谈小组合作学习课堂设计的关键——以“磁场对运动电荷的作用力”教学为例

张江宁

（江苏省锡山高级中学 江苏 无锡 214174）

小组合作学习作为一种有效的教学方式早已为实践所证实.新课程推进以来，比较成功的课堂教学改革，杜朗口中学“三三六”模式的“预习、展示、反馈”也好，上海静安区教院附校的后“茶馆式”教学的“读读、议议、练练、讲讲、做做”也罢，无不采用了小组合作学习的形式.小组合作学习之所以还没有能够在高中大面积推广，是因为其高效性没有得到广大教师的认可，具体实施也存在许多困难，现有的教学评价体系也阻碍了合作学习的常态化实施.在平时教学工作中，更多的教师只是将小组合作学习作为教学的点缀，或仅仅在公开课上进行展示.其实，教师只要真正进行过小组合作学习的教学尝试，就一定会大力倡导这种教学形式.

合作学习是在建构主义学习理论指导下的，以学生为中心的教学方式.当然，有的合作是有效的，有的合作是低效，甚至无效的.为了避免无效合作，笔者结合自己为课堂观察活动所开设的“磁场对运动电荷的作用力”（人教版）一课，谈谈小组合作学习课堂教学设计的关键.

1 目标与评价同步

传统教学主要以知识的达成作为教学目标，严重偏离了新课程的三维目标要求.三维目标的达成，不是一节课或者几节课就能实现的，只有长期坚持运用新课程理念进行教学，让学生通过自主、合作、探究主动建构知识、锻炼能力，才能实现知识、能力与情感目标的有效达成.这就要求教学评价体系要与新课程目标要求相适应，要从重点评价学生的知识达成度转变为对知识、能力、情感目标达成的同步评价.

“磁场对运动电荷的作用力”一课的学习目标，笔者是这样设计的：

（1）通过观察与猜想，感悟磁场对运动电荷的作用力的存在，认识洛伦兹力；

（2）通过联想与类比，学会用左手定则判断洛伦兹力的方向；

（3）通过推理与交流，推导出洛伦兹力公式，能计算速度方向与磁场方向垂直时洛伦兹力大小，能说明洛伦兹力的特点；

（4）通过分析与判断，能说明显像管的工作原理，体验电子束的磁偏转在科学技术中的应用.

实现以上目标的对象为学生，而不是教师.目标的达成以知识为载体，通过学生自我建构和合作讨论达到掌握知识、锻炼能力、丰富情感的效果.教师对学生的评价，不仅看学生知识的掌握情况，更要以学生的课堂参与度、合作方式的有效性等为依据作出激励性的评价，以调动学生的合作探究的积极性，促进学生的进一步学习.

2 内容与任务适合

有些知识通过自主阅读就能掌握，有些知识在别人的帮助下能够更有效地建构.因此，在进行教学设计时，就是要把那些需要获得别人帮助才能完成的学习任务设计成小组合作的形式.就是说，无论是自主学习，还是合作学习，在进行教学设计时必须遵循维果茨基的最近发展区理论，要把学生的学习活动设计在最近发展区内.

在“磁场对运动电荷的作用力”一课的课前会议上，笔者针对学习内容阐述如下：

洛伦兹力大小的计算和方向的判断为本节课的中心内容，为学习带电粒子在磁场中运动作了知识上的准备，在高考中占很重要的地位.教材首先从阴极射线在磁场中偏转的事实揭示了运动电荷在磁场中会受到磁场的作用力，从而激发了学生探究磁场对运动电荷的作用力相关性质的热情；再从学生已有的安培力的知识和电流形成的原因出发，通过比较与联想，得出判断洛伦兹力方向的方法.教材没有直接给出洛伦兹力大小推导的过程，而是给出建议，引导学生进行推导，使学生亲身体验推导洛伦兹力的全过程.这不仅使学生对洛伦兹力的公式有更深刻的认识，也使学生在经历了洛伦兹力的理论探究的过程后，产生较强的成就感，提高了分析、推理能力，激发了学生探究物理规律的热情.

从以上分析可以看出，由于有安培力的基础，学生对于洛伦兹力的产生和方向的判断是可以通过自主学习掌握的.但是，洛伦兹力大小的推导过程较为复杂，并不是每个学生都能够独立完成的.因此，笔者在学案设计时，将洛伦兹力的推导过程设计成在自主学习基础上的合作探究.从课堂观察的情况看，这样的设计比较接近学生的认知水平，每个小组都能够完成学习任务.

3 知识与能力并重

离开了知识这个载体，能力的锻炼也将是空中楼阁.在进行合作学习教学设计时，知识仍然是学习的主要内容，但通过科学的学习方式可以使能力得到更好的锻炼.同是知识的掌握，如果通过讲授的形式，学生只是被动地接受，而如果通过小组合作的形式，学生则能够主动建构.两种学习方式，学习同样的知识，对于学生能力的培养却大相径庭.在进行教学设计时，笔者把知识问题化，让学生通过解决一个个具体问题达到掌握知识、锻炼能力的目的.比如，针对洛伦兹力公式的推导，笔者设计了如下问题.

【例1】设有一段长度为L的通电导线，导线的横截面积为S，导线每单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中.

（1）写出这段导线中电流I的微观表达式（用S，n，q，v表示）.

（2）写出这段导线所受的安培力F安的表达式.

（3）这段导线所含自由电荷数N为多少？

（4）导线中所有定向移动的自由电荷所受洛伦兹力的总体效应表现为导线受到的安培力，设每个运动电荷的洛伦兹力为F洛，写出F洛的表达式（用B，q，v表示）.

（5）上述F洛的表达式适用于什么情况？

这样把洛伦兹力的推导过程分解为若干个步骤，为学生搭建了台阶，使得自主学习和小组合作的任务得以顺利完成.

