人工智能的特長，而我們更關心的是數據背后蘊含的意義。此外，效率筆記類的信息技術平臺，能幫助學習者高效地完成信息的抓取、組織和存儲，并把知識進行重組、再輸出，變成學習者真正吸收以及能夠學以致用的內容。