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        例談小組合作學(xué)習(xí)中互動交流的四重境界

        2018-01-26 01:26:30張江寧
        物理通報 2018年2期
        關(guān)鍵詞:磁場解題交流

        張江寧

        (江蘇省錫山高級中學(xué) 江蘇 無錫 214174)

        早在1997 年,OECD(經(jīng)合組織)就對核心素養(yǎng)進行了界定,確定了3個維度9項素養(yǎng).3個維度是:(1)能互動地使用工具;(2)能在異質(zhì)群體中進行互動;(3)能自律地行動.歐盟、美國等國家和地區(qū)對于學(xué)生核心素養(yǎng)的界定基本與此相近,而法國則只有前面兩個維度,而且將“與他人合作”作為6項素養(yǎng)之一單列出來.可見,要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng),必須為學(xué)生提供更多互動合作的機會,小組合作學(xué)習(xí)應(yīng)該成為課堂教學(xué)的重要形式.

        然而,在實際教學(xué)中,組織小組合作學(xué)習(xí)的效果常常受到質(zhì)疑,其根本原因是很多教師對合作的有效性研究不夠,學(xué)生只是在低層次上進行合作交流.下面筆者通過實例來談?wù)劥龠M學(xué)生深度合作的互動交流的四重境界.

        在一節(jié)“電磁感應(yīng)”高三一輪復(fù)習(xí)課的導(dǎo)學(xué)案上有一項活動:要求學(xué)生獨立完成下題后,先組內(nèi)交流再全班交流,并且要求學(xué)生要思考解決這類問題的關(guān)鍵和這類問題可能的變式形態(tài).

        【題目】如圖1所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng)=0.50 m,傾角θ=53°,導(dǎo)軌上端串接一個R=0.1 Ω的電阻.在導(dǎo)軌間長d=0.56 m的區(qū)域內(nèi),存在方向垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=2.0 T.質(zhì)量m=2.0 kg的金屬棒ab水平置于導(dǎo)軌上,ab棒的初始位置與磁場區(qū)域的下邊界相距s=0.24 m.用沿導(dǎo)軌向上的恒力F=46 N拉ab棒,使ab棒由靜止開始運動,上升過程中ab棒始終保持與導(dǎo)軌垂直,ab棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.5.(重力加速度g=10 m/s2,sin 53°=0.8,其他電阻不計).求:

        (1)ab棒進入磁場時速度v的大?。?/p>

        (2)ab棒進入磁場時所受的安培力FA的大?。?/p>

        (3)ab棒穿過磁場的過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q.

        圖1 題圖

        分析:該題屬于典型的電磁感應(yīng)與力學(xué)的綜合問題,大部分學(xué)生能夠?qū)b棒進行正確的受力分析,并根據(jù)受力情況判斷運動情況,從而作出如下解答.

        (1)由牛頓第二定律得到

        (1)

        由勻變速運動的速度與位移關(guān)系公式得到ab棒進入磁場時的速度

        (2)

        (2)感應(yīng)電動勢

        E=Blv

        (3)

        感應(yīng)電流

        (4)

        安培力

        FA=IBl

        (5)

        將式(4)代入式(5)得

        (6)

        (3)ab棒進入磁場后受到的合力

        F合=F-mgsinθ-μmgcosθ-FA=0

        (7)

        所以金屬棒在磁場中做勻速運動.

        由于電路的總電阻就是R,因此,R上產(chǎn)生的焦耳熱就等于克服安培力做的功

        Q=FAd=26.88 J

        (8)

        盡管該題難度不大,但是仍然有個別學(xué)生解題時出現(xiàn)下列錯誤:

        (1)沒有考慮到摩擦力;

        (2)認為摩擦力為μmg;

        (3)將Blv當(dāng)成安培力;

        (4)不能判斷ab棒進入磁場后做勻速直線運動.

        在觀察各小組的合作交流以及全班交流時,經(jīng)過仔細分析后不難發(fā)現(xiàn)各小組成員在交流中能達到如下4個層次.

