基于同伴教学法的中学物理教学实践探索&以“粒子存在下的运动”为例_曲线运动论文

同伴教学法的中学物理教学实践探索——以“粒子在场中的运动”为例，本文主要内容关键词为：教学法论文,为例论文,粒子论文,场中论文,同伴论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      一、同伴教学法简介

      同伴教学法（Peer Instruction）是由哈佛大学物理系著名教授马祖尔（Eric Mazur）在20世纪80年代创立。它使用基于学生前概念或者错误概念而设计的概念测试题（Concept Tests），借用计算机投票系统的即时统计反馈功能，组织学生进行同伴讨论，变传统单一的教师讲授式教学方法为基于问题的学生自主探究和小组合作学习的教学方法。[1]

      在同伴教学课堂中，教师针对学生课前预习的反馈将一节课按照核心概念分成几个时段，每个时段解决一个主题，其基本流程为：教师讲授完一个核心概念后，展示给学生一个或几个与这些核心概念有关的概念测试题，要求学生在独立思考后，借助计算机投票系统，在规定的时间内提交答案。如果学生给出答案的正确率偏低，教师就会让学生与周围同伴进行讨论，然后再次提交讨论后的答案。教师在学生讨论的过程中巡视课堂聆听学生的观念，讨论结束后根据学生的讨论结果决定对该问题是进行简单阐述，还是详细讲解，然后进入下一个主题。

      我们常规的物理教学往往在物理公式的记忆、推导和应用上花费大量的精力，而对基本概念的理解着墨不够。结果，学生对基本概念理解不透的状况往往被他们较高的解决物理问题的能力所掩盖。马祖尔教授最初发现这个问题时也非常震惊，于是他开始在课堂上试图做出改变，强化概念，将学生的注意力集中在理解物理概念本质上，让学生在同伴讨论中自主地建构知识，这就是同伴教学法被创建的缘由。[2]他们研究组从长期的教育实践中总结得出：这个交流讨论的过程不仅能加深学生理解物理概念，而且提高了他们传统分析问题与解决问题的能力。[2-3]其他一些物理教育研究者的教育实践也从不同的背景中证实同伴教学法提高了学生的概念理解。[4-5]课堂中生生及师生的讨论交流培养了学生独立思考和与他人合作沟通的能力，也提高了学生的自我效能感和学习兴趣。[6]

      值得一提的是，目前同伴教学法在国内外物理课堂中的应用主要集中在大学。但强化概念理解不仅是大学物理教学的重心，也是中学物理教学的核心。同伴教学法通过学生自主学习及同伴讨论强化学生主动获取知识的过程与方法，适时展示学生的答案引起认知冲突，调动学生的情感体验等都和我国目前基础教育课程改革的宗旨完全一致。那么将该教学方法应用于中学物理教学中会产生怎样的教学效果呢？这是一个值得探索的问题。因此，本文作者选取高二物理“粒子在场中的运动”这节复习课，尝试将同伴教学法运用到中学物理教学中，改变课堂教学方式，让学生在和同伴的讨论过程中，自主建构关键的物理概念，以提高他们分析问题和解决问题的能力。

      二、“粒子在场中的运动”的教学设计思路

      本节课是在学生学完人教版高中教材《物理》（选修3-1）的电磁场基本知识后，帮助学生理解粒子（质点、带电粒子）在各种特殊场中的运动特性。“粒子在场中的运动”是以力学知识为基础，综合考查电场和磁场的重要概念，对学生的推理能力、综合分析能力以及应用数学处理物理问题的能力要求较高，一直都是教学的重难点。为了突出重点，突破难点，本节课的教学设计采用类比的方法，通过几个典型的概念问题，层层推进，由浅入深，由简单到复杂，让学生循序渐进地获取知识。

      课堂中采用计算机投票系统（Clicker）展现学生的答案，让师生即时了解全班对某些问题的掌握情况，教师可以根据讨论结果的即时反馈实时调控教学进程。当全班的选项差异较大时，教师适时点拨以引起学生的认知冲突，然后组织学生进行同伴讨论，让他们在相互交流中澄清自己的思路，加强概念理解以突破难点。必要时，教师还可以调取计算机系统中储存的投票信息，“特意”让某些同学回答问题，从而提高提问的针对性和讨论问题的有效性。

