核心素養導向下合作學習在初中物理實驗教學中的實踐探究

陳俊妃　鄭美潔

［摘 要］合作學習不僅體現了以學生發展為本的教學理念，還體現了培養學生物理核心素養的課程理念。科學探究中合作學習可以調動學生的學習主動性，激發學生的潛能，打造學生自主的、有生命力的課堂，培養學生的創造性思維能力和批判性思維能力。文章以初中物理“探究影響壓力作用效果的因素”實驗為例，探討本實驗教學中的合作學習策略以及如何通過合作學習提升教學質量。

［關鍵詞］核心素養；合作學習；初中物理；實驗教學

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）17-0038-04

一、核心素養視域下的合作學習理念

物理課程要培養的核心素養主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任［1］。注重合作學習的初中物理教學常采用“兵教兵”和“多元評價激勵機制”等教學手段，通過“自主、合作、探究、展示”等教學環節，面向全體學生，著重培養學生的物理核心素養。這種教學方式通過合作學習小組，構建學習共同體，調動學生的學習主動性，激發學生的潛能，促進學生物理核心素養的養成。

（一）以學生為主體，發展學生的核心素養

教師要緊緊圍繞物理核心素養，依據學業要求與質量標準系統地制訂具體且可操作的單元教學目標和課時教學目標。在實驗教學中教師應注重培養學生的科學探究能力，并關注科學探究對物理觀念、科學思維、科學態度與價值觀的意義。在考慮學生現有認知水平的基礎上，針對擬定的教學目標設計教學活動，以進階學習的方式形成任務，激發學生的自主探究與合作交流欲望。

（二）創設真實情境，突出問題教學

從學生已有的生活經驗出發，選擇適宜的情境素材，創設真實生動的生活學習情境，激發學生興趣；提出問題，引發認知沖突，引導學生深入思考并激發學生的探究欲望。物理源于生活，也歸于生活，應組織學生運用所學的知識與方法解決真實情境中的問題，提升學生的知識遷移應用能力。

（三）通過實踐探究的方式開展教學

物理是科學課程之一，實踐與探究是物理學習的方式，通過體驗、操作和實踐制作，將項目式、啟發式、體驗式等多種教學方式融合，設計實施思維型教學，引導學生在解決問題的過程中感受技術與工程的基本特點，提升學生的思維能力。

（四）采取素養立意的主體多元評價

強調主體多元化，充分發揮學校、教師和學生等不同角色在評價中的作用，綜合利用各評價主體的評價結果，促進評價結果的準確性和有效性。在核心素養導向下對學生進行評價，采取學生自評、生生互評等不同評價方式促進學生核心素養的提升。

二、合作學習的實施原則

（一）先學后教原則

學生要先自主學習課堂上將要學習的內容，當學生對基礎知識和基本技能有所掌握之后，教師再針對學生在自主學習、合作交流中暴露的問題，進行針對性的引導教學，逐步培養學生“問題—改進—新問題—再改進”的思考習慣，提高課堂的生成性。

（二）分層施教原則

秉持面向全體學生的理念，關注學生的勝任需求，讓所有學生通過親身體驗，參與到課堂中的各個環節，教師有計劃地通過合作學習實施“兵教兵”，使學生共同成長。

三、課前準備

（一）教材與學情分析

壓強是初中物理課程的重要概念，是體現壓力作用效果的重要物理量之一。在《義務教育物理課程標準（2022年版）》中要求通過實驗理解壓強。教師應站在發展學生物理核心素養的立場上，開展實驗教學以求達到教學目標。物理觀念上，教師可引導學生從物理學視角觀察，利用所學知識解決物理問題，提出不同的“影響壓力作用效果”的實驗方案；科學思維上，依據研究問題的需要，提出猜想與假設，檢驗假設，得出結論，并從多角度提出新穎的觀點，形成初步的提出與解決問題的能力；科學探究上，教師可引導學生設計控制變量的實驗方案，對探究實踐過程進行交流與反思，使用常見的科學儀器或生活用品完成實驗，形成結論并做出解釋；科學態度與責任上，教師要讓學生樂于合作學習，并利用小組合作的方式共同解決物理問題，使學生有創新的興趣，樂于改進實驗，且具有質疑、創新的態度和尊重證據、實事求是的價值觀。

學生在知識儲備上，初步學習了力、重力、二力平衡等力學知識，具備對物體進行簡單受力分析的能力，對控制變量法、轉換法、比值定義法等物理方法有一定程度的認識。初二學生具備了較強的獨立思考能力，但實驗觀察能力有限，對非同時出現的微小差異難以觀察，反而對直觀的數字比較敏感，容易接受；學生在利用類比遷移進一步設計優化測量壓力作用效果方面相對比較薄弱。