        (1)聽

        在小組合作交流時,解題受阻的學(xué)生一般都能認真傾聽同伴的講解.但是,遺憾的是,其中一部分學(xué)生僅僅滿足于聽懂了,并沒有去分析解題受阻的根本原因,也沒有在聽懂的基礎(chǔ)上進一步完善自己的解答.同伴激情滿懷地一邊寫一邊講,并不能激發(fā)他們對如何分析解決這類問題進行進一步的追問和探討.可見這些學(xué)生在小組合作學(xué)習(xí)中常常處于被動位置,懶于動口、動手、動腦.在小組合作學(xué)習(xí)中,僅滿足于“聽”的層次顯然是低效的,即使聽懂了,但并沒有真正內(nèi)化為自己對知識的理解、對解題方法的掌握.這種“懂”只是暫時的,以后遇到類似問題仍然會發(fā)生同樣的錯誤.

        (2)問

        與只滿足于聽懂的學(xué)生不同,更多的學(xué)生對自己錯誤的原因進行深入的分析,在與同伴的互動中能夠主動提出自己的見解,提出自己的疑問,并且與同伴探討防止這類錯誤再次發(fā)生的方法.比如,A組一位學(xué)生在交流時就主動問同伴,如何有效防止摩擦力計算的錯誤,然后在同伴的幫助下,這位學(xué)生在自己的學(xué)案上用紅筆寫下了“不僅要正確畫出受力圖,還要正確分解受力”.B組一位學(xué)生看到同伴把原圖改畫成一個平面圖,然后在平面圖上進行受力分析,就問同伴,是不是每次遇到這樣的問題都改畫成平面圖?同伴作出了肯定的回答,并且強調(diào),必須要形成這樣的習(xí)慣,才不至于受力分析出現(xiàn)錯誤.可見,在小組合作學(xué)習(xí)中,只有主動發(fā)問、勇于質(zhì)疑,才能進行深入的探討,從而提高合作的有效性.

        (3)教

        根據(jù)學(xué)習(xí)的金字塔理論,小組合作學(xué)習(xí)中受益最大的過程是正確地教別人.這是因為,要將問題講清楚,不僅自己要理解、要做對,還要思考怎樣講能夠讓組員更好、更快地理解.正是這種深度思考使自己對問題的認識更加深刻,從而使自己在小組合作學(xué)習(xí)中受益更大.

        比如,C組代表在全班交流時,對該題的錯因進行了歸納:根據(jù)本組交流的情況,主要錯因是沒有形成首先分析受力的習(xí)慣,或者受力分析不規(guī)范,從而導(dǎo)致遺漏摩擦力或者摩擦力大小計算錯誤.該題一旦受力分析錯誤,就不能抓住金屬棒進入磁場區(qū)域后合力為零的特點作出金屬棒做勻速直線運動的判斷,導(dǎo)致無法求解.

        C組代表進一步交流了小組對該題解法的建議,基本與前面解答一致,不再贅述.但他們認為,盡管在該題中直接用克服安培力做功求焦耳熱更簡潔,但該題也可以用焦耳定律來求R上產(chǎn)生的熱量Q,特別是如果金屬棒也有電阻的情況下,可有效防止將總焦耳熱當(dāng)成R上產(chǎn)生的焦耳熱.可見,在小組交流時,他們對不同的解法也作了分析,并且對不同解法的優(yōu)缺點進行了比較,甚至考慮了當(dāng)條件發(fā)生變化時如何求解.

        為了給其他小組全班交流的機會,教師對C組的交流給予充分肯定.接著進入下一層次的交流.

        (4)變

        舉一反三、融會貫通一直是物理教學(xué)追求的目標,那么如何引導(dǎo)學(xué)生舉一反三呢?小組合作學(xué)習(xí)為學(xué)生提供了一個對題目進行變式改造的良好平臺,在這里大家可以充分發(fā)揮集體智慧,讓個人難以獨立完成的任務(wù)通過集體討論得以實現(xiàn).D組的代表在全班進行了如何進行變式改造的交流,使小組合作交流的層次提高到一個新的高度.

