“探究影响单摆周期的因素”实验的分层教学初探

温敏 毛建平

加德纳研究认为，学生在认知结构、智力因素、接受能力等方面存在差异.而实际实验教学中，教师很少考虑学生的差异，采取对实验要求“一视同仁”、实验评价 “一把尺子量到底”这种“一刀切”教学方法，严重影响了学生实验的积极性和主动性，不利于提高学生的实验技能与水平，导致优等生“吃不饱”而不能尽情展现个性与特长，中等生“吃不好”而不能提高实验能力，学困生“吃不了”而不能完成实验任务.实验分层教学就是从学生的差异出发，依据全体参与性、 自主性、可接受性原则，设计多层次实验目标，使学生在不同实验任务的驱使下自主实验，教师采取“导优补差”辅导策略，对实验结果“多尺度”评价，探索从学生的差异中寻求实验分层教学的最佳结合点，下面是实验分层教学设计的流程图（图1）.

1 调查学情，对学生分层

分层前采取谈话、问卷等方式了解学生对要探究的科学问题的原有认知和存在的疑惑，结合平时对学生思维方式、知识基础、接受能力、学习积极性等方面的观察了解，综合分析后将学生分为物理基础薄弱、学习积极性不高、接受能力较差的达标组；物理基础与接受能力一般、有一定学习主动性的争优组；物理基础扎实、学习积极主动、接受能力强的创新组.通过实验分层教学，使达标组学生能根据实验情境进行初步猜想，了解实验目的和原理，在老师引导与示范下，学会设计简单的实验方案及选择实验器材，处理简单的实验数据，得出实验结论，并简单应用实验结论；使争优组学生会根据实验情境进行大胆猜想，在教师指导下，明确实验目的及原理，设计合理的实验方案，选择合适的实验器材，处理实验数据，得出实验结论，能应用实验结论解决一些实际问题，尝试对实验进行简单改进； 使创新组学生会从系统的高度对实验情境进行大胆猜想，通过教师点拨，理解实验目的及原理，设计科学的实验方案，选择合适的实验器材，能独立处理实验数据得出实验结论，灵活运用实验结论解决一些较复杂的问题，会对实验进行改进和创新.

2 实验分层教学的课堂设计

2.1 创设情境，形成猜想

利用图2实验装置演示实验，创设实验情境.

实验1：摆长相同，摆球为相同钢球（或铝球）的两个单摆；

实验时，拉开不同角度、让两摆球从同一位置、同时自由摆动，观察两个摆球摆动快慢情况.

实验2：摆长相同，摆球为大小相同的钢球和铝球的两个单摆；

实验3：摆长不同，摆球为相同钢球（或铝球）的两个单摆；

做实验2和3时，拉开相同角度、让两摆球从同一位置、同时自由摆动，观察两个摆球摆动快慢情况.

实验后，组织学生思考、讨论，大胆猜想影响单摆周期的因素，以下是学生们的猜想及相应的理由.

（1）单摆周期与摆线长度有关，摆线越长，周期越大；原因：摆线长的摆球振动得比较慢.

（2）单摆周期与摆线长度有关，摆线越长，周期越大；原因：摆线越长，摆球偏离平衡位置越远，振动的时间会变长.

（3）单摆周期与摆球质量有关，摆球质量越小，摆球运动越慢，周期越大；原因：摆球质量小些，运动得就慢一些.

（4）单摆周期与摆球质量有关，摆球质量越大，惯性越大，摆动的越慢，周期越大；原因：根据弹簧振子做简谐运动的周期与振子质量有关.

（5）单摆周期与摆角有关，摆角越大，周期越大；原因：摆角越大，到平衡位置的距离越大，回到平衡位置的时间就越长.

（6）单摆周期与振幅有关，振幅越大，周期越长；原因：振幅越大，回到平衡位置的时间越长.

