紀文杰

摘 要：拋錨式教學要求在真實的情景下，以學生為主體，通過自主學習、探究學習、小組合作學習來構建學生自己的知識體系。本文以“驗證機械能守恒定律”為例，探索這種教學模式在實驗專題復習課教學中的應用。

關鍵詞：建構主義；拋錨式教學；小組合作學習；實驗；復習課

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）6-0028-5

1 問題的提出

建構主義學習理論認為，學習過程不是學習者被動地接受知識，而是積極地建構知識的過程。建構主義學習活動強調(diào)以學習者為主體，激發(fā)學習者的學習興趣與動機，促使他們進行“真實地”學習。

拋錨式教學是建立在建構主義學習理論基礎上的一種重要的情景式教學模式，教育者在教學時為學生創(chuàng)設富有真實性的學習情境，使教學建立在生動的真實情景或真實問題的基礎上，通過學生間的自主學習、探究學習、小組合作學習，使學生親身體驗從識別學習目標、提出學習目標到實現(xiàn)學習目標的教學過程。教學中學生面臨的真實事件或問題就作為“錨”，而建立和確定這些事件或問題就可形象地比喻為“拋錨”，一旦事件或問題確定了，整個學習內(nèi)容和學習進程就像輪船被錨固定一樣而被確定。

當前有關拋錨式教學理論研究的文章比較多，也很具體，但有關拋錨式教學用于物理學科教學實踐的研究較少。本文即以“驗證機械能守恒定律”專題復習課教學為例，討論拋錨式教學在實驗專題復習課中的教學實踐。

2 拋錨式教學在實驗專題復習課中的教學實踐

2.1 實驗專題復習課的特點

學生在實驗專題復習課之前具有一定的知識背景，這為學生自主整合知識奠定了基礎。但是，學生對知識的簡單重復缺少興趣，學習的積極性不高。因此，教師必須在實驗專題復習課的設計上多動腦筋，多花心思。

在教學中要立足教材，從最基本的實驗原理、實驗方法入手，引導學生掌握實驗原理和方法、進行數(shù)據(jù)處理和誤差分析等。同時，在實驗復習中要改變紙上談兵的現(xiàn)狀，要讓學生真正走進實驗室，要真做實驗。教師通過創(chuàng)設真實的問題情境，了解學生學習的實際困難。注重學生自已的體驗和對問題的總結(jié)，讓學生自已去構建知識體系，這樣得出的結(jié)論印象才更為深刻。

2.2 拋錨式教學的優(yōu)點

拋錨式教學就是在真實的情境中，根據(jù)學生現(xiàn)有的認知水平和教學內(nèi)容，通過自主學習、探究學習、小組合作學習的方式來提高學生的學習熱情以及分析問題、解決問題的能力。

在高中物理實驗專題復習課中運用拋錨式教學，其優(yōu)勢有：

1）學生有大量的理論知識作為背景，教師通過在學生最近發(fā)展區(qū)創(chuàng)設問題情境（依托教材，但又不拘泥于教材），有助于學生重新審視實驗原理和方法，從本質(zhì)上真正理解和把握實驗原理和方法，為學生自主整合知識奠定了基礎；

2）學生走進實驗室進行具體的操作和探究，充分調(diào)動了學生的學習熱情和積極性，有助于學生動手動腦能力的培養(yǎng)；

3）拋錨式教學所倡導的自主學習、探究學習與小組合作學習，不僅有助于培養(yǎng)學生的自主學習能力、探究性學習能力和團隊精神，還有助于提高學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。

2.3 基于拋錨式教學模式的實驗專題復習課教學設計

2.3.1 教學內(nèi)容分析

本專題是學生在掌握“必修2”實驗“驗證機械能守恒定律”的基本原理和方法的基礎上，通過對實驗原理的優(yōu)化、對測量方法的改進和實驗數(shù)據(jù)的分析處理的比較，使學生對機械能守恒定律及條件有更深刻的認識。本節(jié)課的重點是實驗思路（方案）的設計，即瞬時速度的測定及實驗數(shù)據(jù)的采集與處理。在學生進行實驗探究前，教師可用問題討論的方式為學生搭建“腳手架”，解決實驗操作中應該注意的一些問題。教學中要突出學生的主體地位，放手讓學生進行實驗，讓學生感受探究的過程。

