IYPT模式融入高中物理课堂教学的思考与实践探索_课堂教学论文

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      自夸美纽斯提出班级授课制起，课堂就成为了教师教学和学生学习的主阵地，课堂教学在中学教育中具有极其重要的位置。而在我国，中学课堂教学的教学形式是以讲授法为主，虽然讲授法教学可以提高课堂效率，充分发挥教师的主导性，但是却在一定程度上忽视了学生学习的主体性，不利于学生的个性发展。鉴于这种情况，近年来很多新型课堂模式不断涌现，如师生互动、小组合作、翻转课堂等，这些课堂模式在一定程度上激发了学生学习的主动性，对讲授法教学产生了一些冲击。IYPT模式是最近新提出的一种教学模式，在物理课堂教学中引入IYPT模式，让学生针对课堂中的某一问题进行自主研究，相互交流和讨论，最后相互评价，极大地提高了学生学习的主动性和积极性，同时也培养了学生实验技能和自主探究能力，这对中学物理教学改革具有重要借鉴。

      二、IYPT模式融入高中物理课堂教学的思考与设计

      （一）IYPT简介

      IYPT（International Young Physicist's Tournament）是国际青年物理学家锦标赛的简称，它以赛题的开放程度高、探究性强，解决过程的多样性和不确定性而著称，需要学生具备一定的理论基础和实验技能，并且在比赛中以团队的形式进行物理辩论对抗赛。在正式的比赛中，共有3支队伍参与比赛，分别作为正方（Reporter）、反方（Opponent）和评论方（Reviewer），具体流程如下页表1所示。这样一种比赛形式有利于培养学生的理论联系实际、语言表达以及团队合作能力，全面提升学生的综合素质，也是一种值得借鉴的学习方式。

      （二）IYPT模式融入课堂教学的理性思考

      鉴于这样一种比赛方式，笔者认为将IYPT的比赛模式融入高中物理课堂教学，使之成为课堂教学的一部分有利于激发学生的学习兴趣，改变过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，让学生主动参与、乐于探究，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力和分析解决问题的能力，凸显新课程理念。

      1.丰富学生的课堂角色

      在IYPT模式下，班级学生被分为正方、反方和评论方，三种角色的任务各不相同，极大地增强了学生学习的主动性。正方学生需要在课堂中将研究过程展示出来，包括理论分析、实验验证和最后的结论；反方则是要根据正方的陈述找出不足之处并进行提问和讨论，使问题研究得更为深入全面；评论方则是根据正反双方的具体表现进行点评和总结，并且提出自己的观点和改进意见。通过这样的形式将课堂完全交给学生，学生不再是被动者，而是完完全全参与课堂，每一个学生都围绕主题认真思考，发表自己的看法。

      

      2.紧密联系课堂前后

      由于课堂时间宝贵，教师需要结合具体教学内容提前告知学生要讨论的课题，让学生在课前进行理论和实验的研究，完成PPT的制作等准备工作。对于学生来说，不仅仅是正方需要进行理论和实验的研究，反方和评论方（班级剩余学生）的学生也要通过课前预习和查阅相关资料才能在课堂中向正方提出疑问，使讨论和交流更加高效。通过这种形式帮助学生进行预习工作，在课堂中进行讨论和交流，将教学内容贯穿课堂前后，以利于学生更好地理解所学知识。

      3.培养学生的实验技能

      IYPT本身就是需要通过实验进行研究，而IYPT模式也旨在强调实验在物理教学中的重要性。与普通物理实验教学不同的是，在IYPT模式下，学生的实验并不是在课堂中体现，而是在课前的研究过程中，学生自己根据研究课题设计实验方案、搭建实验装置、进行实验数据分析，最后得出结论。课前的研究给学生提供了动手实验的机会，间接地培养了他们的实验技能。

      （三）IYPT模式融入课堂教学的设计

      1.课堂时间合理分配

      在正式的IYPT比赛中，一场比赛需要进行大约50 min，显然将整个比赛流程引入高中物理课堂是不合适的，因此笔者在原有比赛流程的基础上，进行了适当地删减，保留了必要的环节，设计了如下的IYPT流程（如表2），使得IYPT模式与基本教学环节完美衔接，让整个教学过程连贯、流畅。对比表1，保留了正方报告环节，并将提问和讨论环节以及最后的评论阶段中提问和总结合二为一，整个时间控制在25 min，在保证基本教学的前提下，也保证学生有充裕的时间进行交流讨论，确实让学生在交流和讨论中有所收获，而不是流于形式。