4 个别与全体兼顾

有人认为合作学习是优秀学生辅导后进学生的活动，这是对合作学习的曲解.其实，在小组合作中，优秀学生的成就感是最强的，受益是最多的，能力的锻炼也是最全面的.实际上，受益的是全体学生.根据学习的金字塔理论，当小组内的一个成员把自己对知识的理解讲给其他人听时，这个成员对知识的巩固率是最大的，他的受益也是最大的.交流的过程对小组内所有成员都是一个学习的过程，只不过不同的成员可能处于不同的学习阶段.因此，在进行教学设计时，为了让学习的内容能够使小组讨论正常进行，就要使小组内部分成员通过自主学习能够基本掌握所学知识，另一部分成员尽管独立学习有困难，但可以通过小组讨论后完成学习任务.实际上小组合作的形式，既面向全体同学，又照顾到差异性.

比如，在设计课堂练习时，笔者设计了如下的一道选择题.

图1

【例2】如图1所示，质子以速度v水平向右射入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域时，刚好做匀速直线运动.设竖直向下的匀强电场的场强为E，垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为B.则

A.质子的速度v＝

B.如果质子以速度v水平向左射入场区，则质子仍然做匀速直线运动

C.如果把质子换成电子，电子也能以速度v水平向右做匀速直线运动

D.如果把质子换成电子，电子能够水平向右做匀速直线运动，但速度不是v

该题没有提到速度选择器，目的是让学生不要产生神秘感，不管它是一个什么装置，其实质就是运动电荷在电场中受到电场力，在磁场中受到洛伦兹力作用的问题.课堂上，大多数学生通过努力能够确定选项A是正确的.在把速度方向改变后，或者把质子换成电子后，不少同学遇到了困难，但仍有部分同学能够正确分析.在这样的基础上，再通过小组合作的形式，就使学生都能够掌握分析问题的方法了.该题的设计，既能让优秀学生通过独立思考解决问题，又能让其他学生通过合作解决问题，保证了自主与合作学习的有效性.

5 观察与指导结合

把课堂还给学生，并不是放任自流，而是在教师引导下的有序合作.教师要通过对学生自主、合作学习过程的观察，确定课堂活动是否偏离预设的教学目标，合作的过程是否有效，是否需要教师的指导.

传统的讲授式课堂，教师只要观察全班整体的学习状态就能确定如何调整课堂教学的策略，采取相应的措施.而对于小组合作学习的课堂，由于不同小组的合作过程的差异性，对教师的观察能力提出了更高的要求.教师必须在观察的基础上，对各小组普遍存在的问题进行集中指导，对小组的个性化问题进行组内指导.可见，如果小组数量过多，教师就会力不从心，指导就不具针对性.为了使课堂指导更有效，每一小组的人数要因班级总人数的情况而定.根据笔者的经验，小组的数量不宜超过10个.因此，随着小班化的逐渐普及，小组合作学习的效果将会得到进一步提高.

6 输入与输出多元

有效的教学应该使学生发现问题、解决问题的能力得到提高，而不仅仅是使学生获得知识.传统教学之所以不利于学生能力的培养，是因为在课堂上学生缺少发现问题、解决问题的过程体验，学生在更多的时间里处于被动接受的状态.这里借用外语学习的“输入与输出”理论，就是学生在课堂上只有输入，没有输出，而能力的提高，必须在输出过程中才能得到体现.

如果对杜朗口中学的“预习、展示、反馈”和上海静安区教院附校的“读读、议议、练练、讲讲、做做”进行细心的总结，不难发现，他们的成功之处就在于课堂上输入与输出的多元.在小组合作学习中，讨论的过程，对发言者是语言的输出过程，对听众是输入过程；板书的过程是文字的输出与输入；板画的过程是图形、图像的输出与输入；实验操作的过程是动作的输出与输入；表演的过程则能够输出、输入真情实感.小组内每个成员都有表达、表现、表演的机会，所以，在合作的过程中，输入与输出的交替进行使学习效率成倍提高.之所以在外语的学习中要强调大声朗读，是因为朗读的过程就是文字输入和语言输出过程.物理的学习过程，其输入与输出的形式要比外语的学习丰富得多，而这些丰富的“输入与输出”形式正是小组合作学习高效性的根本保证.

在本课的教学中，笔者对输入、输出进行了多元设计.

（1）投影展示—— 输出图片与视频 输入美感与热情

通过极光图片和视频的播放说明应用本节课所学知识能够解释神奇的自然现象，激发了学生学习本节课的热情.

（2）实验验证—— 输出操作与现象 输入真实与信服

课上让学生观察阴极射线在磁场中偏转的演示实验（可让学生操作），用实验验证磁场对运动电荷有力的作用，让学生体验到洛伦兹力是真实存在的.

（3）探究发现—— 输入图形与公式 输出自信与快乐

笔者在学案的设计上，对小组合作推导洛伦兹力公式是这样处理的：先从安培力公式和电流的计算式出发，引导学生写出电流的微观表达式，再通过宏观与微观的关系引导学生推导出洛伦兹力公式F＝qvB.绝大多数学生都能在没有教师指导的情况下得出洛伦兹力公式，获得成功的体验，享受学习的乐趣.

（4）课堂检测—— 输入问题与变量 输出方法与技巧

通过检测获得反馈信息，了解课堂教学的效果.在检测的过程中让学生感悟、归纳解决洛伦兹力问题的一般方法和技巧.

可见，对于物理课堂的小组合作学习，不能仅仅理解为小组讨论.为了提高小组合作学习的效率，教师应该为课堂提供合适的素材和器材，以丰富输入、输出的形式.至此，读者也就不难理解杜朗口中学的教室四周都是黑板的道理了.