核心素养导向下合作学习在初中物理实验教学中的实践探究

陈俊妃　郑美洁

［摘 要］合作学习不仅体现了以学生发展为本的教学理念，还体现了培养学生物理核心素养的课程理念。科学探究中合作学习可以调动学生的学习主动性，激发学生的潜能，打造学生自主的、有生命力的课堂，培养学生的创造性思维能力和批判性思维能力。文章以初中物理“探究影响压力作用效果的因素”实验为例，探讨本实验教学中的合作学习策略以及如何通过合作学习提升教学质量。

［关键词］核心素养；合作学习；初中物理；实验教学

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）17-0038-04

一、核心素养视域下的合作学习理念

物理课程要培养的核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任［1］。注重合作学习的初中物理教学常采用“兵教兵”和“多元评价激励机制”等教学手段，通过“自主、合作、探究、展示”等教学环节，面向全体学生，着重培养学生的物理核心素养。这种教学方式通过合作学习小组，构建学习共同体，调动学生的学习主动性，激发学生的潜能，促进学生物理核心素养的养成。

（一）以学生为主体，发展学生的核心素养

教师要紧紧围绕物理核心素养，依据学业要求与质量标准系统地制订具体且可操作的单元教学目标和课时教学目标。在实验教学中教师应注重培养学生的科学探究能力，并关注科学探究对物理观念、科学思维、科学态度与价值观的意义。在考虑学生现有认知水平的基础上，针对拟定的教学目标设计教学活动，以进阶学习的方式形成任务，激发学生的自主探究与合作交流欲望。

（二）创设真实情境，突出问题教学

从学生已有的生活经验出发，选择适宜的情境素材，创设真实生动的生活学习情境，激发学生兴趣；提出问题，引发认知冲突，引导学生深入思考并激发学生的探究欲望。物理源于生活，也归于生活，应组织学生运用所学的知识与方法解决真实情境中的问题，提升学生的知识迁移应用能力。

（三）通过实践探究的方式开展教学

物理是科学课程之一，实践与探究是物理学习的方式，通过体验、操作和实践制作，将项目式、启发式、体验式等多种教学方式融合，设计实施思维型教学，引导学生在解决问题的过程中感受技术与工程的基本特点，提升学生的思维能力。

（四）采取素养立意的主体多元评价

强调主体多元化，充分发挥学校、教师和学生等不同角色在评价中的作用，综合利用各评价主体的评价结果，促进评价结果的准确性和有效性。在核心素养导向下对学生进行评价，采取学生自评、生生互评等不同评价方式促进学生核心素养的提升。

二、合作学习的实施原则

（一）先学后教原则

学生要先自主学习课堂上将要学习的内容，當学生对基础知识和基本技能有所掌握之后，教师再针对学生在自主学习、合作交流中暴露的问题，进行针对性的引导教学，逐步培养学生“问题—改进—新问题—再改进”的思考习惯，提高课堂的生成性。

（二）分层施教原则

秉持面向全体学生的理念，关注学生的胜任需求，让所有学生通过亲身体验，参与到课堂中的各个环节，教师有计划地通过合作学习实施“兵教兵”，使学生共同成长。

三、课前准备

（一）教材与学情分析

压强是初中物理课程的重要概念，是体现压力作用效果的重要物理量之一。在《义务教育物理课程标准（2022年版）》中要求通过实验理解压强。教师应站在发展学生物理核心素养的立场上，开展实验教学以求达到教学目标。物理观念上，教师可引导学生从物理学视角观察，利用所学知识解决物理问题，提出不同的“影响压力作用效果”的实验方案；科学思维上，依据研究问题的需要，提出猜想与假设，检验假设，得出结论，并从多角度提出新颖的观点，形成初步的提出与解决问题的能力；科学探究上，教师可引导学生设计控制变量的实验方案，对探究实践过程进行交流与反思，使用常见的科学仪器或生活用品完成实验，形成结论并做出解释；科学态度与责任上，教师要让学生乐于合作学习，并利用小组合作的方式共同解决物理问题，使学生有创新的兴趣，乐于改进实验，且具有质疑、创新的态度和尊重证据、实事求是的价值观。

学生在知识储备上，初步学习了力、重力、二力平衡等力学知识，具备对物体进行简单受力分析的能力，对控制变量法、转换法、比值定义法等物理方法有一定程度的认识。初二学生具备了较强的独立思考能力，但实验观察能力有限，对非同时出现的微小差异难以观察，反而对直观的数字比较敏感，容易接受；学生在利用类比迁移进一步设计优化测量压力作用效果方面相对比较薄弱。

