逐层深入开展实验教学 提升学生小组合作能力

陈进文



摘 要: 合作是当今社会的主流,团体的力量高于个人的力量,人们要用团队的力量完成某项工作,因此,合作的重要性不言而喻.在初中物理实验中,由于中考的原因,学生内心普遍对实验重视程度不足,加之实验手段较为单一,使得初中物理实验教学不够深入,也不能有效提升学生小组合作能力.
关键词: 实验教学;小组合作;电学实验
近些年来,随着国家和社会对学生动手能力的重视,初中物理实验受到了广泛关注,但是很多学生在学习中的效果不佳,小组合作探究阶段课堂氛围较乱,不利于课堂教学,也无助于学习有效知识,在此背景下,教师借助于电学实验教学展开探讨,希望对大家有所帮助.
对于较难的实验,学生很难独立完成,借助于小组合作和教师指导,教师要能够掌控课堂教学的节奏,有效提升实验质量.物理实验小组合作的流程图如图1所示.
1 基于提升小组合作能力的物理实验
在初中物理实验中,教师首先要考虑学生分组问题,适当的人数是展开小组实验的前提,一般各组以4人为主,依据实验的难易程度进行人数的加减,保证每名成员都有获得,避免出现消极上课的情况.教师要选取合适的实验供学生展开小组合作,培养他们的合作意识,形成良好的互动氛围,提升课堂实验的气氛.
1.1 测定小灯泡的电功率
【教学背景】用电流表、电压表测定小灯泡的功率一直是初中物理教学的重点之一,也是近年中考的热门考点.本班学生的基本知识和技能都有所欠缺,因此,小组实验有助于掌握实验最基本的操作、掌握仪器的使用和操作方法,逐步深入探究实验,掌握本节课的重点内容.
在上课阶段,教师问道:“我们学习过电功率,但是大家说下家里的灯的功率是多少呢?实际功率是否就等同于额定功率呢?这些都需要大家一一测量.”学生需要小组讨论探讨测定功率的方法,得到利用公式P=IU来测定小灯泡的电功率.教师为学生布置了相关的任务:
(1)实验的原理是什么?
(2)实验过程中需要什么实验器材?
(3)请画出实验电路图?
(4)各小组请设计出实验记录表格.
(5)实验的步骤都有哪些?
【设计意图】培养学生的小组探讨和研究能力,在学生设计表格和画图的过程中,教师不断提醒需要注意的事项,养成规范画图的好习惯,选取具有代表性的小组上讲台展示方案,说明电路图,通过组与组之间的交流和探讨,达到提升学生合作能力的教学目标.
经过小组探讨和交流,学生画出了电路连接图(如图2所示),列出实验记录见表1:
根据学生的探讨,教师引导学生讨論方案的合理性和可行性,根据实际情况来灵活讨论可能遇到的问题,为何在电路中接入滑动变阻器,实验数据记录表如何设计较为合理等等.其中,某个小组提到实验数据记录表只需要记录一次,这个观点则遭到其他小组的反驳和质疑,指出单次数据不能够体现出样本数据的全面性.
教师问道:在实验过程中,大家需要有哪些注意事项,请各个小组展开探讨.各小组展开内部讨论,再汇集大家的意见,得到:要能够正确选择电源电压、电流表和电压表量程、滑动变阻器的滑片在闭合开关前处于电阻最大的位置.通过交流、探讨,学生能够避免在实验过程中出现错误操作,提升实验的效率和质量.
【设计意图】借助于小组讨论,明确实验过程中需要注意的事项,提升学生学习的主动性,进一步巩固实验原理,规范学生的操作步骤,为顺利实验打下坚实的基础.
在充分探讨的基础上,各个小组展开实验,教师明确提出实验的要求:
(1)测定小灯泡的额定功率,观察其亮度;
(2)当小灯泡的实际电压为1.2倍的额定电压时,测定小灯泡的实际功率,观察其亮度;
(3)当小灯泡的实际电压低于额定电压时,测定小灯泡的实际功率,观察其亮度.
各小组根据设计好的电路图展开实验,将实验结论填写于表格之中,在此过程中,教师对学生进行指导,鼓励发挥集体智慧解决在实验中遇到的一般问题,邀请完成最快的一组将结果在黑板上进行展示,由其他组评估是否正确.在实验过程中,小组成员都按照自己的职责完成实验,确保实验的顺利进行.
在实验完成后,师生之间展开交流活动,判定实验中的数据,看额定功率和实际功率分别为多少?当实际电压高于或低于额定电压时,小灯泡的亮度如何?如果额定电压过高,猜想会产生怎样的情况.
各个小组内部也要评估,实验完成是否成功;如果有问题,在哪个环节出现问题;实验出现误差的方面是什么.
【设计意图】在实验过程中,学生小组独立完成实验,掌握灯泡亮度与实际功率之间的关系,体会和领悟不同电压下实际功率和额定功率的区别.借助于本环节教学,教师培养学生规范动手能力,引导学生在实验完成后展开思考,提升实验反思能力,进一步巩固所学知识.
1.2 测定电阻
1.2.1 测定小灯泡的电阻
在此实验过程中,学生们以及掌握了欧姆定律,对电阻有了初步认识,了解了电压表和电流表的使用方法,但对于温度影响电阻并没有明确的认识.借助于物理现象,培养学生发现问题、认识问题的能力.
