高中物理分層合作實驗教學的實踐探索

劉玉聰

摘 要：實驗是物理學科教學的重點內容，優化設計物理分層合作實驗教學模式，加強實驗實踐，對有效彌補學生個體的素質差異性、增進團隊合作學習能力、提升實驗課堂效率等具有十分重要的教學價值和作用。文章結合魯科版高中物理必修3“測電源電動勢和內阻”實驗教學，通過概述物理分層合作實驗教學的內涵，分析了高中物理實驗教學的現狀，探索實踐分層合作實驗教學的有效路徑，助推素質教育，更好地促進學生的實驗操作和創新能力的培育。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；分層合作教學模式；實踐路徑

高中生在知識基礎、興趣愛好、認知能力、操作技能、創新素質等方面具有鮮明的差異性特征。所以，在實驗教學中，教師要堅持因材施教的教育理念，全面認識和尊重學生的這些差異化學情，通過分層設計實驗課堂教學模式，引領學生參與互助合作實驗探究，切實促進物理實驗教學提質增效。

一、物理分層合作實驗教學的內涵

物理分層合作實驗教學即教師在物理實驗教學過程中，結合各個層次學生的知識基礎、認知水平、探究能力、學習心理和興趣性格等個別化、差異化特征，設置難易程度不同、操作要求不同、達成實驗目標不同的實驗項目，施以必要輔助，鼓勵學生小組加強合作，組員之間進行互幫互助和互動交流，共同經歷實驗分析、猜想、探究、驗證等過程，讓各個學習程度的學生都能在實驗探究中學有所成、練有所獲，實現實驗操作技能和創新創造能力的培養。

二、高中物理實驗教學的現狀分析

（一）物理實驗教學創新不足

有些教師堅持開展物理實驗教學，但沿用的實驗課教學模式陳舊僵化，設計的實驗活動形式呆板，無法貼近學生的最近發展區，因材施教并未落到實處，常忽略運用新穎有效的實驗教學理念，在課堂中習慣于“包辦”實驗操作，未充分體現學生的主體地位，未給學生留足自主活動和實驗操作的空間，制約了學生的實驗綜合能力的提升和發展。

（二）學生合作實驗能力薄弱

在高中物理實驗中，不同層次學生的實驗綜合能力兩極分化極為突出，他們對物理實驗知識的理解、動手操作能力、實驗探究熱情、參與實驗效果等具有鮮明的差異性。許多學生的合作實驗能力不強，在參與物理實驗時，不認真聆聽教師講解的實驗原理、操作程序和注意要項，做實驗缺乏思考，只會沿著教師的思路和演示，套用現成的實驗步驟，象征性進行實驗操作；不注重實驗操作規程，模仿和動手能力差，錯誤頻發，常常忽略做好實驗數據的及時整理和總結分析。

三、高中物理分層合作實驗教學的實踐路徑

本文選取魯科版高中物理必修3“測電源電動勢和內阻”實驗，從學生分層、目標分層、實驗過程分層、實驗評價分層等四方面進行探索設計實驗環節。

（一）優化學生分層，組建合作實驗小組

1.把握學生學情

學生通過以往學習，能運用閉合電路歐姆定律來計算電源的電動勢和內阻；能將物理關系式回歸到函數關系式中探尋變量和因變量，但轉換的過程還不夠熟練；他們初步具備了運用圖像處理數據的思維，但成功的體驗較少，還未培育形成主動探索的學習意識；各個小組在討論解決問題過程中的效率相對較低，亟須教師的規范引導。

2.開展學生分層

做好學生分層是開展物理分層合作實驗教學的基本前提和首要工作。在本實驗教學前，教師要結合調查研究和日常觀察，通過深入了解學生的物理知識基礎、認知能力、興趣態度、學習習慣、智力水平等差異化學情，根據他們的實驗實際情況，有針對性地把學生合理劃分成A、B、C三個層次。A層學生為優秀生，物理學科基礎知識扎實，學習和接受能力突出，自覺性和主動性強，善用有效的實驗方法，實驗能力和水平優秀。B層學生為中等生，他們的物理基礎和認知水平較為一般，學習自覺性較好，具有一定的進取心，實驗能力較強。C層為后進生，他們在知識基礎、學習能力、實驗能力和水平等方面較弱，主動學習的積極性和接受能力也較差，實驗能力和參與實驗活動綜合表現往往欠佳。

3.組建合作小組

在此基礎上，教師將各層次學生合理組合成實驗小組，鼓勵他們加強組內互助合作，共同努力開展物理實驗探究[1]。在各小組中，學生可以通過相互幫助、取長補短，朝著小組的共同實驗目標一起齊心協力、追求探索。所以，即使是小組中那些物理實驗能力突出的優秀生，也毫無理由去歧視組內的后進生，而應各個成員都積極發揮好自身在小組中的作用。教師在指導實驗過程中，會加強觀察和了解，適時微調各組的組合和成員搭配，讓后進生在分組實驗中當好“幫手”，協助搜集、記錄各種實驗數據，發揮他們的熱情和干勁；督促中等生多引導和提攜后進生，帶領他們一起努力爭取進步；優秀生則帶好頭，帶領全組成員共同探究實驗，幫助解決組內遇到的共性問題。

