基于協(xié)作學(xué)習(xí)平臺的物理單元復(fù)習(xí)教學(xué)研究

陳鉞

摘要：文章首先在對協(xié)作學(xué)習(xí)綜述的基礎(chǔ)上，梳理了協(xié)作學(xué)習(xí)在物理教學(xué)中的三種類型，闡述了協(xié)作學(xué)習(xí)過程中遇到的問題。其次對OneNote平臺的使用進(jìn)行了綜述。然后以“功和能”單元復(fù)習(xí)為案例進(jìn)行簡要介紹，從研究對象、研究過程及評價(jià)三個(gè)方面進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，并分三個(gè)階段進(jìn)行案例的實(shí)施，以此說明該模式的適用性，并在實(shí)施過程中不斷進(jìn)行調(diào)整。

關(guān)鍵詞：協(xié)作學(xué)習(xí);OneNote;單元復(fù)習(xí);物理教學(xué)

一、研究背景

本文以信息技術(shù)搭建協(xié)作學(xué)習(xí)平臺為研究視角，分析了OneNote在協(xié)作學(xué)習(xí)中的作用，梳理了影響協(xié)作學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素，歸納了物理教學(xué)中協(xié)作學(xué)習(xí)以任務(wù)為驅(qū)動的形式，并構(gòu)建了基于OneNote協(xié)作學(xué)習(xí)的單元復(fù)習(xí)的概念模式。在此基礎(chǔ)上，以“功和能”單元復(fù)習(xí)課程為案例，說明了協(xié)作學(xué)習(xí)模式的適用性，并在實(shí)施過程中進(jìn)行不斷調(diào)整。

1.協(xié)作學(xué)習(xí)的應(yīng)用

協(xié)作學(xué)習(xí)的模式圍繞著某一主題或任務(wù)所實(shí)施，強(qiáng)調(diào)將學(xué)習(xí)者相互聯(lián)系，協(xié)同作業(yè)，并置于生活和實(shí)際情境中。通過學(xué)習(xí)者之間相互溝通、相互合作，完成具體任務(wù)，從而達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。在物理教學(xué)中，協(xié)作學(xué)習(xí)就是通過任務(wù)驅(qū)動的形式來完成的，繼而達(dá)到對知識與技能的重新建構(gòu)，掌握分析問題、解決問題的規(guī)律與方法，并在與他人的協(xié)商中完成任務(wù)。基于物理情境任務(wù)的協(xié)作學(xué)習(xí)通?？梢苑譃槿N：協(xié)作建立物理或跨領(lǐng)域的科學(xué)概念、協(xié)作解決任務(wù)和協(xié)作設(shè)計(jì)方案。協(xié)作建立概念是指學(xué)習(xí)者通過收集和檢索信息，將任務(wù)中所牽涉的事實(shí)性的科學(xué)元素加以識別整合，構(gòu)建起基本的知識框架。而協(xié)作解決任務(wù)和協(xié)作設(shè)計(jì)方案面向基于大任務(wù)的多個(gè)獨(dú)立小任務(wù)，這就需要學(xué)習(xí)者相互配合，相互協(xié)調(diào)，整合一系列的活動，如解釋、分析、評價(jià)等。在協(xié)作學(xué)習(xí)中，任務(wù)的理解與表征是協(xié)作學(xué)習(xí)的一個(gè)重要因素，學(xué)習(xí)者需要在團(tuán)隊(duì)的共享任務(wù)空間中對任務(wù)的表征進(jìn)行交流協(xié)商，達(dá)成任務(wù)理解的共享，這是協(xié)作學(xué)習(xí)中的重要一環(huán)。

2.OneNote協(xié)作學(xué)習(xí)平臺

OneNote作為知識管理的工具，充分體現(xiàn)了協(xié)作學(xué)習(xí)方式和集體智慧的力量，它具有諸多功能，如：收集信息與數(shù)據(jù)，全方位手寫功能，排版靈活，可以隨意添刪改，編輯與分類，交流、共享，靈活的思維記錄，共享訪問局域網(wǎng)內(nèi)他人筆記本，檢索、收集，多種信息保存與發(fā)布形式等。當(dāng)然OneNote在教學(xué)中發(fā)揮的作用也是重大的，數(shù)據(jù)的重新整合，在研究性學(xué)習(xí)過程中極為關(guān)鍵，在實(shí)時(shí)利用各種軟件時(shí)，OneNote這個(gè)信息技術(shù)工具和研究性學(xué)習(xí)的長處都能更好地發(fā)揮。