2.3.2 教學目標定位

1）理解實驗原理和方法，明確實驗中需要直接測量的物理量；

2）了解常用測量儀器的構造、測量原理和使用方法，并能正確測量有關物理量；

3）能正確進行實驗操作，并能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出實驗結(jié)論；

4）能定性分析實驗產(chǎn)生誤差的原因，并提出減小實驗誤差的方法。

2.3.3 教學實施過程

⒈課前準備

1）開放力學實驗室；

2）準備好完成力學實驗的基本實驗器材（多套）：打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、天平、氣墊導軌、光電門與計時器、滑塊、游標卡尺、螺旋測微器、導線若干、小球、牛頓管、數(shù)碼相機等。

⒉教學過程

師：同學們，今天我們來共同復習“驗證機械能守恒定律”。

師（問題1）：請同學們回憶：

1）機械能守恒定律的內(nèi)容及表達式；

2）機械能守恒定律成立的條件。

生1：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變。這叫做機械能守恒定律。

即：

Ek1+ Ep1= Ek2+ Ep2

或△Ek=-△Ep。

生2：只有重力或彈簧彈力做功。（如除重力、彈力外，還受其他力，其他力不做功或者做功的代數(shù)和為零。）

師：從機械能守恒定律的兩種表達式看，第二種方式可省略零勢能面的選取，減少測量的總量，更加簡捷。要驗證機械能守恒，就要看物體（系統(tǒng)）重力勢能的減少量和相應過程物體（系統(tǒng)）動能的增加量是否相等。若兩者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律。這就是實驗的基本原理。

師（問題2）：根據(jù)實驗原理，請同學們思考，實驗時需要測量哪些物理量？

生3：測量物體的質(zhì)量（m）、物體在豎直方向下落的高度（h）、物體初、末瞬時速度的大?。╲1、v2）。

師（問題3）：生3回答得很準確。那么，請同學們思考測量這些物理量需要用到哪些實驗器材？

生4：質(zhì)量（m）——天平；

高度（h）——刻度尺；

速度的大?。╲）——打點計時器與紙帶、光電門與計時器。

師：生4回答的很具體，為我們進行實驗設計指明了方向。要驗證機械能守恒定律，首先要設計出滿足機械能守恒定律條件的運動過程，其次要利用中學階段使用過的實驗器材，并且要考慮操作簡易方便等因素。

師（問題4）：請同學們回憶，我們在高一學習時是如何驗證機械能守恒定律的？

生5：利用打點計時器記錄重物自由下落過程來驗證機械能守恒定律。

如圖1所示，安裝實驗裝置，將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止靠近打點計時器的地方，先接通電源后釋放紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。

探究方案二：用帶定滑輪的長木板、小車和打點計時器驗證機械能守恒定律

如圖3所示，連接實驗裝置，用天平測出小車及重物的質(zhì)量分別為M，m，將帶滑輪的長木板水平放置，將小車放在長木板上并靠近打點計時器，穿上紙帶，讓打點計時器工作，再平衡摩擦力。然后掛上重物B，使細繩與長木板平行，接通電源，釋放小車，取點跡清晰的紙帶進行數(shù)據(jù)處理，vA、vB為點跡清晰的紙帶上A、B兩點的瞬時速度，Δh為A、B兩點間的距離。則系統(tǒng)機械能守恒成立的表達式是：