      三、“粒子在场中的运动”同伴教学法实践探索

      教学环节一：梳理知识、回顾总结

      在教师的引导下，学生归纳出他们已经学过的与本节课相关的重要概念如下：

      “场”包括：重力场、电场、磁场。

      “粒子”包括：质点、带电粒子、带电质点。

      “运动形式”包括：直线运动和曲线运动。直线运动包括匀速直线运动、匀变速直线运动；曲线运动包括匀变速曲线运动、匀速圆周运动，其中匀变速曲线运动以平抛运动为例。

      “单一场”包括：①质点的引力场，②均匀重力场，③点电荷电场，④匀强电场，⑤匀强磁场。

      “复合场”包括：⑥重力场和匀强电场，⑦匀强电场和匀强磁场，⑧重力场和匀强磁场，⑨重力场、匀强电场和匀强磁场。

      教学环节二：展示问题，独自思考

      在上述概念基础上，将粒子在“场”中的运动设计成九种情形，让学生思考不同情形下粒子或质点可能做A、B、C、D中的哪些运动，如表1。教师解释澄清每种情形的含义以消除学生理解上的歧义，然后让学生独自对这些问题整体思考几分钟，准备电子投票。

      教学环节三：独立投票，记录答案

      教师给学生每道题2分钟的投票时间，通过计算机投票系统反馈统计结果，如表2（班级人数为53人）。

      为直观显示学生的答题情况，我们以第③题为例展示全班同学投票的柱状分布图，如图1。

      然后，教师要求学生根据表2统计出这九个问题中的A、B、C、D每个单项选择各自所占的百分比，并根据多数人的选择确定每个问题的暂定初选答案，如下页表3。

      

      

      

      

      教学环节四：分析讨论，教师点拨

      表2及表3的数据表明：学生对粒子在“单一场”或者由“重力场和匀强电场”组成的复合场中力与运动的关系掌握较好。因此，教师只是针对正确率相对偏低的第③题进行简单分析，然后快速进入以第⑦题、第⑧题和第⑨题为代表的复合场问题的讨论。

      教师首先引导全班学生质疑：初选答案是否完全正确？让学生与邻座同学讨论后回答。学生陆续提出不同的意见，有的认为第⑨题答案应该是ABCD，有的认为⑦、⑧题应该选ABC，对初选答案的主要异议在于后面三道题是否应选C。分析初选答案发现，这三道题选C的比例并不高，而且各题选C的同学比例也不尽相同，分别是25%、16%和21%，也就是说这些同学并不认为这三道题在选不选C上应该是一致的。于是，教师有针对性地引导学生运用等效的思想考虑复合场的问题，即带电粒子在匀强电场中的受力与质点在重力场中的受力非常类似，可以将匀强电场与重力场进行等效。这样，就很容易得出这三题在选不选C的问题上应该是一致的。解决了这个等效问题后，答案的焦点就集中在第⑦、⑧、⑨题中到底应不应该选C了。于是教师要求学生再次与同伴讨论后进行新的一轮投票，这次只在选C或者不选C中做出选择。讨论过程进行得很激烈，学生都试图说服别人认可自己的观点，有的甚至争得面红耳赤。教师巡视全班，参与不同小组倾听他们的讨论。整个讨论投票过程花费约4分钟。投票数据如图2所示，结果显示17%的同学赞成选C，83%的同学不赞成选C（图中“1”和“A”均代表赞成；“2”和“B”均代表不赞成，这是由学生的按键习惯不同造成的）。

      教学环节五：学生讲解、教师补充，得出结论

      

      接下来教师在赞成选C的同学中选出代表解释赞成的理由。学生代表1以带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动为例进行说明，如图3：有一带正电粒子以初速度

沿磁场方向进入复合场，且初速度方向与电场方向垂直，之后带电粒子将做匀变速曲线运动。

      

      教师引导学生代表1及全班同学一起分析发现，这种情形下，带电粒子不可能做匀变速曲线运动。因此，尽管学生代表1赞成C，但逻辑推理并不正确。

      学生代表2则以带电质点在“重力场、匀强电场和匀强磁场”中运动为例，设计问题情景：若带正电质点水平向右运动，所处空间磁场方向竖直向下，电场方向垂直黑板面向外，根据左手定则判断洛仑兹力垂直黑板面向里。如果初始条件满足：电场力与洛仑兹力等大反向，那么物体将在重力作用下做平抛运动，即做匀变速曲线运动。