（7）单摆周期与振幅或摆角的关系相同，摆角或振幅越大，周期越大；原因：摆角与振幅其实是一回事.

（8）单摆周期与摆球的重力有关，摆球的重力越大，周期越小；原因：摆球的重力越大，重力加速度越大，小球运动时间越短.

（9）单摆周期与重力加速度有关；原因：单摆做简谐运动时所受合力F=mgsinθ，加速度a=gsinθ，g不同，加速度也不同，运动所需的时间也会不同.

2.2 自主实验，分层辅导

（1）对达标组学生

采取低起点、密台阶、小步子、细讲解的原则.教师指导学生将猜想（1）至（7）总结为单摆周期与摆长、摆球质量、摆角（或摆角）的关系.以“探究摆长与周期关系”为例说明操作过程：首先，将学生分组，通过教师讲解使学生明白实验原理，帮助学生设计实验方案，选择合适的实验仪器，装好实验装置；其次，指导学生用米尺测出悬点到小球下端的长度l，用游标卡尺测摆球直径d，根据L=l-[SX（]d[]2[SX）]算出摆长L，多次测量求平均值[AKL-]；再次，指导学生用秒表记下单摆做30次～50次全振动的总时间t，根据T=[SX（]t[]n[SX）]算出单摆振动的平均周期，每个实验做三次，求周期的平均值[AKT-]=[SX（]T1+T2+T3[]3[SX）]；根据实验数据总结周期T与摆长L的关系，验证猜想是否正确；最后，引导学生总结实验中的注意事项，如为减小误差，摆线长些好还是短些好？摆球摆到哪个位置开始计时更合适？在有难度的地方，教师需现场示范，学生再模仿老师完成实验.

（2）对争优组学生

3 实验评价

由于不同组实验任务不同，要采取“多尺度”的评价方式.对达标组学生采取表扬性评价，要多找“闪光点”给予及时肯定与表扬，以提高实验兴趣和信心；对争优组学生采取激励性评价，以表扬“亮点”为主，指出不足为辅，帮助学生树立知难而上的进取心，明白下一步努力的方向；对创新组学生采取竞争性评价，坚持高标准、严要求、重应用、求创新的标准，鼓励相互竞争，对表现突出的学生顺势提出更高的要求，争取更多的创新与突破.

4 初探总结

这次教学初探充分展示了教师的主导作用、学生的自主与协作意识；学生充分体验了探究过程带来的失败的焦虑感和成功的喜悦；激发了达标组学生的实验兴趣，提高了实验操作的基本技能；培养了争优组学生初步的探究意识，初步掌握了科学探究的方法；培养了创新组学生的创新意识，挖掘了学生的潜在智能，但还有以下值得注意的问题.

（1）充分做好课前准备，精心设计探究活动，对学生可能出现的问题做好应对方案.

（2）在探究过程中，学生对面临的问题没有解决思路时，教师要适时判断学生的困惑，给予适当的启发与帮助，鼓励学生继续探究.

（3）对探究要素较多的实验，教师要根据教学内容的特点，给不同组选择一个或几个探究要素进行重点探究，探究过程中组内要采取分工合作的方式.

（4）为保护学生的自尊心，分层结果要尽量隐性处理，哪个学生归入哪个层级，教师心中有数即可，不能人为将学生分成三六九等、好与坏，给学生贴标签.

（5）长期的分层教学，对学生分层应采取动态原则，根据学生提高的情况及时调整层级， 使学生处在最佳层级.

实验分层教学中还有许多问题有待深入探讨与研究，如对学生分层前，需综合考虑哪些因素呢？如何分析这些因素对学生的影响，实现真正的科学分层？在有限的课时内，如何操作才能使各组有条不紊地完成实验探究任务？实验探究过程中，如何处理教师的主导性和学生探究自主性的矛盾，促进学生的“探究-建构”，才不让自主实验探究演变为“找方抓药”的机械模仿等.

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