利用OneNote搭建的學(xué)習(xí)協(xié)作平臺，教師不再單一地作為教書先生，而是成為整個(gè)課內(nèi)、課外學(xué)習(xí)活動的指引者、體驗(yàn)者和研究者。在互聯(lián)網(wǎng)廣闊的資源面前，每一個(gè)人的知識儲備都是貧乏的，而與此對應(yīng)的是，學(xué)習(xí)者的知識潛能又是無法估量的。所以教師既是任務(wù)的外部支持者，以提供學(xué)生學(xué)科領(lǐng)域知識的輔助，同時(shí)也是知識的學(xué)習(xí)者。對于學(xué)生而言，他們不再是被動的知識的受教者，而是創(chuàng)造者、協(xié)作者和建構(gòu)者。

二、研究過程：基于OneNote協(xié)作學(xué)習(xí)的物理單元復(fù)習(xí)

本部分首先對案例進(jìn)行簡要介紹，然后從研究對象、研究過程及評價(jià)三個(gè)方面進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，分三個(gè)階段進(jìn)行案例的實(shí)施，探討了該案例學(xué)習(xí)者共享任務(wù)理解的形成與發(fā)展?fàn)顩r，并選取典型的環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，最后對案例的實(shí)施進(jìn)行評價(jià)和討論。

1.案例簡介

本案例以高二物理等級考的學(xué)生為研究對象，按照任務(wù)協(xié)作的模式組織并安排教學(xué)活動，學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上，通過自主活動以及協(xié)同合作，在解決問題的過程中，逐步加深對于整個(gè)“功和能”單元的理解，感悟到物質(zhì)世界的普遍聯(lián)系。整個(gè)學(xué)習(xí)過程共分成三個(gè)階段，其間通過建立OneNote協(xié)作平臺來觀察、記錄并分析學(xué)生對于任務(wù)的完成情況，總結(jié)協(xié)作學(xué)習(xí)對于物理單元復(fù)習(xí)的有效性，也為設(shè)計(jì)基于信息技術(shù)搭建協(xié)作平臺的物理教學(xué)課堂提供可操作性方案。

從知識體系上看，做功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系不僅將功和能量兩個(gè)物理量聯(lián)系起來，更是把運(yùn)動學(xué)、力學(xué)、功、能的知識融合在一起;從物理觀念上看，本單元包含能量觀、相互作用觀、運(yùn)動觀以及守恒觀，因此運(yùn)用功、能關(guān)系解決問題是對所有力學(xué)知識的綜合運(yùn)用。

本設(shè)計(jì)需要學(xué)生完成一個(gè)學(xué)習(xí)循環(huán)的過程，分別是參與、探究、解釋、細(xì)化、評估。在不同的任務(wù)情景中，分別運(yùn)用功、功率、機(jī)械能、功能關(guān)系的知識，解決實(shí)際問題。最后，將能量的變化與功的關(guān)系——即功是能量變化的量度，推廣到所有能量的變化。本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上，通過解決現(xiàn)實(shí)問題、完成任務(wù)卡活動，在經(jīng)歷“觀察現(xiàn)象、提出問題、搜集數(shù)據(jù)、解釋原因、協(xié)同合作”的過程中，理解能量轉(zhuǎn)化及守恒的物理觀念，學(xué)會物理建模的思想方法。借由自主活動，在解決問題的過程中，逐步加深對于整個(gè)“功和能”單元的認(rèn)知，感悟到物質(zhì)世界的普遍聯(lián)系。

從知識結(jié)構(gòu)看，學(xué)生已經(jīng)完成了直線運(yùn)動、力和物體的平衡、牛頓運(yùn)動定律的單元復(fù)習(xí)。從技術(shù)手段看，學(xué)生高一時(shí)就已能熟練地操作phyphox等輔助教學(xué)軟件。本次基于協(xié)作平臺，分別利用phyphoxAPP由手機(jī)內(nèi)置傳感器測量小球彈性碰撞的能量損失，利用行者APP和邁速表記錄騎行時(shí)的運(yùn)動數(shù)據(jù)，利用Keep APP和心率帶記錄跑步時(shí)數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，利用人體解剖學(xué)APP生動地呈現(xiàn)人體內(nèi)部各個(gè)器官的精確結(jié)構(gòu)。由此在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中經(jīng)歷了看懂?dāng)?shù)據(jù)、質(zhì)疑數(shù)據(jù)、挖掘數(shù)據(jù)背后原理的過程，提升了學(xué)生的自主探究能力，加強(qiáng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度素養(yǎng)。最終促使學(xué)生在真實(shí)問題解決的過程中，不斷認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)、社會環(huán)境之間的關(guān)系，增強(qiáng)了科學(xué)態(tài)度。