      教师对该生质疑：这种情形下，粒子的速度变不变？该生答：变。

      教师：那么在速度变的情况下，洛伦兹力变不变？洛伦兹力和电场力是不是始终平衡？

      还没等学生回答，全班立即哄堂大笑，大家都认为该生的推理也存在错误。但该生顶住老师的“质问”和同学的“哄笑”，坚定地回答道：这种情况下，洛伦兹力不变。

      于是教师鼓励学生解释为什么此时洛伦兹力不变？该学生在黑板上画出三维立体空间图向其他同学展示情景，如图4所示，并且指出：在曲线运动过程中，虽然该带电质点的速度大小和方向都会发生改变，但由于垂直于磁感应强度B方向的速度分量

始终等于初速度

，这样洛仑兹力的大小和方向始终保持不变，与电场力平衡，即q

B=Eq。因此，质点就会在合力为重力的作用下作a=g的平抛运动。

      

      至此，本来嘈杂中夹杂着笑声的课堂突然变得鸦雀无声了，所有学生开始回味该生的推理过程，似乎有种豁然开朗的顿悟。

      于是，教师趁热打铁，补充一个带电质点在“重力场和匀强磁场”中运动的实例，帮助学生巩固加深理解。如图5所示，一个倾角为α的光滑斜面，匀强磁场方向与斜面平行且沿斜面向下。假设一个质量为m的带负电小球沿斜面棱边以初速度

水平抛出，若

大小满足q

B=mgcosα，试判断小球将做什么运动？

      

      结果显示，学生对这个问题掌握得很好，绝大部分学生能够分析得出该小球在斜面上做匀变速曲线运动。

      这样通过独立思考作答→展示结果引起认知冲突→教师点拨，同伴讨论→再展示结果强化认知冲突→学生讲解，教师补充得出结论的教学过程，让生生、师生不断互动。学生在紧张活泼的气氛中，思维不断受到冲击，不断修正自己理解上的误区。针对学生的初选答案，教师不是直接告诉学生哪个正确，哪个错误，而是让学生不要盲从大多数同学的选择，鼓励他们敢于坚持自己的答案，敢于质疑。对学生的不同想法教师也给予了充分肯定，从而培养学生的质疑精神。本来大家期待学生代表2也铩羽而归时，突然峰回路转，真理有时候就是掌握在少数人手中，于是，课程在高潮中收尾，教学难点得到巧妙化解，留给学生无穷的回味。教师再用不同场景的问题对学生概念进行强化，让学生对问题的理解更加深刻。

      四、结束语

      目前，无论是高等学校还是中小学，每个课堂的人数都很多，在有限的时间里，教师很难通过有效的师生互动了解每个学生的课堂掌握情况，因此，课堂提问对象的选择只是基于一种经验，教师不能精确把握到底是哪些同学理解某个概念出了问题。而同伴教学法结合电子投票系统则给我们提供了一个在大班课堂中进行有效互动教学的方式。同伴之间的交流有利于培养学生与他人合作沟通的能力。由于学生的知识水平层次相差不远，在讨论交流中，他们更容易采取适合他们自己理解能力的讲解方式来说服同伴，在这种思想火花的碰撞中，更容易纠正自己概念理解上的误区，从而培养他们自主构建知识的能力，为以后物理学习打下知识与能力的基石。同时，教师在学生同伴讨论环节的聆听可以帮助他们更容易发现学生错误概念产生的原因，从而使教师讲解更有针对性。师生之间问答式的交流可以很好地暴露学生典型错误的思路，让他们明白错误的根源，从而起到事半功倍的效果。

      同伴教学法充分体现出教师只是引导者和组织者，学生才是学习的主人的教学思想，它大大提高了学生的有效参与度（本节课学生的投票参与度始终在100%），也更有效促进学生对所学概念的理解和掌握。但我们也应该意识到，同伴教学法对教师提出了新的要求，要求教师可以根据学生的认知状态设计合适的问题，以促进有效讨论的展开。同时教师要能够根据课堂中学生的反馈情况对课堂进程进行有效调控，真正需要教师能够从会“教书”走向会“教学”。

      目前，同伴教学法在我国物理教学中的应用还处于摸索阶段，需要更多教师投入进来，针对不同层次的学生设计出合适的问题，从而探索一套行之有效的教学资源和适合不同人群的个性化教学设计方案，以促进学生积极主动学习，有效提高教学效果。

标签：曲线运动论文;