学生合作探究性学习在《熔化与凝固》教学中的设计与应用

摘要：课程改革以改变学生的学习方式，鼓励学生在教师引导下，自主地合作探究并主动全面的发展为基本价值取向。《熔化与凝固》这一节教学目标的要求与学生实际水平存在一定距离，适当调整课时计划与内容，充分地让学生进行科学探究活动，通过分工、合作以及教师全面而发展性的评价方式，达成三维目标：获得知识与技能、了解过程与方法、培养情感态度与价值观。

关键词：熔化与凝固新课程合作探究合作学习

现代教育理念认为：“一个人今天在学校的学习方式，必然会与他明天的社会生存方式保持某种内在的一致性，而合作学习正是这种一致性的切入点之一。”这是我国课程改革以学生的主动全面发展、改变学生的学习方式，鼓励学生在教师引导下自主地研究性、合作学习的基本价值取向的基本要求。如何让学生通过合作学习的方式，参与科学探究活动，并从中获得在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三维目标的实现？事实上必须在实际的教学活动中落实新课程的要求。

一、《熔化与凝固》在教与学过程中存在困难

《熔化与凝固》这一节是人教版八年级（上）第四章物态变化中的第二节内容。通过对第一节《温度计》的学习，学生已经了解了温度的概念；会正确使用温度计；初步了解自然界和日常生活中简单的热现象。本节内容是物态变化学习的开始，起着承前启后的作用。在与同行和专家的交流中，我们一致认为本节内容的教学有以下几个方面的难度：

（一）《熔化与凝固》教学内容与学生实际水平存在的困难

1．知识点多。如物质三态的描述、熔化与凝固的概念、晶体与非晶体的区别、熔点与凝固点的含义、熔化吸热、凝固放热、物理图像的描绘及含义等等。

2．探究实验中实验器材多。大烧杯、小试管、铁架台、铁夹、铁圈、机械秒表、酒精灯、海波、蜡、水、湿抹布、火柴等，学生在实验中第一次面临这么多的器材，而且许多仪器学生第一次接触到，如机械秒表和酒精灯。在实验前教师必须先使学生学会如何正确使用，还须强调安全事项。

3．实验过程时间长、记录的数据多，1-2名学生很难完成。

（二）《熔化与凝固》教学中面临的困难

在仔细分析了教材、学生和整个探究实验“固体熔化时的温度变化规律”后，发现主要存在以下困难：

1．教学时间紧张。既要探究海波熔化时温度的变化规律又要探究蜡熔化时温度的变化规律，既要考虑知识与技能的传授又要让学生充分体验探究活动的整个过程和情感态度价值观的培养，既要完成与熔化相关的内容教学又要完成与凝固相关的内容教学。

2．实验过程中不确定因素多，温度计、秒表的读数，酒精的灯火焰的大小，状态的判断等等。

3．以往分组太多，教师很难在学生实验过程中发现各组的问题及时纠正。由此带来在一课时内很难顺利地完成所有的教学目标，较好地达到预期的教学效果。在实际教学过程中，小部分教师把实验器材当摆设、道具，叙述实验过程，直接告诉学生实验结论，强调学生对知识点的掌握，而忽略学生参与、体验探究的过程，这使本节课不能较好地贯彻新课程的理念。

新教材倡导的不宜过分强调学科自身的逻辑体系和知识的严密性；以学生的探究活动为核心的要求来组织教学；教材为教师和学生在教学内容及安排上有很大的自主空间等等。根据新课程的这些理念，以学生为本，考虑学生的认识水平和实际动手能力；从学生兴趣出发，考虑初中学生的年龄特征和认知规律。利用学生建立合作小组进行探究性学习来完成本节内容的教学。如何在本节课中开展学生合作小组的探究性学习，提高学习效果？如何实现在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三维目标的实现，提高教学效果？

为使学生的合作探究性学习完全融入和贯穿到整个教学过程的各个环节中，为更好地培养学生在合作探究学习中的意识、方法、协作与团队精神，对本节内容教学我做如下的调整。

二、对本节内容做相应的调整，让学生充分地合作探究

（一）调整课时计划与教学内容的安排

将原课时计划一课时调整为二课时，把与凝固相关的内容安排到第二课时，而减少这堂课的容量，为让学生更好地参与合作小组的探究性活动留有充裕的时间。

第一课时的教学目标为：

1．知识与技能目标：能区别物质的气态、液态、固态三种形态及基本特征、关系；了解熔化的含义、晶体和非晶体的区别；了解熔化曲线的物理意义。

2．过程与方法目标：通过探究固体熔化时温度的变化规律，感知发生状态变化的条件；了解有关固体的熔化温度是区别晶体和非晶体的方法；通过探究活动，使学生了解图像是一种比较直观的表示物理量的方法；初步了解合作学习方法、过程；了解水浴法间接加热的方法；了解分析与综合、比较与分类的物理思维的方法。