2.研究過程設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以解決實(shí)際問題為導(dǎo)向，通過協(xié)同合作、相互交流、反思評估的學(xué)習(xí)模式，以及知識的實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到單元復(fù)習(xí)的目的。整個(gè)單元復(fù)習(xí)包括三個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）課前完成既定的任務(wù)報(bào)告

學(xué)生明確任務(wù)后，進(jìn)行分組參與。通過各種形式的數(shù)據(jù)收集，應(yīng)用有關(guān)的機(jī)械能、功、功率的知識解決實(shí)際問題，并在此過程中不斷調(diào)整實(shí)施方案，不斷細(xì)化各個(gè)環(huán)節(jié)所需要的知識理論。在這一環(huán)節(jié)，教師通過OneNote實(shí)時(shí)跟蹤進(jìn)展，并給予技術(shù)支持。

活動I：通過飲食、基礎(chǔ)代謝等人體能量變化的方式，引出做功與能量變化的關(guān)系。首先記錄了某位學(xué)生一天的飲食攝入，以及額外的運(yùn)動消耗，再通過APP得到攝入和消耗的卡路里熱量，接著結(jié)合資料查閱基礎(chǔ)代謝公式，最終推算出人體一天的能量變化，為之后兩組“通過額外做功鍛煉改變能量”埋下伏筆。

活動Ⅱ：通過跑步實(shí)驗(yàn)，結(jié)合APP數(shù)據(jù)，利用建模的思想，分析心臟的輸出功率。首先通過KeepAPP和心率帶，記錄了某位學(xué)生跑步一圈所消耗的熱量以及心率的變化曲線，接著通過功，以及功率的相關(guān)知識并借助三維人體解剖APP，將復(fù)雜的心臟結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，利用物理建模的方法最終推算出跑步的平均功率，以及在此期間心臟跳動一次的平均功率。將跑步做功與功率，與健身效果和效率相類比，讓學(xué)生跨出書本思維的局限，讓物理思想更加貼近日常生活，也為之后與“騎車組”的對比奠定基礎(chǔ)。

活動Ⅲ：通過自行車實(shí)驗(yàn)，結(jié)合APP數(shù)據(jù)，通過對比，分析騎車與跑步的能量消耗效果，提出更好的健身方案。首先通過行者APP和踏頻器，記錄了某位學(xué)生騎行一圈所消耗的卡路里熱量以及功率的變化，接著收集信息并結(jié)合圓周運(yùn)動的有關(guān)知識對APP的測量原理和算法進(jìn)行理論解釋，最終推算出騎行過程中平均阻力的大小以及所對應(yīng)的平均功率。在之后的評價(jià)階段，讓“跑步組”和“騎車組”相互比較，評估健身效果并提出改善建議。

活動Ⅳ：通過小球彈性碰撞實(shí)驗(yàn)，結(jié)合APP數(shù)據(jù)，利用對比和建模的思想，分析機(jī)械能損失與做功的關(guān)系。首先通過Phyphox APP，記錄小球與地面碰撞后的反彈高度、運(yùn)動時(shí)間與能量損耗，接著通過運(yùn)動學(xué)的相關(guān)知識并應(yīng)用物理建模的方法推斷出APP的測量原理以及背后的算法，從而理解如何選擇合適的測試對象與測試場地，最終推算出重力勢能的變化、機(jī)械能的變化以及機(jī)械能變化與做功的關(guān)系。

（2）課中展示成果，相互評價(jià)

本案例以協(xié)作學(xué)習(xí)為起點(diǎn)，安排了階段任務(wù)。第一階段為前任務(wù)的儲備學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者以任務(wù)小組的形式分成“吃貨組”“跑步組”“騎車組”“碰撞組”，每位學(xué)習(xí)者都要進(jìn)行基本科學(xué)知識和概念的學(xué)習(xí)，并熟悉掌握各種APP的操作。單元復(fù)習(xí)既需要源于書本，讓學(xué)生建構(gòu)起單元知識結(jié)構(gòu)，同時(shí)又要高于書本，能將物理知識應(yīng)用于實(shí)際的問題中。因此，協(xié)作任務(wù)的選擇是通過其背后所蘊(yùn)含的物理思維聯(lián)系起來的，這就需要教師作為指引者嚴(yán)格把關(guān)，從而篩選出合適的任務(wù)清單。以此次單元復(fù)習(xí)協(xié)作為例：

