科学预设促进生成以“闭合电路的欧姆定律”教学为例.pdf

Vol.41 No.8物理教学探讨2023年第8 期教师教育术科学预设促进生成以“闭合电路的欧姆定律”教学为例李轩，彭朝阳*,李立琛云南师范大学物理与电子信息学院,昆明6 50 50 0摘要：基于生成性学习理论，采用科学预设、促进生成的教学模式，既关注教又关注学。以“闭合电路的欧姆定律”教学设计为例，通过“情境激疑、鼓励探究、延展思维、促进迁移”等教学流程，培养学生生成性思维，继而助力学生科学思维能力的提升。关键词：生成性学习；生成性思维；核心素养；科学思维中图分类号：G633.71生生成性学习1974年，美国学者维特罗克在作为生成过程的学习中写到：“学习过程是由学习者内属的个体自主建构，不是对外部信息输入过程的完全接纳；而学习活动进行的支撑是学习主体的原有认知与从外界环境中接受的感觉信息相互作用，是主动构建有意义信息的生成过程 1 。维特罗克理论的意义在于：第一，针对学习者所必需的主动性，需要从主动接受信息过渡到纳人信念体系，继而更好地实现信息到知识的转换；第二，需要去考虑新旧知识之间、学习内容与个体之间的关系，其主动选择的过程和建构信息意义的结果具有一定的不确定性。将“生成”理念与学习者思维融合所形成的生成性思维，核心在于懂得运用创生、延展的思维去看待事物及其发展。让学习者承认生成性思维，就是“不在假定人、教学有预先存在的本质，而是在活动中敞开其性质”2 1，切实遵从在过程中认知，且追求学习者的内在体验。而提升科学思维能力则需要学习者懂得基于客观事实以及具有正确的逻辑思维，敢于质疑并予以检验和修正，进而提出创造性见解。由此可见，两者之间的导向一致。2教学策略学生的成长过程,是由教师和学生的相互作收稿日期：2 0 2 3-0 5-1 6作者简介：李轩（1 9 9 9-），男，硕士研究生，研究方向为物理课程教学。*通信作者：彭朝阳(1 9 7 1-)，男，教授，博士生导师，研究方向为物理课程教学和天体物理。文献标识码：A文章编号：1 0 0 3-6 1 4 8(2 0 2 3)8-0 0 7 3-5用动态生成的 3。要实现培养学生的核心素养、增强创新意识和实践能力等目的，利用动态“生成性”的教学策略以及“以学生为中心”的培养过程就显的尤为重要。2.1教教学目标的定位教学目标是促进有效教学的关键，应使其与学生的思维相对接。在物理教学中强化落实培养学生的科学思维能力，教师需要使学生具备一种“勤学好问”的质疑精神。教师要能够依据课堂实时情况，使学生主动参与教学互动，引导学生敢说、敢做、敢出错，并且能够将学生看似“不合理”的想法进行有效处理，引导学生的逻辑思维，落实教学目标。2.2教学流程笔者结合生成性学习理论以及一线教学状况，设计出如图1 所示的教学流程图。该流程要求教师在教学设计中善用提问的方法“逼迫”学生对事物产生兴趣，使其产生疑问并主动求知。所以，笔者在教学流程中故意设计“预设生成”和“教师准备”两个重点步骤。预设就是在教学中的有目的、有计划、有组织的预先设计的过程。教师要做到精于准备，在课堂教学中对学生的反馈信息进行良性捕捉,并结合课堂实时状态，有效处理学生突发问题，从而激发学生的逻辑思维。同时,还应将教学焦点-73一2023年第8 期物理教学探讨Vol.41 No.8教剖析学情师确立目标创设情境诱发质疑问题引领互动探究延展思维策动合作操作可视推动迁移学预习探究生主动发现提出疑问深入分析合作探究处理疑问教师主导学生主体意识渗透促进提升流预设生成程明确于学生，通过新知识的学习与原有的知识经验相互作用，达到一种良好的生成学习。3基于生成性理念的“闭合电路的欧姆定律”教学设计3.1剖析学情，确立目标经过前面电势、电路知识的学习，学生对于静电力做功与电荷量、电势差之间的关系有了较为深刻的认识，可以理解静电力做功和电势能变化之间的关系，并能够从非静电力做功的角度研究感应电动势问题，较为熟练地利用功能关系解决部分电路欧姆定律的有关电路问题。根据新课标要求，学生要熟练掌握并运用闭合电路的欧姆定律解析电路各组成部分电学量的相互联系 4 。3.2仓创设情境，诱发质疑本教学设计利用认知冲突以及实验引人。