        D組代表交流了他們?nèi)绾卧诘湫湾e誤的基礎(chǔ)上對題目進行了改造.有學(xué)生沒有正確判斷出金屬棒進入磁場后做勻速直線運動,從而無法求解,這就引起了他們的討論,如果改變拉力F的大小,金屬棒進入磁場時將不做勻速運動,那么是做什么運動?能否求出電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱?應(yīng)用什么方法求焦耳熱?

        經(jīng)過討論,他們認為,如果金屬棒進入磁場后,金屬棒受到的合力不為零,則將做變速運動.由于速度變化,感應(yīng)電動勢就要發(fā)生變化,安培力也就發(fā)生變化,合力就要改變,因而金屬棒將做變加速直線運動,這就導(dǎo)致無法用動力學(xué)方法求解,只能用能量守恒或動能定理求解.這樣就缺少一個條件,即金屬棒剛穿出磁場時的動能,因此,題目就要增加“金屬棒剛穿出磁場時的速度為v”這一條件.這樣,應(yīng)用動能定理寫出如下表達式

        (F-mgsinθ-μmgcosθ)(d+s)+W=

        其中W為安培力做的功,為負值,則R上產(chǎn)生的焦耳熱

        Q=-W

        E組代表則交流了如何為題目創(chuàng)設(shè)一個新的情境,原題是用拉力拉金屬棒,這個拉力是怎么施加的?他們創(chuàng)設(shè)了如圖2所示的情境,用與質(zhì)量為M的重物相連的輕繩通過定滑輪沿導(dǎo)軌方向拉金屬棒.他們正在討論如何解決改造后的題目,初步認為,盡管情境發(fā)生了變化,但解題方法基本相同.

        這時,教師絕對不能放過這一重要機會,追問學(xué)生解題方法與原題完全相同嗎?大部分學(xué)生堅持解題方法應(yīng)該相同.教師接著通過如下問題進行啟發(fā):如果重物的重力與原來施加的拉力F相同,即

        Mg=46 N

        解題結(jié)果會一樣嗎?各小組進行了討論,很快發(fā)現(xiàn)繩上拉力并不等于重物的重力,而且在金屬棒進入磁場后,由于加速度的變化,拉力也要改變,與原題中一直用恒力F拉金屬棒還是有較大區(qū)別的.這樣,學(xué)生們就認識到,情境的微小變化將帶來問題的實質(zhì)性變化.因此,在解題中看到相似的題目,一定要認真分析,找出其中的區(qū)別,防止落入陷阱.

        圖2 E組創(chuàng)設(shè)的新情境

        教師進一步引導(dǎo)學(xué)生分析改造后的題目中有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系,要求各組討論:如果金屬棒剛穿出磁場時的速度為v,求電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q.(只要求寫出表達式)

        各組在討論后,F(xiàn)組代表進行了全班交流,他們認為,系統(tǒng)減少的能量應(yīng)該等于增加的能量,而系統(tǒng)中減少的能量只有重物的重力勢能,而重物和金屬棒的動能、金屬棒的重力勢能、摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能、克服安培力做功產(chǎn)生的電能(等于R上產(chǎn)生的焦耳熱Q)都是增加的,從而寫出如下表達式

        Mg(d+s)=mg(d+s)sinθ+

        F組代表還交流了小組成員中出現(xiàn)的一些錯誤,比如,有學(xué)生沒有考慮重物增加的動能,有學(xué)生沒有考慮克服摩擦力做功等.

        這節(jié)課上,小組合作交流如果沒有達到第四層次,那么互動交流的效果將大打折扣.因此,我們在組織小組合作學(xué)習(xí)時,要引導(dǎo)學(xué)生進行更高層次的交流,使小組合作擺脫解題、講題的束縛,進入改造、創(chuàng)新的境界.

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