“吃貨組”從日常的飲食與基礎(chǔ)消耗為切入點(diǎn)，將人體能量的變化與做功聯(lián)系起來，并將熱量、基礎(chǔ)代謝率等科學(xué)概念梳理出來?！芭懿浇M”和“騎車組”從健身角度出發(fā)，將功、功率與健身的效率和效果結(jié)合起來，同時(shí)對運(yùn)動類APP的測量原理進(jìn)行闡述?！芭鲎步M”則以影響機(jī)械能守恒因素為主線，將重力做功、阻力做功、碰撞的能量損失等作為研究的突破口。

第二階段，學(xué)習(xí)者基于任務(wù)單中的問題設(shè)計(jì)解決方案，進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與處理，應(yīng)用有關(guān)的機(jī)械能、功、功率的知識解決實(shí)際問題，在過程中不斷調(diào)整實(shí)施方案，不斷細(xì)化各個(gè)環(huán)節(jié)所需要的知識理論，并能通過所學(xué)的物理原理進(jìn)行合理的解釋。

（3）課后完成評價(jià)量表，繪制個(gè)性化的思維導(dǎo)圖

學(xué)習(xí)者通過OneNote協(xié)作平臺對其他任務(wù)組進(jìn)行過程性評價(jià)。評價(jià)分為課前、課中、課后三個(gè)不同時(shí)期：課前以任務(wù)組所呈現(xiàn)的筆記和素材為指引，以“是否明白任務(wù)目的和原理”以及“是否合理設(shè)計(jì)解決方案”作為評價(jià)指標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到設(shè)計(jì)上的亮點(diǎn)和需要改進(jìn)的不足之處。課中以任務(wù)報(bào)告闡述為主，學(xué)生的思維表達(dá)能力，從“能否用物理規(guī)律科學(xué)表達(dá)”“能否對數(shù)據(jù)合理解釋”“能否進(jìn)行建模或反思”“能否構(gòu)建思維導(dǎo)圖”幾個(gè)方面，培養(yǎng)學(xué)生自我評估的能力，激發(fā)學(xué)習(xí)的信心和動力。課后評價(jià)則以繪制單元復(fù)習(xí)思維導(dǎo)圖為落實(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生進(jìn)行知識重構(gòu)，感悟物質(zhì)世界的普遍聯(lián)系。

三、研究建議

本文主要針對協(xié)作學(xué)習(xí)在物理教學(xué)中的應(yīng)用以及OneNote平臺建立予以研究。首先，在對協(xié)作學(xué)習(xí)綜述的基礎(chǔ)上，梳理了協(xié)作學(xué)習(xí)在物理教學(xué)中的三種類型，闡述了協(xié)作學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，為之后的平臺搭建提供了基礎(chǔ)。其次，對OneNote的使用進(jìn)行綜述。

本研究尚存在諸多需要改善之處：首先，學(xué)習(xí)者個(gè)體的學(xué)習(xí)痕跡可以反映其學(xué)習(xí)過程中的行為表現(xiàn)，但小組協(xié)作完成的活動信息表現(xiàn)得不夠明顯。其次，學(xué)習(xí)者既往的學(xué)習(xí)慣性一時(shí)很難改變，“重結(jié)果輕過程”，“只會算不會說”，都是長期的弊病。

與此同時(shí)，基于問題解決只是教學(xué)環(huán)節(jié)中的一部分，教學(xué)中除了能力的提高，如何有效復(fù)習(xí)鞏固及提升成績等剛性需求，尚需要其他信息技術(shù)平臺的共同幫助，以形成一個(gè)良性發(fā)展的學(xué)習(xí)生態(tài)。比如基于數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理的APP，主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，例如Phyphox、Video Phvsics等。其特點(diǎn)在于通過傳感器與后臺運(yùn)算，讓學(xué)生更專注于實(shí)驗(yàn)本身的探索，而非數(shù)據(jù)處理。畢竟數(shù)據(jù)處理是人工智能的特長，而我們更關(guān)心的是數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)含的意義。此外，效率筆記類的信息技術(shù)平臺，能幫助學(xué)習(xí)者高效地完成信息的抓取、組織和存儲，并把知識進(jìn)行重組、再輸出，變成學(xué)習(xí)者真正吸收以及能夠?qū)W以致用的內(nèi)容。