（二）合作小組的建立與分工

組建合作小組要科學，要基于學生學習能力、性別和性格等差異將全部學生分成多個異質小組，盡量保證組間實力相當，組內異質。通常實驗教學采用四人為一小組，小組長負責組織合作，處理組內爭議問題；記錄員負責記錄討論結果和實驗數據；發言人負責匯報展示實驗結果；監管員負責監管小組活動的紀律，監督組員主動參與合作學習。教師在初期要對合作學習小組進行培訓，制定組內成員職責并不定期輪換等規則；在教學過程中加強巡查，提升小組合作學習的參與率、真實性和有效性。

四、實驗教學中合作學習的實踐

具體的教學流程如圖1所示。

（一）重視設疑生問，創設真實情境

通過分享教師汽車輪胎被釘子扎破的經歷，創設實驗情境，讓學生完成“一箭穿心，萬劍不穿心”的演示實驗（如圖2）。教師提示學生，為了保證實驗的科學嚴謹，可采用控制變量法，兩個演示實驗用相同的力去按壓氣球。學生會提問：壓力相同的時候，為什么數量多的釘板上的氣球只是變扁但不破呢？是不是受氣球和釘床的接觸面積影響？

通過學生演示有趣且與學生經驗認知不符的小實驗，激發學生的學習熱情。設疑生趣，引發學生思考并提出問題，體驗壓力作用效果與兩物體的接觸面積之間的關系，形成初步的認識。

（二）重溫物理概念，啟發自主合作

學生展示一根手指擠壓氣球，引發其他學生思考，組內討論，總結歸納出壓力的概念以及壓力的三要素。讓全體學生親身體驗按壓課桌、水瓶、鉛筆等能在課堂上隨手可得的學習生活用品，感知壓力產生的作用效果是可以通過觀察受力物體的形變程度進行比較的，進而引出常用的物理方法——轉換法。結合學生展示的雙手按壓鉛筆的兩端的情境，讓全體學生體驗并猜想：壓力的作用效果與哪些因素有關？讓小組進行討論并分享，組間互相補充完善，得出影響壓力作用效果的因素是：壓力、施力物體與受力物體的接觸面積。教師進而解釋施力物體與受力物體的接觸面積稱為受力面積。教師準備多個來源于日常生活的實驗器材：小桌、正方體銅塊、細沙、海綿塊、海綿粒、面粉、高矮水槽、承壓桿、砝碼、皮尺等，讓學生小組合作討論制訂實驗方案后選取相應器材進行實驗。引導學生回憶物理實驗方法——控制變量法，引導學生只選取必要的實驗器材制訂方案進行實驗，同時鼓勵學生關注組間差異，改進實驗，使實驗現象更直觀，設計更開放。

通過引導學生就地取材，體驗壓力的作用效果，學生容易歸納總結出比較物體壓力作用效果的明顯程度可以通過受力物體的形變程度體現，從而加深學生對轉換法的認識。利用合作小組組內、組間的集體智慧，得到壓力作用效果的猜想因素，以自選超市的形式，讓小組進行選材設計實驗。還給學生自主選擇權，助力學生課堂學習內驅力的培養，讓學生基于證據，辯證地看待理論和實踐之間存在的差異，并樂于改進實驗，初步形成質疑與創新的品格。

（三）尋不足再改進，引入壓強概念

為了啟發學生思維，教師鼓勵學生自己創編物理實驗，或對傳統實驗進行改進，充分調動學生的能動性，提高學生的團隊協作能力［2］。部分小組受到教材實驗的影響，選了與教材一致的實驗器材進行實驗；個別小組雖本著改進實驗的思想，選了面粉，但是在小組展示交流時，卻發現：1.小桌質量太小，在海綿上實驗時微小的形變難以觀察；2.選面粉作為實驗器材時，部分學生沒有把面粉抖平，導致實驗不嚴謹；3.選海綿粒和承壓桿做實驗時，學生除海綿粒鋪放不均勻外，每次用手壓，也沒能保持一致。基于以上問題，師生選取兩個學生小組實驗作為代表，將班里的12個合作小組分成兩個大組，每個大組有6個小組，分別對兩個小組實驗進行改進，使改進后的實驗更加直觀，更加科學嚴謹。兩個大組6個小組間相互學習合作，在此分享兩個小組的實驗改進匯報。

小組1：采用矮水槽、面粉、正方體銅塊、皮尺為實驗器材，設計探究壓力作用效果的影響實驗，并由小組代表展示匯報（如圖5）。本實驗對比教材實驗有如下改進：1.用相同正方體銅塊進行組合，改變壓力和受力面積，銅塊密度大，壓力作用效果明顯；2.在組合銅塊上固定細線，可以排除手提銅塊的施力影響；3.采用面粉代替海綿，塑性材料代替彈性材料，拿開銅塊后能夠直觀地看到面粉的凹陷程度；4.在組合銅塊邊緣貼上皮尺，可以直接通過皮尺刻度讀數，更加直觀地比較不同組合銅塊的壓力作用效果。不足之處：實驗器材是人為操作的，實驗容易出現誤差。