（二）合作小组的建立与分工

组建合作小组要科学，要基于学生学习能力、性别和性格等差异将全部学生分成多个异质小组，尽量保证组间实力相当，组内异质。通常实验教学采用四人为一小组，小组长负责组织合作，处理组内争议问题；记录员负责记录讨论结果和实验数据；发言人负责汇报展示实验结果；监管员负责监管小组活动的纪律，监督组员主动参与合作学习。教师在初期要对合作学习小组进行培训，制定组内成员职责并不定期轮换等规则；在教学过程中加强巡查，提升小组合作学习的参与率、真实性和有效性。

四、实验教学中合作学习的实践

具体的教学流程如图1所示。

（一）重视设疑生问，创设真实情境

通过分享教师汽车轮胎被钉子扎破的经历，创设实验情境，让学生完成“一箭穿心，万剑不穿心”的演示实验（如图2）。教师提示学生，为了保证实验的科学严谨，可采用控制变量法，两个演示实验用相同的力去按压气球。学生会提问：压力相同的时候，为什么数量多的钉板上的气球只是变扁但不破呢？是不是受气球和钉床的接触面积影响？

通过学生演示有趣且与学生经验认知不符的小实验，激发学生的学习热情。设疑生趣，引发学生思考并提出问题，体验压力作用效果与两物体的接触面积之间的关系，形成初步的认识。

（二）重温物理概念，启发自主合作

学生展示一根手指挤压气球，引发其他学生思考，组内讨论，总结归纳出压力的概念以及压力的三要素。让全体学生亲身体验按压课桌、水瓶、铅笔等能在课堂上随手可得的学习生活用品，感知压力产生的作用效果是可以通过观察受力物体的形变程度进行比较的，进而引出常用的物理方法——转换法。结合学生展示的双手按压铅笔的两端的情境，让全体学生体验并猜想：压力的作用效果与哪些因素有关？让小组进行讨论并分享，组间互相补充完善，得出影响压力作用效果的因素是：压力、施力物体与受力物体的接触面积。教师进而解释施力物体与受力物体的接触面积称为受力面积。教师准备多个来源于日常生活的实验器材：小桌、正方体铜块、细沙、海绵块、海绵粒、面粉、高矮水槽、承压杆、砝码、皮尺等，让学生小组合作讨论制订实验方案后选取相应器材进行实验。引导学生回忆物理实验方法——控制变量法，引导学生只选取必要的实验器材制订方案进行实验，同时鼓励学生关注组间差异，改进实验，使实验现象更直观，设计更开放。

通过引导学生就地取材，体验压力的作用效果，学生容易归纳总结出比较物体压力作用效果的明显程度可以通过受力物体的形变程度体现，从而加深学生对转换法的认识。利用合作小组组内、组间的集体智慧，得到压力作用效果的猜想因素，以自选超市的形式，让小组进行选材设计实验。还给学生自主选择权，助力学生课堂学习内驱力的培养，让学生基于证据，辩证地看待理论和实践之间存在的差异，并乐于改进实验，初步形成质疑与创新的品格。

（三）寻不足再改进，引入压强概念

为了启发学生思维，教师鼓励学生自己创编物理实验，或对传统实验进行改进，充分调动学生的能动性，提高学生的团队协作能力［2］。部分小组受到教材实验的影响，选了与教材一致的实验器材进行实验；个别小组虽本着改进实验的思想，选了面粉，但是在小组展示交流时，却发现：1.小桌质量太小，在海绵上实验时微小的形变难以观察；2.选面粉作为实验器材时，部分学生没有把面粉抖平，导致实验不严谨；3.选海绵粒和承压杆做实验时，学生除海绵粒铺放不均匀外，每次用手压，也没能保持一致。基于以上问题，师生选取两个学生小组实验作为代表，将班里的12个合作小组分成两个大组，每个大组有6个小组，分别对两个小组实验进行改进，使改进后的实验更加直观，更加科学严谨。两个大组6个小组间相互学习合作，在此分享两个小组的实验改进汇报。

小组1：采用矮水槽、面粉、正方体铜块、皮尺为实验器材，设计探究压力作用效果的影响实验，并由小组代表展示汇报（如圖5）。本实验对比教材实验有如下改进：1.用相同正方体铜块进行组合，改变压力和受力面积，铜块密度大，压力作用效果明显；2.在组合铜块上固定细线，可以排除手提铜块的施力影响；3.采用面粉代替海绵，塑性材料代替弹性材料，拿开铜块后能够直观地看到面粉的凹陷程度；4.在组合铜块边缘贴上皮尺，可以直接通过皮尺刻度读数，更加直观地比较不同组合铜块的压力作用效果。不足之处：实验器材是人为操作的，实验容易出现误差。