      

      2.课题选择贴近教学

      由于只是借用IYPT的比赛方式，因此教师应根据实际教学内容进行课题的选取，刚开始可以自己拟定课题，随着IYPT实践次数的增加，可以让学生自行拟定。在拟定课题时注意要与所教内容相联系，例如在“电动势”案例中，以“一个水果电池为什么不能使小灯泡发光”为课题，涉及电源电动势和内阻，这也是本节的教学重点和难点，从而让学生更好地掌握知识内容。

      3.课前准备充分

      在课堂中，正方学生利用PPT进行汇报，进而正反双方进行交流讨论，因此需要学生课前进行相关的理论和实验研究。为了研究得更加充分，教师需要对学生进行必要的指导和帮助，例如帮助学生准备好实验器材，课题需要涉及的知识，提示学生的研究方向和思路，让学生有的放矢，提高研究效率。

      三、IYPT模式用于“电动势”教学的案例

      本节课是2015年10月南京市物理教研活动的研讨课，授课内容选自人教版选修3-1第2章第2节“电动势”。本节课的教学目标是理解电动势的基本含义，知道其定义式并理解电源和内阻。教学流程如下。

      （一）趣味实验引入

      （1）课前小实验：让学生结合初中学习的知识进行实验，将小灯泡接入电路，观察小灯泡发光情况，并测出电路中的电流和小灯泡两端的电压，让学生对以前的知识进行复习和回顾。

      （2）对比实验：教师进行对比实验，通过一节干电池能让小灯泡发光，再用一个柠檬电池（与干电池电动势几乎相同，内阻不同）进行相同的实验发现不能使小灯泡发光，从而激发学生的兴趣，使学生产生认知冲突，进入新课的学习。

      （二）基本知识点讲授

      教师进行知识点的教学，首先从能量、电势和电流的角度分析电源的作用。从能量看电源将其他形式的能转换为电能，从电势的角度分析即正负极之间存在一定的电势差，从电流的角度认为在闭合电路中形成电流。接着再类比抽水机做功讲授电源做功；存在非静电力做功，从而引出电动势概念，并从定义、公式、单位和物理意义的角度对电动势进行分析。

      （三）IYPT模式讨论

      为了将IYPT模式与课堂教学有效结合，笔者在原有的模式基础上进行了一些调整，缩减了一些阶段，使整个课堂显得紧凑而高效。在人数安排上，我们将班级学生分为正方（3人）、反方（3人）和评论方（班级剩余学生），正方和反方学生成八字形状坐在最前面，这样的座位布置有利于学生面对面的交流和讨论。在研究课题选取上，笔者以“一个水果电池为什么不能使小灯泡发光”为课题，这个课题具有开放性和趣味性的特点，学生容易入手并进行实验研究，此外，也与电动势的知识紧密联系，使学生更加深刻地理解电源中的内阻。在流程上，先是正方学生进行汇报，包括理论和实验的介绍，正方的三位学生都要进行汇报；正方汇报完后反方学生根据正方的汇报进行提问并与正方讨论交流，为了提高学生的参与度，笔者要求在讨论中6位学生（正反双方）都要参与；最后评论方学生补充提问并对双方表现进行点评。整个过程控制在25 min。当然，为了在有限时间内能够讨论出有价值的内容，学生在课前已经做了相关的准备工作。下面是学生进行讨论的一些片段。

      （1）正方汇报。

      学生1：大家好，我们研究的课题是一个水果电池为什么不能使小灯泡发光。我们通过研究发现，水果电池有内阻，不能使小灯泡发光是因为水果电池电动势太小还是因为内阻太大？是否可以通过串联和并联的方式解决这个问题？水果电池不能使小灯泡发光，那能否使其他电学元件发光，例如发光二极管？为此我们进行了探究，这是我们的实验器材（PPT展示实验器材）。首先我们研究了影响水果电池电动势的因素。第一组实验是插入水果的电极之间的距离与水果电池电动势的关系，通过实验数据发现水果电池的电动势与距离呈线性关系。为了更好地研究，我们用铅蓄电池做了一个对比实验，结果发现铅蓄电池的电动势和电极间距离没有关系。第二组实验改变电极插入深度，研究插入深度和电动势之间的关系，结果发现插入深度与水果电池的电动势有关。再进行铅蓄电池对比实验发现两者无关。对于这种情况我们的解释是铅蓄电池的电解质是稀硫酸溶液，成分比较稳定，而水果电池的反应物是固体，与电极插入的充分程度对电动势有较大影响。

