基于概念图开展研究性学习的实验研究|
时间：2019-01-30 03:39:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文以概念图的形式，对高中物理第二册“动量”一章开展研究性学习教学实验研究的具体过程进行了展示和说明，并对实验结果进行了数据统计与分析。 关键词：概念图；研究性学习；实验研究；
中图分类号：G633.7
文献标识码：A
文章编号：1003-6148(2007)4(S)-0004-4
在中学物理课堂教学中开展研究性学习，是根据教材内容及要求，由教师创设问题情境，提供相关的实验器材和背景材料，让学生自己拟定研究方案、实验步骤，要求学生在一定时间内完成自己的实验、观察、分析、讨论、总结等一系列的学习活动。本文将概念图引入物理课堂的研究性学习中，利用概念图的教学策略表征发现物理现象、探索物理规律。
实验选取高二年级两个学习水平、学习能力、学习成绩等方面基本相同的04．2班和04．5班为研究对象，其中04．2班为对照班，04．5为实验班。在学习“动量”一章内容时，对照班沿用常规教学方法，实验班以概念图为手段，开展研究性学习的教与学活动，历时3周。以下展示的是在实验班进行的教学流程：准备和指导→开展研究活动→学习成果展示和交流→测评，在测评阶段还对实验班和对照班进行了统计比较。
1 准备和指导
1．1 明确该章学习的总目标
教师以学案的形式列出该章节的研究目标和要求，其中包括要完成的知识、技能、过程、方法、实验活动等具体目标，以帮助教师规划、指导学生的探索活动并检验学生学习达到预期目标的情况。相关内容有以下几点：
(1)本章主要的知识点
物理概念：动量和冲量。
物理规律：动量定理和动量守恒定律。
(2)具体目标
知识和技能方面：理解动量和冲量的概念；理解动量定理，会用动量定理解释现象和处理有关问题；理解动量守恒定律及适用范围，会用动量守恒定律解释现象。
过程与方法方面：带着小课题，以小组合作方式探究学习；设计实验方案，了解研究方法，探索知识的形成过程；满足好奇心，体验学习的乐趣，接受潜移默化的科学精神教育。
(3)达到目标的途径：通过查阅资料完成研究小课题、设计探究实验，以小组合作的形式开展研究性学习。
1．2 设计研究小课题
在活动之前，教师设计了一份“研究小课题”，以引导、规范学生的自学、研究行为，根据小课题撰写小论文或研究报告。研究小课题如下：
(1)为什么要引入动量?它与质量、速度及动能有什么区别联系?试用概念图表示。
(2)为什么要引入冲量?它与力、动量有什么联系?试用概念图表示。
(3)试用概念图将动量定理从牛顿定律和运动学公式推导出来，并探讨它们的适用范围。
(4)你可以设计1―2个实验来研究动量定理或动量守恒定律吗?
(5)你可以找到3个以上用动量定理或动量守恒定律来解释的生活中的物理现象吗?
2 开展研究活动
2．1 用概念图表征研究过程
教师完成准备工作后，学生在教师的指导下开始进行课前的试探研究。这些研究活动包括：自学本章“动量”知识、查阅资料完成小课题、设计探究实验、组内交流和讨论，并提出拓展性问题。这些活动主要以小组形式在课下完成，历时2周。随后，按照计划进入该章节的课堂教学，引导学生进行深化研究。其研究步骤有：观察现象→设计实验→建立概念→发现规律→知识运用。首先，在教师创设的物理情境中观察分析，如通过演示实验、放映多媒体课件或录相等；然后，演示学生当堂或课前设计的实验，学生围绕实验现象进行讨论，教师引导学生对现象的本质进行科学思维，建立物理概念，并要求学生了解历史上建立此概念的过程，理解概念的含义；通过实验归纳和理论演绎发现物理规律，选择前面设计的实验进行验证；利用所学的物理规律解决生活中的问题，使学生体会到物理学在生活和生产中的应用以及对社会发展的影响。教师应围绕学生开展教学活动，鼓励学生大胆质疑、互相交流、独立完成实验。此探究过程用概念图来表征，可明确研究路径和方向，引导学生的学习活动；教师按照图示指导，可顺利完成教学目标。具体内容见图1“开展研究活动”程序概念图。
2．2 案例
学生在形成概念阶段设计了多种多样的实验，有些操作性极强。例如，一位同学设计并制作了研究“动量”概念的实验：如图2所示，有一个长40cm、内径3.5cm的有机玻璃圆筒，内有一滑块M，滑块周边包一层绒布使之与筒壁有较大的摩擦，一细绳一端固定在滑块上，另一端留在筒外，另备有质量分别为70g和30g的钢球。将两球分别从20cm和40cm竖直上方自由释放，滑块被撞击向下滑动一段距离。实验发现，滑块被撞击移动的距离不但与球的质量有关，还与撞击前球的速度(即球下落的高度)有关，故为了描述运动物体的这种性质引入一个新的物理量――动量。