教师引导学生猜测如何测定小灯泡的电阻,学生猜想利用电压表测量小灯泡两端的电压,再用电流表测量通过小灯泡的电流,用公式R=U/I计算得出,这种方法称为伏安法.各小组学生需要完成以下任务:
(1)设计出电路图,根据电路图来选定实验器材.
(2)测定实验数据,设计实验表格记录表.
【设计意图】小组讨论、设计测小灯泡电阻的电路图,根据电路图来选择实验器材,连接实物图,提升学生的做图水平,培养他们自主学习、分析和解决问题的能力.
在展开时,教师用激励性话语促进学生展开竞争,看哪个小组能够又快又好地连接电路图和填写实验表格(见表2),巡视实验过程及时指导遇到的问题.
【设计意图】借助于实验,连接电路图,正确掌握电压表、电流表和滑动变阻器的正确使用,培养学生动手和合作交流能力.
邀请几个小组上讲台展示实验数据,小组代表简单分析实验数据,计算出小灯泡的电阻值,探讨出现的问题:(1)某个组的实验数据与其他组差别较大,鼓励思考找到问题的原因和解决的办法;(2)小组通过实验数据能发现什么问题.
教师引导学生回想下实验过程,导体电阻与哪些因素有关?小组交流、探讨,得到电阻与材料、横截面积、长度和温度等因素有关,在各组设计实验方案后,观看视频展示温度对电阻的影响.
【设计意图】学生需要分析实验数据,借助于共享数据,得到电阻变化规律,体会到温度对导体电阻的影响.通过观看小视频,各小組与自己所设计的实验方案作对比,查找自身不足,强化对教材内容的认识,提升动手实践能力.
1.2.2 测定定值电阻的电阻
根据上述内容,学生了解到小灯泡在实验时会因为温度变化阻值发生变化,要想准确测量电阻,需要采取多次实验的方法来避免出现误差,在此情况下,有的小组提出用定值电阻来代替小灯泡.
根据电路图(如图4所示),小组连接电路并检查无误后,闭合开关,移动滑动变阻器滑片,按照表3所示电压来记录相应的电流示数.
根据实验数据,计算出待测电阻的阻值,发现当定值电阻两端电压发生改变时,通过的电流也会有相应的变化,且电压与电流的比值不变,这从侧面说明电阻是一种性质,与电流、电压无关.
教师:为了减小实验误差,能否将多次实验的思路迁移到测量小灯泡的阻值上,实验中测量了小灯泡多个实际功率,是否能够得到电功率的平均值呢?
学生:灯丝的电阻随着温度的升高而增大,小灯泡的在不同电压下温度不同,所以阻值不同,不能计算得到平均阻值.在不同的工作状态下,小灯泡的电功率也在发生变化,因此不能得到电功率的平均值.
教师:大家在完成实验后,回想在实验中遇到了怎样的问题?你们小组又是如何解决的呢?
学生1:实验中,我们遇到电路闭合后灯泡不亮,电流表或电压表中的一个没有示数的情况,经过小组讨论排除故障.
学生2:我们小组在调整电阻两端电压时,发现选用15Ω定值电阻时,滑动变阻器接入电路部分的阻值最大时,得到的电压不符合需要,此时,我们会减少一节干电池;如果选用5Ω定值电阻,滑动变阻器接入电路部分的阻值最小时,得到的电压不符合需要,此时,我们会增加一节干电池.
【设计意图】学生了解物理量通过多次实验计算平均值来获得,掌握实验的过程和原理,解决实验中出现的意外情况,提升解决问题的能力.通过有序的实验步骤,学生明白实验要按照步骤进行,如电压表示数从小到大,完成一次实验就要断开开关,以免温度升高影响电阻阻值.通过分析、交流数据,学生最终得到正确的实验结论.
在本次实验中,教师分配给各组的电阻并不相同,阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω,这就要求各个小组实验时注意选取的电压值,从而培养学生的实验探究能力.但受到实验器材的影响,学生要想获取完整的实验数据,就必须深入展开思考,认真分析电路的原理,顺利找到解决方法.
2 基于提升小组合作能力的教学案例的思考
2.1 环环相扣提升学生合作能力
在实验过程中,学生都要经历一次完整的探究过程,包括猜想、设计电路图和表格、分析和解决出现的问题、感受科学方法,在此过程中初步形成探究能力,依照实验步骤强化实验技能.面对可能出现的问题,同伴互助、小组合作解决问题,逐步提升能力,形成科学探究的态度,掌握变量控制和数据处理的方法,归纳得到科学规律.
2.2 精益求精提升小组合作能力
一线教师要实现自己的教学主张,在钻研教材的基础上不断向其他教师学习,吸取精华,优化教学设计,在本文中,教师将教材知识进行深化和加工,进行有机整合,从而展现出结构合理的教学环节,高效地完成课堂教学任务.
总之,初中物理教师要培养学生的小组合作能力,不断提升他们解决问题的能力,提高课堂探究能力,使每个学生都有所获.
参考文献:
[1]赖松飞.浅谈小组合作学习模式在初中物理教学中的应用[J].中学物理,2016(03).
[2]曹温采.基于小组合作学习的初中物理实验课程探究[J].新课程(中),2016(11).
[3]李光霞.如何在初中物理教学中构建小组合作高效课堂模式[J].学周刊,2018(02).
[4]殷志刚.小组合作学习模式在初中物理教学中的应用研究[J].教育教学论坛,2017(07).
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