      学生2：为了更加深入地了解电源内部的构造，从而解决为什么水果电池不能使小灯泡发光这一问题，这里我以铅蓄电池为例进行分析。铅蓄电池将化学能转换为电能，有关化学的部分我就不过多涉及。主要研究影响铅蓄电池内电路的因素有哪些？由于铅蓄电池是化学电池，因此我们猜想与极板间距离、插入深度、插入面积以及电解液性质有关，我们进行了相关实验。研究发现这些会影响铅蓄电池的内电路，此外我们还发现了电动势衰退现象，在接下来的讨论环节我们会与反方同学进行讨论。

      学生3：下面我们从铅蓄电池回到水果电池，回到我们的课题——一个水果电池是否能使一个小灯泡发光？我们的研究是不可以。那是什么原因呢？我们之前的研究发现水果电池是有电动势和内阻的，那我们如何测量呢？我们通过伏安法测量水果电池的内阻，我们测量水果电池的电动势和短路电流。通过实验数据我们发现水果电池的内阻在千欧的数量级。因此我们可以得出3个结论：第一，水果电池有电动势，和干电池相近；第二，水果电池可以产生电流，但是很小；第三，水果电池有内阻，而且内阻较大。由于水果电池内阻较大，而产生的电流较小，我们猜想由于电流太小所以不能使小灯泡发光。因此我们通过水果电池的串并联减小其内阻提高电流，设计了实验。第一组实验我们并联3个柠檬电池（柠檬酸性强，电动势大）减小内阻，提高电流，结果发现小灯泡还是不发光。于是我们又设计了第2组实验，先两两串联，然后再进行并联，一共6个柠檬电池，结果小灯泡还是不亮。为此我们又进行了第3组实验，用相同电压的干电池作为电源发现小灯泡发光。因而我们得出结论水果电池之所以不能使小灯泡发光是因为其内阻太大，如果再并联更多的柠檬电池小灯泡是可以发光的。最后我们用6个串并联的柠檬电池让发光二极管（所需电流较小）成功发光，这也间接地验证了我们的猜想。

      （2）反方提问和正反双方讨论。

      反方1：我想问一下正方关于估读的问题，正方在测量水果电池参数的时候，保留小数点后的位数好像不太对，数据没有进行估读。

      正方1：确实我们在估读上没有考虑清楚，以后需要进一步考虑，但是我们只是通过数据验证两者之间的关系，有一个定性的结论即可，并没有强调一定要十分精确。

      反方2：你们刚刚说一个水果电池不能使小灯泡发光是因为内阻太大，但是你们是否考虑过小灯泡发光温度会达到1000℃，是不是因为小灯泡没有达到这个温度所以才不会发光？

      正方2：小灯泡发光是由于电子跃迁发出光子，也就是它一定要达到一定的程度电子跃迁才能发出光子，而我们的电流完全不可能提供这些，它没有这些能量，这是一个能量的问题。

      反方1：在实验中，你们用6个柠檬使二极管发光，我们也做了类似的实验，也使二极管发光，但是我们侧重的是6个柠檬经过串并联后为什么能使小灯泡发光而不能使二极管发光。

      正方3：二极管发光不需要这么大的能量，而小灯泡发光需要很大的能量。

      反方2：我还有一个问题，在你们的报告中说水果电池的电解质是固体，我觉得不够科学。

      反方3：我也还有一个问题，在你们研究的铅蓄电池中，插入深度的改变没有影响电流的变化，但是在化学中我们知道接触越充分，反应越剧烈，从而产生的电流越大。请问你们怎么看？

      正方3：我觉得这个不能单纯地从化学的角度分析，电流的形成实质上还是带电粒子的定向移动形成的。

      （3）评论方提问总结。

      评论方1：我想向正方同学提一个问题，正方同学刚刚说水果电池的电解质是固体，那你们有没有做过一个实验把橙子或者柠檬榨成汁，把极板插在橙汁里边进行实验。

      正方2：我们做的是水果电池而不是水果汁电池，如果榨成汁后内阻就发生变化了，就不是我们要研究的内容了。

      评论方2：水果电池有很多种，不同的水果都可以做成水果电池，不同的水果的内部结构会对其电动势有影响，不知道正方有没有考虑过这个问题。第二个问题就是针对反方刚刚提出的估读问题，我觉得并不是主要问题，每个人估读的情况不同。