探究方案四：用電磁繼電器和光電門驗證系統(tǒng)機械能守恒定律

如圖5所示，連接實驗裝置，電磁繼電器（小鐵球）、光電門和紙杯在同一豎直線上。斷開開關，由靜止釋放小鐵球，用光電計時器記錄小鐵球在兩個光電門間的運動時間t1、t2，并用刻度尺（圖上未畫出）測量出兩個光電門之間的高度h，用天平測出小鐵球的質(zhì)量m，游標卡尺測出小鐵球直徑D；已知當?shù)氐闹亓铀俣葹樘骄糠桨肝澹河脦Фɑ喌墓饣泵?、小車和光電門驗證機械能守恒定律

如圖6所示，連接實驗裝置，水平桌面上固定一傾斜的光滑斜面；斜面上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連；遮光片兩條長邊與導軌垂直；導軌上B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t。用d表示A點到斜面低端C點的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，s表示A、B兩點的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度。用g表示重力加速度。則系統(tǒng)機械能守恒成立的表達式是：

其中，方案二中利用驗證牛頓第二定律的實驗裝置來驗證機械能守恒定律，雖然平衡了摩擦力，但因摩擦及空氣阻力造成的影響仍較顯著，實驗誤差較大。因此，可將方案二中帶定滑輪的長木板換成氣墊導軌來減小摩擦的影響。

方案三、四、五利用光電門、計時器測速度（物體通過光電門的平均速度看作物體通過該點時的瞬時速度，即v），其中，方案三利用氣墊導軌做驗證機械能守恒定律，可以大大減小滑塊運動時阻力的影響，具有可操作性。方案四與方案一對比可知，方案四中沒有紙帶與打點計時器之間的摩擦，用光電計時器也比打點計時器更有利于提高精確度。方案五中光滑斜面實際上很難找到，可以將光滑的斜面換成傾斜的氣墊導軌。

師：各學習小組提供的實際方案很有創(chuàng)意，我很嫉妒?，F(xiàn)在我也給同學們提供一個方案，供同學們參考。既然實驗過程中要減小阻力的影響，可否利用牛頓管和頻閃照相進行驗證，讓金屬片和羽毛在真空中自由下落？請同學們思考。

生：同學們鼓掌，積極思考，參與討論，課堂氣氛活躍。

師：引導各學習小組進行實驗。

生：各學習小組利用探究方案進行實驗，記錄并分析實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

教師引導學生綜合各學習小組的實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論：如果忽略空氣阻力及測量誤差等次要因素的影響，即只有重力做功時，物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，其機械能的總量不變，從而驗證了機械能守恒定律。

課后，各學習小組將實驗目的、原理、器材、步驟、數(shù)據(jù)記錄和處理、實驗結(jié)論等進行整理，形成實驗報告并在小組間進行評估交流，彼此取長補短。

3 反思與總結(jié)

在教學實踐中筆者發(fā)現(xiàn)，大部分學生都能積極地參與到小組合作學習與討論中，學習的積極性高，目標達成的效果比較理想。但也有不足之處：

1）個別小組的學生會游離于所討論“錨”之外，有的組員不服從小組長的管理。課前教師需要加強各學習小組的建設力度；

2）由于受實驗條件的限制，有些實驗器材實驗室不能提供，需要教師動手自制實驗器材；

3）在教學中，拋“錨”是關鍵，“錨”拋得好，學生學習的主動性和積極性就高，學習效果就好。這就要求教師要不斷學習，加強理論修養(yǎng)，提高駕馭課堂教學的能力。

總之，拋錨式教學在實驗專題復習課教學中的實踐還需不斷的探索完善，但它在發(fā)展學生的自主學習能力、實驗操作能力、合作探究能力、分析解決問題能力等方面的優(yōu)勢是不言而喻的。

同時，拋錨式教學的價值取向和教學特點與我國中學物理教學的新課程理念相一致。

因此，拋錨式教學在實驗專題復習課的運用，對于突破傳統(tǒng)的教學思想，提高課堂教學的實效性，促進物理課堂教學模式的變革，都具有積極的啟示和借鑒作用。

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（欄目編輯 李富強）