例談小組合作學習中互動交流的四重境界

張江寧

(江蘇省錫山高級中學 江蘇 無錫 214174)

早在1997 年，OECD(經(jīng)合組織)就對核心素養(yǎng)進行了界定，確定了3個維度9項素養(yǎng).3個維度是：(1)能互動地使用工具；(2)能在異質(zhì)群體中進行互動；(3)能自律地行動.歐盟、美國等國家和地區(qū)對于學生核心素養(yǎng)的界定基本與此相近，而法國則只有前面兩個維度，而且將“與他人合作”作為6項素養(yǎng)之一單列出來.可見，要培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，必須為學生提供更多互動合作的機會，小組合作學習應該成為課堂教學的重要形式.

然而，在實際教學中，組織小組合作學習的效果常常受到質(zhì)疑，其根本原因是很多教師對合作的有效性研究不夠，學生只是在低層次上進行合作交流.下面筆者通過實例來談談促進學生深度合作的互動交流的四重境界.

在一節(jié)“電磁感應”高三一輪復習課的導學案上有一項活動：要求學生獨立完成下題后，先組內(nèi)交流再全班交流，并且要求學生要思考解決這類問題的關鍵和這類問題可能的變式形態(tài).

【題目】如圖1所示，兩根平行金屬導軌相距l(xiāng)=0.50 m，傾角θ=53°，導軌上端串接一個R=0.1 Ω的電阻.在導軌間長d=0.56 m的區(qū)域內(nèi)，存在方向垂直導軌平面向下的勻強磁場，磁感應強度B=2.0 T.質(zhì)量m=2.0 kg的金屬棒ab水平置于導軌上，ab棒的初始位置與磁場區(qū)域的下邊界相距s=0.24 m.用沿導軌向上的恒力F=46 N拉ab棒，使ab棒由靜止開始運動，上升過程中ab棒始終保持與導軌垂直，ab棒與導軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.5.(重力加速度g=10 m/s2，sin 53°=0.8，其他電阻不計).求：

(1)ab棒進入磁場時速度v的大小；

(2)ab棒進入磁場時所受的安培力FA的大小；

(3)ab棒穿過磁場的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q.

圖1 題圖

分析：該題屬于典型的電磁感應與力學的綜合問題，大部分學生能夠?qū)b棒進行正確的受力分析，并根據(jù)受力情況判斷運動情況，從而作出如下解答.

(1)由牛頓第二定律得到

(1)

由勻變速運動的速度與位移關系公式得到ab棒進入磁場時的速度

(2)

(2)感應電動勢

E=Blv

(3)

感應電流

(4)

安培力

FA=IBl

(5)

將式(4)代入式(5)得

(6)

(3)ab棒進入磁場后受到的合力

F合=F-mgsinθ-μmgcosθ-FA=0

(7)

所以金屬棒在磁場中做勻速運動.

由于電路的總電阻就是R，因此，R上產(chǎn)生的焦耳熱就等于克服安培力做的功

Q=FAd=26.88 J

(8)

盡管該題難度不大，但是仍然有個別學生解題時出現(xiàn)下列錯誤：

(1)沒有考慮到摩擦力；

(2)認為摩擦力為μmg；

(3)將Blv當成安培力；

(4)不能判斷ab棒進入磁場后做勻速直線運動.

在觀察各小組的合作交流以及全班交流時，經(jīng)過仔細分析后不難發(fā)現(xiàn)各小組成員在交流中能達到如下4個層次.

(1)聽

在小組合作交流時，解題受阻的學生一般都能認真傾聽同伴的講解.但是，遺憾的是，其中一部分學生僅僅滿足于聽懂了，并沒有去分析解題受阻的根本原因，也沒有在聽懂的基礎上進一步完善自己的解答.同伴激情滿懷地一邊寫一邊講，并不能激發(fā)他們對如何分析解決這類問題進行進一步的追問和探討.可見這些學生在小組合作學習中常常處于被動位置，懶于動口、動手、動腦.在小組合作學習中，僅滿足于“聽”的層次顯然是低效的，即使聽懂了，但并沒有真正內(nèi)化為自己對知識的理解、對解題方法的掌握.這種“懂”只是暫時的，以后遇到類似問題仍然會發(fā)生同樣的錯誤.

(2)問

與只滿足于聽懂的學生不同，更多的學生對自己錯誤的原因進行深入的分析，在與同伴的互動中能夠主動提出自己的見解，提出自己的疑問，并且與同伴探討防止這類錯誤再次發(fā)生的方法.比如，A組一位學生在交流時就主動問同伴，如何有效防止摩擦力計算的錯誤，然后在同伴的幫助下，這位學生在自己的學案上用紅筆寫下了“不僅要正確畫出受力圖，還要正確分解受力”.B組一位學生看到同伴把原圖改畫成一個平面圖，然后在平面圖上進行受力分析，就問同伴，是不是每次遇到這樣的問題都改畫成平面圖？同伴作出了肯定的回答，并且強調(diào)，必須要形成這樣的習慣，才不至于受力分析出現(xiàn)錯誤.可見，在小組合作學習中，只有主動發(fā)問、勇于質(zhì)疑，才能進行深入的探討，從而提高合作的有效性.