例如，在本實驗教學前，教師先聯系學生的物理學科知識、能力和水平等綜合表現，將他們劃分、組合在不同的實驗小組。全體小組一般都要求在30分鐘內完成這個實驗操作，對合作實驗、探究能力較強的小組，教師就可以適當把他們的小組實驗要求提高一些，要求他們能利用15分鐘來完成實驗操作，掌握好整個實驗的操作流程，接著利用余下的課堂時間去幫助組內那些較為后進的成員。這樣，借助科學的分層合作物理實驗探究，各組成員積極指向共同的實驗目標，齊力參與探索研究電源電動勢和內阻的原理，有效提升了掌握知識的效率。

（二）分層設計目標，循序指導合作實驗

1.分層設計實驗目標

高中物理新課程標準中提出了實驗教學的目標，強調要重視通過實驗活動，掌握豐富的實驗原理，培育和提高學生的物理學習興趣（知識）；注重提高學生的物理實驗能力，培養科學探究能力（能力）；培養實事求是的科學態度和合作學習精神

（情感）。

結合上述物理實驗能力培養目標，為促成真正達成實驗教學目標，教師必須堅持因材施教原則，緊扣實驗教材和學生的物理學習實況，為各個層次學生分層設置相應的實驗目標，讓他們都可以在合作實驗活動中實現既定目標，促進物理實驗能力的提升[2]。在本實驗中，教師可以從基礎性目標、提高性目標、發展性目標三個層次進行物理實驗目標的分層設計。其中，基礎性目標側重培養學生的基礎運用和分析的實驗能力，即要求所有學生都要掌握利用儀器測量電池電動勢和內電阻的有效方法，通過設計電路和選擇實驗儀器，拓展實驗思路，激發實驗興趣。發展性目標強調的是物理基礎良好的學生能通過深化教材學習和拓展訓練，形成從事復雜實驗分析和綜合運用的素質，即養成善于質疑的習慣、嚴謹求實的態度和不斷探索的科學精神，培養觀察能力、思維能力和操作能力，提升對物理學習的動機和興趣。

2.落實具體合作要求

具體而言，這些分層實驗目標落實在各個層次學生身上，提出了不同的要求。如對C層后進生，要求他們能在實驗中激發應有的興趣，能在教師指導下，或組內優秀生和中等生的鼓勵和幫助下完成基礎性實驗工作；對B層中等生，要求他們能保持實驗熱情，團結各個組員完成物理實驗，認真搜集、處理和分析實驗數據，合作得出實驗結論；對A層優秀生，要求能帶領全體組員深入開展實驗探究，完成實驗任務，得出實驗結論，總結獲得實驗規律，能聯系相關實驗，創設類似實驗方法，進一步改進和創新實驗。

例如，在本實驗教學中，教師通過將學生分組之后，對那些物理學習能力較弱的后進生，要求他們在實驗課中只要能掌握好最基礎的實驗流程就可以；而對那些優秀生，則要求他們盡可能利用簡短時間掌握實驗流程，充分發揮實驗能力強的優勢，利用課中空余時間帶領和幫助中等生，拉后進生一把，一起努力測量得出電池電動勢和內電阻的方法。當發現學生在實驗中仍存在不足之處，教師在必要時還可以設計一些基礎類、提高類、發展類實驗，讓他們都瞄準自己的實驗小目標，進行合作拓展訓練，查缺補漏，鞏固實驗成果，進一步提升實驗能力。

（三）分層設計過程，引領合作實驗探究

分層合作實驗過程設計是整個實驗教學最重要的環節。在分層設計學生小組和實驗目標的基礎上，教師要重視設計好分層合作實驗過程，這是獲取良好的實驗效果的關鍵[3]。物理分層合作實驗的實踐過程一般分實驗準備、實驗操作、數據處理和完成報告等不同階段。例如，在“測電源電動勢和內阻”實驗中，教師積極結合以下環節，引領學生開展互動借鑒、合作實驗探究。

1.實驗準備階段

在準備階段，教師要先布置好實驗預學案，鼓勵學生先做好實驗預習，明確實驗活動目的、實驗原理、實驗方法和步驟，以及要注意觀察實驗現象、記錄實驗數據等要求；可以先開放物理課堂，讓學生小組進行理論探究學習，在實驗活動前先弄清楚關于“測電源電動勢和內阻”實驗的原理和內容；指導學生預備好開關、干電池、電流表、電壓表、滑動變阻器、導線等充足的實驗器材。這樣不僅能有效避免學生在實驗中盲目操作，還能保證學生的動手操作效率。

