合作學習在高中物理實驗教學中的應用及實踐探究

摘 要：本研究旨在探討合作學習在高中物理實驗教學中的應用策略，以解決高中物理實驗教學現狀中存在的實驗資源限制、師資力量不足及學生參與度和實驗效果差等問題。通過引入合作學習模式本研究設計了以小組合作形式進行的物理熱傳導實驗，旨在提高學生的實驗參與度，促進學生之間的交流與合作，同時培養學生的團隊協作能力和問題解決能力。研究通過完善實驗資源、制訂合作學習目標、開展合作步驟、強化安全教育和共同處理實驗數據等策略開展合作學習。合作學習模式能有效激發學生對物理實驗的興趣，增強實驗教學的互動性和實效性，提升了學生的實驗技能和科學探究能力。本研究對于改進高中物理實驗教學具有重要的理論和實踐意義。

關鍵詞：合作學習；高中物理；實驗教學；熱傳導實驗；團隊協作

隨著教育模式的不斷發展，合作學習已成為教育改革的重要方向之一，尤其在高中物理實驗教學中，其應用受到廣泛關注。合作學習以其促進學生間互助合作、提高學習積極性和探究能力的特點，本研究旨在探討合作學習在高中物理實驗教學中的應用策略，以期通過合作學習模式改善教學現狀，提升學生的實驗技能和科學素養，對于促進高中物理教育的發展具有重要意義。

一、合作學習在高中物理實驗教學中應用的優勢

在高中物理實驗課程中采用小組合作學習方法，增強了學生間的相互交流與合作，顯著改善了教學效果和學習體驗。小組學習模式提升了隊員的合作意識及社交交流技巧。小組協作階段，組員們需共議實驗計劃，分派職責并調和步驟，此舉不僅鍛煉了學生的溝通與合作技巧，還提高了團隊破解難題的能力。在團隊合作的氛圍里，參與者感知到自身在實驗中不可或缺，這種認知促進了學生的團隊歸屬感和學習動力。學生在實驗探索中充分展現了積極性和創新能力，使得學習經歷充滿了活力和吸引力。

通過團隊的深入討論和合作，學生共同解決難題，并在實踐中詳細解讀煩瑣的物理理論和基礎規則，這種互相教學和學習極大地提高了學生對學術內容的理解力和記憶力。除此之外，合作學習激勵學生發展批判性思維和自主學習能力，確立了學生未來教育和職業道路的堅實基礎。團隊學習能夠有效解決高中物理實驗教學中存在的實驗器材資源和師資力量不足的問題，通過團隊合作，能最大限度地利用實驗材料，同時教育工作者能更專注于輔導求助的學生，增強教學的針對性與功效性。

二、高中物理實驗教學現狀

（一）實驗資源的限制

在當前教育現狀中，高中物理實驗教學遭遇實驗物資的明顯不足，該難題已然成為限制制約學生的科學研究技能成長和提高教學水平的重要影響因子。首先，實驗用儀器和耗材不足，這直接影響了實驗的靈活性和操作的實效性。眾多教育機構面臨財政緊縮，實驗設施和材料的獲取受限，物理學實驗的開展因缺少必備設備與材料而受阻。此外，部分學校盡管擁有基礎設備，但老舊設備因保養不當或技術滯后，往往無法滿足現代物理教學的需求。

教育資源不足，阻礙了教師的教學創新及適應性，削弱了學生的學習積極性。學生無法通過親自動手實踐來深入領會物理學定律，實驗操作經驗的不足，限制了學生在科學研究和創造性思維的塑造。實驗課是物理學教學的核心環節，在提升學生興趣、鍛煉學生實際操作技能、培育科學精神方面發揮著不可替代的作用。然而，受實驗材料的限制，學生無法全面進行探究性學習，這直接減少了學生深入鉆研自然界物理現象的

次數[1]。

（二）師資力量的不足

在部分地區由于師資力量的短缺和教育投入分配的不均，物理教師崗位出現大量空缺。在壓力驅動下，物理教師肩負起了沉重的教學任務，導致工作負擔加劇，影響了教學效果和效率。教師往往無法對每位學生提供充分的教育關注與引導，特別是在實驗課程教學中，這種需要互動交流和個性化指導的情況下進行，學生的學業需求往往無法得到滿足。

并非每位物理教師都接受過正規的實驗教學訓練，學生或許在物理實驗指導方面知識和技巧不足。在此環境中，教師協助學生執行物理實驗，難以給出嚴謹科學的引導，也難以喚起學生對物理研究的熱情。另外，有些教師依然沿用以往的教學模式，缺乏新穎性和互動環節，在現代教育理念下顯得尤為突出。這種教學方式無法促進學生批判性思維的養成，不利于學生解決復雜問題的能力提升，不能幫助學生深入理解物理學概念。教師數量的不足，直接影響了物理實驗教學的質量與效果，間接影響了學生對物理學的興趣及態度。在缺少充分支持和激勵的教學環境中，學生可能會覺得學習物理單調無趣，這會降低學生的學習熱情。