小组2：采用海绵粒、高水槽、承压杆、正方体铜块、皮尺作为实验器材，设计探究压力作用效果的影响实验，并由小组代表展示汇报（如图6）。受到组间相互学习借鉴的影响，该改进实验与小组1的改进实验有相似之处：1.用相同正方体铜块组合改变压力，因为铜块密度大，所以压力作用效果明显；2.在组合铜块上固定细线，可以排除手提铜块的施力影响；3.在承压杆旁边固定个硬纸块，贴上皮尺，可以直接通过皮尺刻度读数，进而更加直观地比较不同组合铜块的压力作用效果。不同之处：用海绵粒代替整块海绵，使海绵粒的凹陷程度增大，作用效果更明显。改进后的实验装置也有不足之处：1.承压杆容易晃动，造成读数不精确，误差较大；2.在实验操作中承压杆与接口有摩擦。

在两个小组代表展示交流后，学生很快就能得到结论： 压力大小相同时，受力面积越小，压力作用效果越明显；受力面积相同时，压力越大，压力作用效果越明显。师生通过分析小组2的实验数据后，引导学生类比密度和速度概念的建立过程，建立压强的概念。

合作小组内、小组间乐于与他人合作交流。利用小组合作改进实验是保证实验从猜想、构思、设计、实施、改进、检验、分析实验优缺点等过程顺利进行的保障，更是物理观念、科学思维的生长点。通过寻找两个代表实验的不足，进行实验改进，既助力了物理核心素养的落地，也体现了新课标中提倡的“做中学”的教学方式。

（四）迁移应用拓展，联系生产生活

教师引导学生利用压强公式进行思考分析，小组讨论归纳出增大和减小压强的方法。教师从身边的学习用品——订书机、书包、图钉和手工剪刀入手，拓展到生活用品——菜刀、吸管斜切口、螺丝下面的垫片等，迁移到公共设施——突起的盲道、铁轨下的枕木、安全锤，再迁移到推土机、压路机、挖掘机等工程机械。教师引导学生注意观察、勤于思考，让学生结合增大和减小压强的方法来分析生活中蕴含压强知识的现象，提升学生应用物理知识解决社会实践中的实际问题的能力。教师通过展示北极熊在通过薄冰时趴着滑行的图片，引发学生思考，并带领学生进行“头脑风暴”：讨论自然界中有哪些生物的身体结构利用了压强知识。让学生在小组讨论中互相启发，自评互纠，分析压强在自然界中的奇妙。学生通过对大量实例的分析，迁移拓展压强知识，了解压强在生活中的应用，落实从物理走向社会的课程理念。

（五）多元评价，发挥评价功能

科学探究中的合作学习可以调动学生的学习主动性，激发学生的潜能，打造学生自主的、有生命力的课堂，培养学生的创造性思维能力和批判性思维能力。高效的课堂教学评价，应该充分发挥教师和学生在课堂评价中的作用，将学生自我评价、同伴评价和教师评价有机结合，发挥不同评价方式的育人功能。

通过制订初中物理实验教学评价量表（如表1），分成自主合作探究评价和作业评价两个维度，学生在课堂交流评估环节完成评价量表中的自评和互评，课后完成教师评价。评价量表是以物理核心素养内涵为依据，课堂评价关注学生在问题解决、讨论发言、合作探究、课堂展示四个方面的情况；作业设计体现诊断功能，指导学生无论是在课堂上还是课后，都能在自我评价、同伴评价和教师评价中改进学习。真正发挥评价的功能，以评导学、以评促学，激励学生，实现学科育人。

五、总结与反思

（一）经历真实完整的科学探究，发展物理核心素养

教师创设真实的实验情境，激发学生的学习兴趣，学生通过沉浸式经历科学探究中的问题、证据、解释和交流四大环节，体验真实完整问题的探究过程。教师采用问题解决的教学形式，引导学生运用科学思维方法来完善实验中的不足，优化创新实验器材，自主建构压强概念，充分体现新课标强调的“做中学”。通过设计方案和查找资料、推理论证、合作交流提升学生的问题解决能力［3］。

（二）设计和运用教学评价量表，促进有效学习

设计的教学评价量表将过程性评价和终结性评价进行有机结合。以往普通的当堂练习作业很难及时检测出学生在科学探究过程中核心素养的发展状况，一般的课后作业更是很少从学生的视角去引导学生自评、互评。本文设计的实验教学评价量表将学生自我评价、同伴评价和教师评价有机结合，通过多元化评价，及时反馈教学效果，促进物理学习有效发生。

［   参   考   文   献   ］

［1］  中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准：2022年版［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］  巩贵喜.合作中成长：关于初中物理教学中合作学习的探讨［J］.学周刊，2023（9）：46-48.

［3］  颜石珍，邓双丽.基于大概念引领和逆向设计的物理教学实践：以“密度”教学为例［J］.中学物理，2022（16）：10-13.