3．情感态度与价值观目标：尊重科学，培养实事求是的科学态度；学生在成功的探究活动中培养乐于探究自然现象的情感；培养与人合作、尊重他人，共享成功、共同提高的意识。

第二课时的教学目标简述为：

1．了解凝固、凝固点的含义。

2．会解释生活中凝固放热的例子。

3．了解熔化与凝固是一个互为相反的过程。

4．进一步对固体熔化、凝固的图像比较认识。

5．复习巩固本节内容。

（二）对“固体熔化时温度变化的规律”探究实验的器材调整

1．实验器材的改进

我校实验室所提供的是“荼的熔化与凝固”实验成套器材，在使用过程中发现小试管口径太细，直接带来两个很棘手的问题：（1）海波的装载量太少，加热时间很长而熔化时间很短，最后反映在图像上效果不显著；（2）搅拌器（玻棒）发挥作用不大。为改变这问题我把物理实验室中“测定比热容比实验”器材中的壁很薄的小玻璃杯代替小试管，这样可以装入较多的海波，延长了海波熔化时的时间，反映在图像上有很长的一段平坦的熔化过程，学生更容易理解熔化时温度不变这一事实。

2．事先调好水温

大烧杯内的水用事先调好的温度为32℃左右的水，实验开始时才用保温瓶直接倒入大烧杯中，这样做缩短海波熔化前加热的时间。

3．调整记录时间与次数

为了更好地描绘出海波熔化时的曲线，把教材中每隔1分钟记录1次数据的时间调整为每隔半分钟记录一次，这样得到的图像上的点越多越接近真实的实验情况。

4．充分利用媒体

先制作课件，利用学校班班通设备（电脑、大屏幕背头电视机、视频展示台）进行教学，课件中包括分组要求、实验的步骤、注意事项等等。同时将描绘物理图像的纸换成透明胶片，在透明胶片上用打印机事先打印好“组号”“组内成员”“描绘人”等信息和坐标方格，透明胶片通过视频展示台可以进行全班的讨论与交流。

对本节课内容、计划、实验器材作如此调整，目的是使合作小组进行探究性学习有充分的时间保证，确保每一名学生在合作的探究性学习中获得成功，在不断体验成功中学习。

三、根据以上调整，在教学中让学生充分合作探究的实践与效果

（一）探究中的分工与合作：进行分组，组内异质、组间同质

1．按实验材料分组，海波和蜡各分三小组。蜡切成尽可能小的碎屑，与化学纯海波在颜色、大小、装载量上相近，事先由我把各小组的蜡和海波在小玻璃杯装里载好。这样让学生感到各个小组任务相同，都在探究固体熔化时温度的变化规律，从而容易归纳出如固体熔化时都要吸热等共性一面的知识点。

2．按学生能力层次和性别搭配好，然后分到各实验小组。让动手动脑能力强的学生任组长，改变以往实验中“少数人动手、多数人看；男生动手、女生动眼”的情况。

通过这样的分组，组内异质为学生与学生之间的互相合作奠定了基础，同时组间的同质又为全班各个小组之间展开公平竞争创造了条件。

（二）明确分工的任务和要求：任务分割、结果整和

1．组内分工：小组内不同难度要求的任务，有安装实验器材、报时、报温度值、报物质状态、记录表格，描点、搅拌及照顾仪器等6-7个任务，由小组内组长和成员共同讨论后，根据小组成员的不同能力层次的实际情况自行分工，同时强调每一名小组成员的正确的记录结果都很重要，将是实验成功的不可或缺的组成部分。

2．组间分工：组间通过实验材料海波和蜡的分组，解决了在一节课内，既探究海波熔化时温度的变化规律又探究蜡熔化时温度的变化规律；既要考虑知识与技能的传授，又要让学生参与探究活动的整个过程，还要使学生体验情感态度价值观。如同类物质组的胶片与不同类物质组的胶片，叠放到一起全班汇总，通过分析与综合、比较与分类，更抽象概括出晶体熔化时温度不变、非晶体熔化时温度上升，固体熔化时都要吸热，熔点的含义等科学概念。

通过这样的分工，每一名学生都参与到探究活动中，人人动手操作、动脑思考，激发每一名学生参与的热情，达到个人与个人、个人与小组，小组与小组、小组与集体都能分享结果、共享成功。既保证合作学习的质量，又了解小组合作的学习方法；同时既培育了学生的任务意识，又培养了责任感和团队合作精神。

（三）合作探究的主要方式：民主讨论、质疑

1．小组内部的讨论交流：由于在整个探究活动中，要求组长和每一名小组成员都要对本组成员的任务结果（记录的数据）进行监督、纠正，如是否正确地对温度计和机械秒表进行读数、记录的物质的状态是否正确、搅拌是否充分（上下、左右方向、中间不能停止）、图象上点的位置是否正确等等，通过这种讨论交流可以使组内各成员都可获得所有正确的数据，还可以使组内各成员相互取长补短。