(3)教

根據(jù)學習的金字塔理論，小組合作學習中受益最大的過程是正確地教別人.這是因為，要將問題講清楚，不僅自己要理解、要做對，還要思考怎樣講能夠讓組員更好、更快地理解.正是這種深度思考使自己對問題的認識更加深刻，從而使自己在小組合作學習中受益更大.

比如，C組代表在全班交流時，對該題的錯因進行了歸納：根據(jù)本組交流的情況，主要錯因是沒有形成首先分析受力的習慣，或者受力分析不規(guī)范，從而導致遺漏摩擦力或者摩擦力大小計算錯誤.該題一旦受力分析錯誤，就不能抓住金屬棒進入磁場區(qū)域后合力為零的特點作出金屬棒做勻速直線運動的判斷，導致無法求解.

C組代表進一步交流了小組對該題解法的建議，基本與前面解答一致，不再贅述.但他們認為，盡管在該題中直接用克服安培力做功求焦耳熱更簡潔，但該題也可以用焦耳定律來求R上產(chǎn)生的熱量Q，特別是如果金屬棒也有電阻的情況下，可有效防止將總焦耳熱當成R上產(chǎn)生的焦耳熱.可見，在小組交流時，他們對不同的解法也作了分析，并且對不同解法的優(yōu)缺點進行了比較，甚至考慮了當條件發(fā)生變化時如何求解.

為了給其他小組全班交流的機會，教師對C組的交流給予充分肯定.接著進入下一層次的交流.

(4)變

舉一反三、融會貫通一直是物理教學追求的目標，那么如何引導學生舉一反三呢？小組合作學習為學生提供了一個對題目進行變式改造的良好平臺，在這里大家可以充分發(fā)揮集體智慧，讓個人難以獨立完成的任務通過集體討論得以實現(xiàn).D組的代表在全班進行了如何進行變式改造的交流，使小組合作交流的層次提高到一個新的高度.

D組代表交流了他們?nèi)绾卧诘湫湾e誤的基礎上對題目進行了改造.有學生沒有正確判斷出金屬棒進入磁場后做勻速直線運動，從而無法求解，這就引起了他們的討論，如果改變拉力F的大小，金屬棒進入磁場時將不做勻速運動，那么是做什么運動？能否求出電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱？應用什么方法求焦耳熱？

經(jīng)過討論，他們認為，如果金屬棒進入磁場后，金屬棒受到的合力不為零，則將做變速運動.由于速度變化，感應電動勢就要發(fā)生變化，安培力也就發(fā)生變化，合力就要改變，因而金屬棒將做變加速直線運動，這就導致無法用動力學方法求解，只能用能量守恒或動能定理求解.這樣就缺少一個條件，即金屬棒剛穿出磁場時的動能，因此，題目就要增加“金屬棒剛穿出磁場時的速度為v”這一條件.這樣，應用動能定理寫出如下表達式

(F-mgsinθ-μmgcosθ)(d+s)+W=

其中W為安培力做的功，為負值，則R上產(chǎn)生的焦耳熱

Q=-W

E組代表則交流了如何為題目創(chuàng)設一個新的情境，原題是用拉力拉金屬棒，這個拉力是怎么施加的？他們創(chuàng)設了如圖2所示的情境，用與質(zhì)量為M的重物相連的輕繩通過定滑輪沿導軌方向拉金屬棒.他們正在討論如何解決改造后的題目，初步認為，盡管情境發(fā)生了變化，但解題方法基本相同.

這時，教師絕對不能放過這一重要機會，追問學生解題方法與原題完全相同嗎？大部分學生堅持解題方法應該相同.教師接著通過如下問題進行啟發(fā)：如果重物的重力與原來施加的拉力F相同，即

Mg=46 N

解題結(jié)果會一樣嗎？各小組進行了討論，很快發(fā)現(xiàn)繩上拉力并不等于重物的重力，而且在金屬棒進入磁場后，由于加速度的變化，拉力也要改變，與原題中一直用恒力F拉金屬棒還是有較大區(qū)別的.這樣，學生們就認識到，情境的微小變化將帶來問題的實質(zhì)性變化.因此，在解題中看到相似的題目，一定要認真分析，找出其中的區(qū)別，防止落入陷阱.

圖2 E組創(chuàng)設的新情境

教師進一步引導學生分析改造后的題目中有關能量轉(zhuǎn)化的關系，要求各組討論：如果金屬棒剛穿出磁場時的速度為v，求電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q.(只要求寫出表達式)

各組在討論后，F(xiàn)組代表進行了全班交流，他們認為，系統(tǒng)減少的能量應該等于增加的能量，而系統(tǒng)中減少的能量只有重物的重力勢能，而重物和金屬棒的動能、金屬棒的重力勢能、摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能、克服安培力做功產(chǎn)生的電能(等于R上產(chǎn)生的焦耳熱Q)都是增加的，從而寫出如下表達式

Mg(d+s)=mg(d+s)sinθ+

F組代表還交流了小組成員中出現(xiàn)的一些錯誤，比如，有學生沒有考慮重物增加的動能，有學生沒有考慮克服摩擦力做功等.

這節(jié)課上，小組合作交流如果沒有達到第四層次，那么互動交流的效果將大打折扣.因此，我們在組織小組合作學習時，要引導學生進行更高層次的交流，使小組合作擺脫解題、講題的束縛，進入改造、創(chuàng)新的境界.