（三）學生參與度和實驗效果的差異

學生群體中物理學興趣的多樣性以及理論知識掌握程度的參差不齊，在實驗課堂上參與程度各有千秋。部分學生或許對物理學科缺乏興趣，或許由于物理學基礎不扎實，不積極投身于試驗項目，在實驗環節可能無法高效地完成既定任務。教育資源受限或教師素質不一，學生在實驗過程中可能遭遇指導不足的問題。在此環境下學生難以深入理解實驗的基本概念和目的，無法準確地進行實驗操作，導致實驗結果的精確度和可信度大幅下滑。實驗期間有時間限定，學生的實驗成效顯著受制于此，時間限制對實驗成果具有決定性的影響。

當前實驗評價體系過于注重成果表現，忽略了對探究過程與方法的考查。這種評價方式可能導致學生過分注重實驗答案的準確性，而忽略了在實驗當中鍛煉問題解決技巧和創新思維的重要性。實驗研究部分缺少激勵性評價機制，導致學習者難以建立科學思維和掌握探索技巧，學生實驗操作技能的提高也受到了限制。

三、合作學習在高中物理實驗教學中的應用及實踐策略

（一）結合實驗知識點完善實驗資源

在實驗教學中要想激發學生的實驗興趣，必須著手于熱量傳遞理論基礎，對實驗材料與設備進行改良。教師須依照教學安排和實驗目的挑選恰當的導熱樣本（如金屬棒、塑料棒、木棒等）并確保所有必要的實驗工具和化學試劑（如溫度計、燒杯、秤、熱源等）完備且運作良好。執行此舉，得以確保實驗流程的無縫進行，同時增強實驗的參與感和趣味性，激發學生學習的興趣[2]。

（二）高中物理熱傳導實驗合作學習目標制訂

在進行高中物理熱傳導實驗過程中采用團隊學習方式明確學習目標是確保實驗成功和提高學生學習效率的關鍵。在設定目標時，教師應引導學生團隊通過合作討論共同界定實驗教學目標，這樣做有助于增加學生的投入感和職責感，促進學生深度理解并靈活使用熱傳遞相關理論。

學生須明白，熱能如何透過物質間實現熱傳導傳遞，包括理解熱傳導學科的核心內容，以及了解熱能傳遞的基本方向是從高溫到低溫。通過實驗方法，學生將揭示不同材料（例如金屬、塑料、木材等）在導熱性方面的不同表現，并探討導致這些差異的原因。該目標的核心在于讓學生通過親自動手操作，深入理解不同材料的性質是如何影響熱傳遞效果的。將通過實際操作來衡量各種材料的熱傳導特性，并掌握運用一維熱傳導方程進行數值解析的方法。學生不僅需要親自動手操作實驗設備，還必須運用數學原理分析實驗數據，這一過程展示了理論與實踐的緊密結合。在學習合作的模式下，學生將在小組內部分工合作，共同完成實驗任務。這一目標致力于增強學生的溝通藝術，促進團隊協作能力，加強解決問題的技術。分析實驗數據進行深入探討，鼓勵學生提出獨到見解，對實驗成果進行嚴格審查。這一行動促進學生形成科學研究觀念，并助力學生提高批判性思考能力[3]。

（三）高中物理熱傳導實驗合作開展步驟

在高中階段進行的熱傳導實驗課程中，小組合作學習對實驗順利進行至關重要。該模式不僅提高了學生的實驗技能，還培養了學生的團隊精神，并加深了學生對物理原理的認識。

第一，準備階段。組隊與角色分配：教師應促使學生組成團隊，提倡團隊學生互相交流，以便對各自的職責和角色有清晰地認識。可能職責涵蓋實驗操作者、數據記錄者、時間協調員和文檔撰寫者。明確分工，確保實驗流程連貫，眾人積極投身于試驗熱情高漲。理論學習：在實驗開始之前，團隊學生須共同溫習熱傳遞的理論基礎，包括其概念解析、基本規律以及計算公式等。這一步驟確保參與者對實驗學術依據具備徹底的認識。材料準備：學生需要收集包括金屬、塑料、木材等在內的多種導熱材料樣本，并準備溫度計、燒瓶、天平以及加熱設備等實驗器材。團隊學生必須合作檢查設備是否完全正常運行，確保實驗結果的準確性與可信賴度。

第二，實驗操作階段。實驗設置：實驗員嚴格依照既定程序進行實驗準備，涉及溫度計的安裝、樣品的放置及熱源的設定等。在此時點，協作學生得以貢獻助力，用以維系實驗設置的精準性。數據采集：實驗數據記錄員負責記載實驗環節中的關鍵數據，包括樣品的起始溫度及其隨時間推移的溫度變動等詳細信息。實驗時需嚴格計時，確保信息采集的時間間隔恒定。實驗監控與調整：實驗進行時，每位學生必須密切監控實驗變化，及時識別并解決可能出現的問題。比如，若檢測到熱源溫度不穩定，須迅速調整，以確保實驗數據的精確度。