2．组间（全班）的讨论交流：在视频展示台，各个小组间对同一种材料所取得的物理图象上的共同点和不同点的讨论；对不是同种材料所取得的物理图象上的共同点和不同点的讨论。通过全班同学这样的讨论交流，自然而然学生在探究活动中获得知识与方法、体验情感态度与价值观。

（四）合作探究的时间安排

我在实验室反复地试选器材，反复地实验，并从学生的角度来估算他们安装整个实验装置的时间、海波熔化的整个过程的时间，思考在实验过程中可能出现的各类情况。同时考虑新课引入、整个实验从开始到结束、学生组内组间讨论的时间，处理好集体教学与小组合作学习的时间分配问题。

（五）合作探究中的发展性评价

1．评价主体的多元化：在合作学习中，教师的评价虽然还是主要的，但不再作为唯一评价主体。增加了合作小组内学生与学生、小组与小组的自评和互评。如小组内同学的安装实验器材正确与否、温度计、秒表读数正确与否、状态记录正确与否、描点的位置正确与否等等，都有小组内同学记录在实验报告上；小组对小组的实验结果的评价等等。

2．评价内容的多元化：改变以往科学知识作为唯一评价内容，加强了对科学探究整个过程与方法的评价。科学探究的评价内容有：观察和提出问题的能力；猜想和假设的能力；制定计划、简单实验设计和实践的能力；收集和处理信息、数据的能力；解释现象和评价的能力；表达和交流的能力等等。根据本次的探究活动，有重点的选择其中的一项或几项评价目标：①猜想、假设的评价，如“固体熔化时温度怎样变化？”“你们小组的实验材料是海波还是蜡？”等；②处理数据描绘图象的评价，如在透明胶片描绘的曲线各点是否正确，曲线是否平滑、美观等；③解释图象揭示物理规律的评价，如根据你们小组的图象说明你们小组的实验材料在熔化时温度是上升还是不变等；④表达和交流能力的评价，实验过程中你发现了有哪些问题？你对试验结果海波的熔点，与其他小组的结果不同，与课本“小数据”栏目中的不同是如何解释的等。

在教学中还加强了对学生情感态度与价值观的评价。情感态度与价值观是新课程目标的重要内容，应始终贯穿在物理教学的全过程，具体的目标有以下内容：①全球气候变暖，冰山熔化，培养与自然和谐相处的生活态度；②实事求是、严谨细致的态度及对科学的兴趣；③合作、创新意识，与人交流、协作；④对个人、合作小组的负责，以及今后对社会的责任感。

根据以上要求设计评价方案，对学生在合作探究中实现在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三维目标作出发展性的评价，以鼓励学生的全面发展。

杨振宁曾经指出：“如果说过去还有可能一个人独立完成诺贝尔奖项的工作的话，那么进入80年代以后，尤其是进入信息社会，没有人们的共同参与、相互合作，任何重大发明都是不可能的。”现代教学策略的核心问题是：学生学习方式的转变，强调学生的参与性学习、自主学习、探究学习和合作学习等。在这节课教学的实际中，学生表现出前所未有的高涨热情、不甘落后、敢于质疑、乐于动手、勤于动脑等等的精神风貌，使我深受鼓舞，这正是我们中学物理老师所追求的目标！

我们深深感到在新课程教学中，的确应该改变学生的单一接受式学习方式。结合实际教材，如在“制作小乐器”中学生与家长共同选材、共同制作的合作探究学习；在《眼睛与眼镜》中让学生针对教师所提出的问题小组合作讨论、自主探究学习等等，让学生与学生合作、学生与家长合作、甚至学生与他人、社区、社会合作，使合作探究性学习的形式与内容更丰富。同时教师绝不能“照本宣科”，应该不断地对教学内容反思，重点、难点是什么？如何突破重点、难点的教学？如何来引导学生学习方式的转变，并为之提供合适的场景？更重要的是教学与实际如何结合？通过对教学中出现的这样、那样缺憾的反思，不断提高我们教师的教学水平，以适应新课程改革的要求，更好地为全体学生的全面发展服务。

以上管中窥豹，请同行与专家斧正。

参考文献：

[1]《创新、实践、探索》．彭前程著．人民教育出版社

[2]《兴趣、创新、实践》．杜敏著．人民教育出版社

[3]《物理课程标准解读》．物理课程标准研制组著．湖北教育出版社

[4]《素质教育学习纲要》．教育部基础教育司编．三联书店2000年版

[5]《走进新课程：与课程实施者对话》．朱慕菊主编．北京师范大学出版社2002年版

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