2.實驗操作階段

教師先利用多媒體展示預設的“電池的電動勢和內阻測定”電路圖，引導各小組復習閉合電路歐姆定律和各類表達式，結合閉合電路歐姆定律例題來嘗試開展設計電路圖，自由選擇實驗設備，進行分組討論電路圖設計原理，進入測量電路圖設計。

進入新課，教師引導學生分組討論各小組設計方案的優點和不足，記錄討論的過程和結果，為進一步實驗提出具體建議。然后，進入測量操作環節，教師鼓勵各小組結合電路設計圖，選擇優化后最簡便、操作性強的設計方案，選取器材連接實物圖，關注操作細則。

尤其在實驗操作過程中，教師必須對各個層次學生加強實驗指導，引導分工協作，保障每個學生都有充分的動手操作機會。首先，各學生小組圍繞實驗原理、電路圖設計、相關數據處理等話題進行互動交流、合作討論，規劃和設計具體實驗步驟，提出實驗主張和提綱。其次，開展分層合作實驗，鼓勵B層中等生先進行動手操作示范，A層優秀生指導C層后進生；接著讓各個小組中的學生按序輪換動手操作，其他同學在旁配合共同完成實驗過程。這樣，可以促使學生人人參與動手操作，避免以往只有個別的優秀生進行“獨演”實驗，而其他同學只能看實驗的不良現象。所以，教師要適時微調組員的配置，讓全體組員都有機會參加實驗操作。最后，在分層實驗過程中，要充分激發各個小組的合作熱情，使他們在融洽有序的氛圍中盡情融入實驗進程，開展操作訓練，嘗試實驗方案。有的小組努力應用了伏阻法，有的小組積極利用伏安法，有的小組則運用公式法進行實驗，他們在分層探索、緊密合作、共同探討的實驗過程中，很好地發揮了優異的學習潛力和質疑精神。

3.數據處理和完成報告階段

在此階段，教師要及時指導學生全面收集各項實驗數據，對記錄、獲得的多組測量數據進行分組數據統計、討論、分析和處理，細心反思實驗操作，精心設計分析表格，總結形成實驗成果分析報告，促使他們深刻把握測定電池電動勢和內阻的方法，真正學會運用圖像法分析處理實驗數據，實現各個層次的學生都學有所獲、學有所成。此時教師要融入學生中，適時協助各小組完成實驗數據分析。

（四）分層實施評價，鞏固合作實驗成果

在“測電源電動勢和內阻”實驗后，教師特別要強化目標意識，檢查學生的實驗結果是否達標，以期更好地鞏固合作實驗的成果。

1.小組自評

教師要引導學生小組做好自評，全面陳述完成實驗的過程和結果等情況，對本組分層合作實驗中的實驗結果、組員配合、實驗誤差、操作失誤等真實表現進行自主評價，總結本組的成績和成果，指出實驗不足之處。

2.組間互評

接著要指引各小組進行互評，對比不同組別的分層合作實驗效果，相互評價各組的優點和特色，積極交流、分享和借鑒各組的優秀實驗報告，指明存在的不足。特別是互評中，各組認識到實際測量電表都不是理想電表，他們通過相互評價和思考，針對電表測量中存在的“誤差”，結合閉合電路U-I圖像，進行定性分析，最終理解這些由電動勢和內阻測量引起的誤差，在組間討論和評價中有效解決問題。

3.教師點評

最后教師要適時做好教師評價，對實驗探究總體情況進行匯總、點評和分析，幫助各小組認清自身的優勢及不足，指出實驗中有待于改進的方面。尤其是各小組通過相互評價和交流，促使學生及時發現了“測電源電動勢和內阻”實驗過程中存在的焦點問題，領悟必須注意實驗誤差的分析，深刻認識到：由于電源內阻較小，導致電壓表數范圍變化不大，因此要合理選用坐標系；滑動變阻器阻值應該比電源內阻大幾倍即可，過大的話，電壓表示數變化太小。這樣，通過實施科學評價，可有效促進學生對實驗中的關鍵問題的理解和把握，鞏固實驗探究效果，實現合作研究能力和科學認知水平的提升。

結束語

普通高中物理新課程標準始終強調，物理課程教學要積極提倡開展分組合作實驗教學。教師應堅持融合實驗課堂實踐，從學生分層、目標分層、實驗過程分層、實驗評價分層等層面深入研究，創設多樣豐富的物理實驗教學環境，指引不同層次的學生加強合作實驗探究，力求總結形成既體現學生創造個性又彰顯團隊互助合作的新型物理實驗教學模式，真正實現有效實驗教學。

參考文獻

[1]甘秉洪.新高考背景下構建高中物理實驗教學高效課堂的實踐研究[J].中國教育學刊，2022（S1）：152-154.

[2]孫勇.基于實驗的高中物理教學方法的創新研究[J].高考，2020（9）：29.

[3]涂強春.新高考背景下高中物理實驗優化策略研究[J].數理化解題研究，2021（36）：52-53.