      正方3：针对之前同学的问题，我们做过3种水果电池，柠檬、橘子和苹果，确实内部结构不一样电动势不相同，这也是我们以后需要进一步研究的。还有关于估读的问题，虽然估读对最后的研究没有较大影响，但是估读本身就体现了研究的态度和科学的严谨，我认为估读是很有重要的。

      评论方3：正反双方辩论得十分精彩，课题也十分关乎我们的学习和日常生活，IYPT这种模式也很贴切我们的生活，正方同学的准备十分充分，反方同学的问题很有针对性，双方针锋相对，是一场很精彩的辩论。

      评论方4：正方的汇报虽然很详尽，但是顺序有点乱，在结构安排上需要加以改进。反方同学的问题需要更加精炼，在小组配合上还是欠缺默契，希望以后还要加以改善。

      （四）结合生活实际

      教师针对学生的表现进行简要点评，凸显IYPT的教育意义，展示日常生活中常见到的电池，介绍电池的一些重要参数，例如毫安时、瓦时等，将物理知识与实际生活相联系，体现“从物理走向生活，从生活走向物理”的教育理念。

      四、IYPT模式融入电动势教学的效果分析与启示

      （一）完成预期教学目标

      本节课以电动势为教学内容，教学目标主要有以下几点：（1）知道电源是将其他形式的能转化为电能的装置；（2）了解电路中自由电荷定向移动过程中，静电力和非静电力做功；（3）了解电源电动势的基本含义，知道它的定义式；（4）理解电源内阻。由于本节课对学生的要求较低（以了解和知道为主），利于采用IYPT教学模式。在课堂教学中，教师主要从能量和做功的角度讲解了电源以及电动势，而在IYPT模式中，通过“一个水果电池为什么不能使小灯泡发光”的课题让学生自己探究电源电动势和内阻，而这一部分内容也易于研究，容易激发学生的学习兴趣。整节课覆盖了教学目标所要求掌握的知识，很好地完成了教学目标。

      （二）学生课堂参与度高

      在本节课的IYPT模式中，共有11名学生参与了讨论，其中3位学生进行了研究成果的展示和汇报，并与另外3位学生进行讨论和交流，有5位学生进行了点评和补充提问，同时班级其他学生也积极思考。本节课中不少学生是在正反方学生的带动下参与到课堂讨论中来的，尤其是在本节课评论环节中，很多平时不怎么喜欢回答问题的学生积极参与讨论，发表自己的看法，提出了高质量的问题，这超出了我们的预期。这样一种课堂教学方式是备受学生喜欢的，也有利于学生对知识的掌握，激发他们的求知欲望。相比于一般的中学物理课堂教学，显然IYPT模式更有利于提高学生的自主学习意识，培养他们的创新和实践能力，体现新课程理念。

      （三）内容充实逻辑性强

      IYPT中学生的讨论内容十分丰富，并且富有逻辑性。正方学生汇报时，先对课题进行猜想，找出水果电池的电动势和内阻这两个因素，然后从水果电池谈起，研究了影响水果电池电动势的因素，为了加深理解，学生还对铅蓄电池进行了研究，最后学生测出一个柠檬电池的电动势和电流，通过数据分析得出结论，并通过实验让发光二极管发光验证了猜想。在整个研究过程中，学生不仅掌握了本节课的学习内容，而且还查阅了课外资料，开阔了自己的眼界。此外，学生在课前研究中自己动手进行了大量实验，对提高学生的实验技能有很大的促进作用。

      （四）启示与建议

      经过研究我们发现并不是所有的教学内容都适合用IYPT模式进行教学，IYPT模式有一定的适用性，对于一些不易理解的要求较低的物理知识可以使用IYPT模式。此外，IYPT模式并不是要取代传统物理课堂，而是与传统课堂教学相结合，IYPT课题的选择要基于教学内容，涉及教学内容的某一知识点，贴近学生的实际生活。

      此外，IYPT模式对教师提出了更高的要求。在教学内容上，教师不仅仅要进行教学，还需要结合教学内容设计学生研究的课题，以期望学生达到的效果。在学生方面，安排学生进行实验，并进行适当地引导，协调好学生的角色选择。在课堂教学中，教师对课堂要有预先的规划，包括时间的分配、主持IYPT教学，将IYPT阶段与其他部分有机结合，体现课堂的整体性和连贯性。

      IYPT教学模式是一种新提出的课堂教学模式，现在只是刚刚起步，还处在不断发展中，需要更多的教学案例进行研究和分析，从而更好地促进这种模式的发展，对中学物理课堂教学改革提供参考和借鉴。

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