3 学习成果展示、交流和评价
3.1 学习成果展示
课堂上各组争派代表用概念图讲解，同学们提出问题、讨论。图3是一位同学利用Inspiration8．0 Trial软件制作的概念图。可见，此同学不仅能够利用概念图把该章主要概念用恰当的关联词进行正确连接，同时能让本章新内容与前面已学的知识发生联系。
3.2 研究论文的交流与评价
在展示、交流学习成果的基础上，组织学生对论文或研究报告进行评价。评价的主体是每个研究小组成员；内容是研究的过程、成果；目的是引发反思并激励探究精神。
评价原则：使用量表进行评价，方式是自评和他评，见表1。
评分标准：表中每项不符合为0分；部分符合为1分；完全符合为2分。加分项由教师和学生协调审核。总分等于学生自评、同学评价、教师评价、加分四项的总和。
评定等级：满分为48分，其中40～48分为超级优秀；31～39分为优秀；23～30分为良好；23分以下为尚须努力。
评定结果：实验班共55人，分为12个组。测评结果见下表2。
4 测评
1.问卷调查与分析
调查内容：活动结束后，对这次利用概念图进行课堂教学的研究性学习做了一次问卷调查，内容为(可多选)：
(1)你按照老师的安排在课外、课内的研究性学习中使用概念图了吗?( )
A．完全使用；B．上课时使用；C.下课时使用；D．都没用。
(2)你认为影响物理学习的主要因素：( )
A．物理概念之间的关系；B．兴趣；C.学习方式；D．物理知识的呈现方式；E．其他。
(3)你认为物理知识呈现方式( )
A．按书本顺序一个接一个地讲；B．按知识结构讲；C．按知识结构图示讲。
(4)你对利用概念图进行的研究性学习的感觉是：( )
A．有浓厚的兴趣；B．很有兴趣；C．比较有兴趣；D．不感兴趣。
(5)在活动中你认为自己在哪些方面得到了提高( )
A．概念图工具的使用；B．信息处理能力；C．合作沟通能力；D．组织管理能力；E．写作能力；F．学习方式的多样化；G．其他。
(6)你对自己的评价感到( )
A．很满意；B．满意；C，一般；D．不满意；E．很不满意。
(7)你认为这种评价方式：( )
A．很好；B，好；C．一般；D．不好；E．很差。
(8)你认为这一做法应该持续下去吗?( )
A，很有必要；B．有必要；C．没有必要。
调查结果分析：
调查使用无记名方式进行，共收到55份问卷。八项内容的统计分析如下：
(1)选A占19．6%；选B占39．1%；选C占42．3%；选D占9．0%。概念图作为一种有效的学习工具被大多数学生接受。
(2)选A占63．6%；选B占86．1%；选C占72．3%；选D占49．0%。基于概念图的研究性学习能够激发学习兴趣，以图示的方式呈现物理知识，利于揭示概念间的关系，能改变学生被动的学习局面。
(3)选A占19．6%；选B占30．1%；选C占50．3%。概念图符合学生认知特点的教学策略，能够激发学生学习热情。
(4)选A占31.1%；选B占32．6%；选C占29．1%；选D占7．2%。利用概念图的研究性学习普遍受到学生的欢迎。
(5)选A占59．4%；选B占38．3%；选C占42．3％；选D占29．0%；选E占15．2%；选F占42．0%；选G占30．1%。概念图工具易于被学生接受和使用，而且利于其多种能力的锻炼和提高。
(6)选A占39．2%；选B占45.1%；两项占84．3%，大部分学生对自己的评价满意。
(7)选A占28．7%；选B占42．8%；两项占71．5%，多数学生对这种评价方式持肯定态度。
(8)选A占19.4%；选B占37.3%；两项共占56.7%，多数学生对这种教学模式比较感兴趣。
2．形成性测验
教学实验在高二第一学期开学时进行。实验开始前，将上学期的期末成绩作为本次实验的始测成绩，见表3。实验结束后，根据本章教学目标，由它校教师命题，同时对两班进行考核，成绩对比见表4。
采用双侧检验，从成绩统计决断看，教学效果对比结果是：实验班和对照班产生显著差异，可见，基于概念图教学策略的研究性学习使实验班成绩显著提高。
5 结语
概念图是一个浓缩了的知识精品，它能梳理知识层次，帮助学生自主构建知识。从转变学习方式、培养实践和创新能力的最终目标上来看，在教学中实施概念图策略的研究性学习，能够达成新课标的基本理念。
(栏目编辑 赵保钢)