小組2：采用海綿粒、高水槽、承壓桿、正方體銅塊、皮尺作為實驗器材，設計探究壓力作用效果的影響實驗，并由小組代表展示匯報（如圖6）。受到組間相互學習借鑒的影響，該改進實驗與小組1的改進實驗有相似之處：1.用相同正方體銅塊組合改變壓力，因為銅塊密度大，所以壓力作用效果明顯；2.在組合銅塊上固定細線，可以排除手提銅塊的施力影響；3.在承壓桿旁邊固定個硬紙塊，貼上皮尺，可以直接通過皮尺刻度讀數，進而更加直觀地比較不同組合銅塊的壓力作用效果。不同之處：用海綿粒代替整塊海綿，使海綿粒的凹陷程度增大，作用效果更明顯。改進后的實驗裝置也有不足之處：1.承壓桿容易晃動，造成讀數不精確，誤差較大；2.在實驗操作中承壓桿與接口有摩擦。

在兩個小組代表展示交流后，學生很快就能得到結論： 壓力大小相同時，受力面積越小，壓力作用效果越明顯；受力面積相同時，壓力越大，壓力作用效果越明顯。師生通過分析小組2的實驗數據后，引導學生類比密度和速度概念的建立過程，建立壓強的概念。

合作小組內、小組間樂于與他人合作交流。利用小組合作改進實驗是保證實驗從猜想、構思、設計、實施、改進、檢驗、分析實驗優缺點等過程順利進行的保障，更是物理觀念、科學思維的生長點。通過尋找兩個代表實驗的不足，進行實驗改進，既助力了物理核心素養的落地，也體現了新課標中提倡的“做中學”的教學方式。

（四）遷移應用拓展，聯系生產生活

教師引導學生利用壓強公式進行思考分析，小組討論歸納出增大和減小壓強的方法。教師從身邊的學習用品——訂書機、書包、圖釘和手工剪刀入手，拓展到生活用品——菜刀、吸管斜切口、螺絲下面的墊片等，遷移到公共設施——突起的盲道、鐵軌下的枕木、安全錘，再遷移到推土機、壓路機、挖掘機等工程機械。教師引導學生注意觀察、勤于思考，讓學生結合增大和減小壓強的方法來分析生活中蘊含壓強知識的現象，提升學生應用物理知識解決社會實踐中的實際問題的能力。教師通過展示北極熊在通過薄冰時趴著滑行的圖片，引發學生思考，并帶領學生進行“頭腦風暴”：討論自然界中有哪些生物的身體結構利用了壓強知識。讓學生在小組討論中互相啟發，自評互糾，分析壓強在自然界中的奇妙。學生通過對大量實例的分析，遷移拓展壓強知識，了解壓強在生活中的應用，落實從物理走向社會的課程理念。

（五）多元評價，發揮評價功能

科學探究中的合作學習可以調動學生的學習主動性，激發學生的潛能，打造學生自主的、有生命力的課堂，培養學生的創造性思維能力和批判性思維能力。高效的課堂教學評價，應該充分發揮教師和學生在課堂評價中的作用，將學生自我評價、同伴評價和教師評價有機結合，發揮不同評價方式的育人功能。

通過制訂初中物理實驗教學評價量表（如表1），分成自主合作探究評價和作業評價兩個維度，學生在課堂交流評估環節完成評價量表中的自評和互評，課后完成教師評價。評價量表是以物理核心素養內涵為依據，課堂評價關注學生在問題解決、討論發言、合作探究、課堂展示四個方面的情況；作業設計體現診斷功能，指導學生無論是在課堂上還是課后，都能在自我評價、同伴評價和教師評價中改進學習。真正發揮評價的功能，以評導學、以評促學，激勵學生，實現學科育人。

五、總結與反思

（一）經歷真實完整的科學探究，發展物理核心素養

教師創設真實的實驗情境，激發學生的學習興趣，學生通過沉浸式經歷科學探究中的問題、證據、解釋和交流四大環節，體驗真實完整問題的探究過程。教師采用問題解決的教學形式，引導學生運用科學思維方法來完善實驗中的不足，優化創新實驗器材，自主建構壓強概念，充分體現新課標強調的“做中學”。通過設計方案和查找資料、推理論證、合作交流提升學生的問題解決能力［3］。

（二）設計和運用教學評價量表，促進有效學習

設計的教學評價量表將過程性評價和終結性評價進行有機結合。以往普通的當堂練習作業很難及時檢測出學生在科學探究過程中核心素養的發展狀況，一般的課后作業更是很少從學生的視角去引導學生自評、互評。本文設計的實驗教學評價量表將學生自我評價、同伴評價和教師評價有機結合，通過多元化評價，及時反饋教學效果，促進物理學習有效發生。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準：2022年版［S］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］? 鞏貴喜.合作中成長：關于初中物理教學中合作學習的探討［J］.學周刊，2023（9）：46-48.

［3］? 顏石珍，鄧雙麗.基于大概念引領和逆向設計的物理教學實踐：以“密度”教學為例［J］.中學物理，2022（16）：10-13.