第三，數據處理與分析階段。實驗完畢后，組員協作對采集的數據進行整理和加工細化處理。學生需借助一維熱傳導方程測定不同材料的熱傳導特性，在此過程中，算術技巧和邏輯推理能力至關重要。

第四，結果分析。團隊學生需攜手分析實驗數據，研究數據間的相互關系及其變化趨勢，并分析實驗效果與理論預測之間的差異。這一階段促使學生形成獨立的見解假設，點燃對辯證思維技巧的深入挖掘[4]。

（四）學生在實驗中掌握安全注意事項

在高中物理課程的熱傳遞實驗部分安全教育成為關鍵環節，目的是防止意外傷害的發生，目標是提高學生在科學探究中的責任感和自我保護技能。因此，教師在課程前期必須對學生進行全面的安全教育，確保學生理解并遵守實驗室的安全規程。教師必須清晰指出實驗過程中可能遭遇的安全危險，包括可能遭受的熱源灼傷、不當操作實驗工具可能引發的傷害等。此外，對于熱傳導實驗，教師必須特別強調避免接觸高溫物質的重要性，并教導學生如何安全地使用熱源設備和測量工具。

教師須向學生展示精確的實驗技巧，包含恰當地使用溫度計以及精確控制熱源設備的操作方式。借助實物展示，學生可以直觀地理解可靠的實驗操作流程。教師應指導學生實施實驗前后安全審查，包括檢測實驗工具是否正常，并確保實驗室環境的清潔與安全。此舉不僅能夠減少實驗室操作的風險，還能增強學生的觀察力和責任感。此外，教師應鼓勵學生在實驗過程中相互協作并進行監控，及時發現并糾正同事的安全隱患行為。這種互助監督不僅能夠迅速遏制安全事故的發生，還有助于培養學生的團隊協作精神。教師須核實實驗室所配備的必需安全設備，如滅火設備、急救用品等，并指導學生如何在危急狀況下操縱這些防護工具。

（五）以小組合作的形式共同撰寫實驗報告

在高中物理實驗課堂上進行教學活動，合作完成實驗成果的整理，合作學習過程中，共同撰寫實驗總結占據關鍵地位。這一環節不僅讓學生回顧實驗成果，加強對實驗基礎知識和步驟的掌握，還同步鍛煉團隊協作與溝通能力。實驗成果的梳理與歸納，涉及多個關鍵部分：實驗目的、實驗步驟、實驗結果、結果分析及實驗結論。每個部分執行其獨有的職責，各個部分蘊含獨到的意義。

合作完成實驗報告的步驟，凸顯了團隊合作的重要性，要求學生間必須進行高效率的溝通與明確的分工合作。團隊學生共同商議并界定各模塊的基礎架構與資料，然后按照每個人在實驗中的任務及技能專長來指派寫作工作。例如，操作實驗設備的學生或許更適合負責實驗程序的編寫，而負責記錄數據的學生或許更適合撰寫實驗結果和分析。在撰寫過程中，團隊學生需定期集會，分享寫作進度，提供反饋與建議，目的是保持信息的流通與準確性。團隊學生必須共同努力，針對寫作時遭遇的挑戰進行商討，這些挑戰涉及數據分析的不同解讀或結論表達的格式等。完成初稿之后，團隊學生需共同審閱并提出修改意見，以確保成果的高質量標準。經過這一階段，學習者不僅加深了對實驗知識的理解，還學會了在團隊中有效溝通和協作的能力，并提升了解決問題的能力[5]。

結束語

本研究通過理論分析與實踐探究，驗證了合作學習在高中物理實驗教學中的應用能夠顯著提高學生的實驗參與度、促進團隊合作能力和科學探究精神。實驗結果表明，采用合作學習策略的物理實驗教學，不僅能夠有效解決傳統教學中存在的資源、師資和學生參與度問題，還能激發學生的學習興趣，提升其實驗技能和理解力。然而，合作學習的深度應用和推廣還面臨教師專業發展、教學資源配備等方面的挑戰。未來的研究可進一步探索合作學習在不同學科和層次教育中的適應性與效果，為教育實踐提供更廣泛的參考。

參考文獻

[1]戴耀東.基于學習進階的高中物理實驗教學設計：以“探究加速度與力、質量的關系”為例[J].物理教師，2023，44（9）：13-16.

[2]李春勝，鐘志鵬.高中物理實驗可視化：價值、路徑與實踐：以“帶電粒子在電場中的運動”為例[J].物理教師，2023，44（5）：54-57.

[3]郭杰.新高考背景下高中物理實驗教學策略分析[J].廣西物理，2023，44（1）：211-213.

[4]陶德泉.改進與創新高中物理實驗的有效途徑探討[J].廣西物理，2022，43（4）：82-84.

[5]薛正正.基于創新能力培養的高中物理實驗教學模式探索[J].國家通用語言文字教學與研究，2022（9）：98-100.