首先，向学生展示如图2 所示装置，并说明两个电路的差别仅是所用电池不同(左侧电路安装的是新电池，右侧电路安装的则是旧电池）。图2 实验装置其次，闭合开关以后，发现左侧电路灯泡更亮，据此，向学生提出明暗不同的疑问，激发学生积极思考后，利用图3中的对比实验分别提出问题：-74一教师准备图1 促进生成性学习的教学流程(1)小灯泡为什么能持续发光？(2)小灯泡为什么不一样亮？(3)小灯泡为什么会变暗？随之进入本课讲解重点一一“闭合电路的欧姆定律”。图3对比实验电路图3.3问题引领，互动探究物理观念的形成和发展需要教师在学生原有知识的基础上，引导学生深度理解物理知识群的内部关联，并抓住其焦点，提炼其经验，自然而然形成学生自己独有的见解。针对问题(1)：师：以正电荷为例来描述电流形成的过程，在我们闭合开关以后，电源两端就存在电势差，正电荷在电场作用下，顺时针定向移动，形成了电流。但是，此电流是持续的吗？为什么能持续？预设生成：学生认为是电源发挥一定作用，维持电路运行。学生认为电源起到一种类似于“搬运”的作用，在电源内部把正电荷从负极搬回到正极，但是对搬运介质定性有些模糊。教师准备：若学生反馈为第一种，教师应该继续引导学生针对电源如何发挥作用进行思考，探讨其作用过程是怎样的。若学生反馈为第二种，教师应继续延伸学生所说的不确定的物理观念，教授专业物理内容。焦点准备Vol.41 No.8焦点明确：电路中电流的形成：导体中的自由电荷（自由电子）在电场的作用下定向运动就形成了电流。正电荷从电源正极出发，顺时针到达负极，迅速中和此处负电荷，由于关键装置一一电源起到了搬运作用，具体是从电源内部把正电荷搬回到了正极，所以电源两端形成了恒定的电势差。上述所说电源起到的搬运作用，是需要力来维持的，我们称之为“非静电力”。教师在学生原有知识的基础上，引导学生深度理解物理知识群内部的关联，并抓住其焦点，提炼其经验，引导学生形成自己独有的见解。3.4延展思维，策动合作师：不同电源中非静电力做功的本领是否相同？如何比较其做功本领大小呢？预设生成：学生认为做功越多，做功的本领就越强。学生认为要想比较做功本领大小，可以利用水泵抽水做功来做样例，在相同质量水的条件下,谁能抽的最高，本领就最大。由此可以类比：在一定条件下,比较做功本领的强弱。教师准备：若学生反馈为第一种，教师应该利用学生熟悉的样例来纠正学生已有认知，作比较时，需要统一好目标过程量。若学生反馈为第二种，教师应该拓展学生思维，引出用比值来定义非静电力做功的本领，随之引出关于电动势的物理概念。焦点明确：在电源内部，电源移动电荷，增加电荷的电势能，在物理学中，人们常用非静电力所做的功和随其移动的电荷量之比来表征电源的这种特性一一电动势。电动势，在数值上等于在电源内部，由负极移送1 库仑的正电荷到正极非静电力所做的功。如果非静电力做功用W表示，移动电荷量用q表示，则电源电动势E-业与电势差公式U=兴作对比：a.数值上，电势差等于移送单位正电荷静电力所做的功；电动势等于非静电力把单位正电荷从负极移动到正极时所做的功。b.物理意义上，电势差反映物理教学探讨将电势能转化为其他形式的能的本领；电动势反映将其他形式的能转化为电势能的本领。c.决定因素上，电势差由电场本身决定，而电动势由电源本身决定。电动势只与非静电力自身特性有关，与外电路无关。针对问题(2)：师：在闭合回路中,闭合开关以后，电源将在外电路当中形成一个恒定电场，电流的方向与恒定电场的方向是一致的,正电荷将从电势高的位置流向电势低的位置。既然电源内阻是一个纯电阻,经过等效以后可知，流过内阻的电流应向左，电势向左减小，但是我们看图4 的右侧图中，电源内部电场线方向向右，顺着电流方向电势在增加，这是为什么呢？RSAJ.B厂E图4 闭合电路及电源示意图预设生成：学生认为，在化学上我们曾介绍过电池内部的构造，在两极处具有化学反应层，发生了化学反应，用来提升电势。学生认为电源两极处确实发生了化学反应而导致电势跃升，但电流流过电源时也存在电势降落。教师准备：若学生反馈为第一种，教师则引导学生脱离固有思维，思考电源内部和内阻电势实际状态。若学生反馈为第二种，教师则继续延伸学生所想，利用图5柱体图描述闭合电路中电势的变化。A图5闭合电路中电势显像图焦点明确：在外电路中，沿电流方向电势降低。-75 2023年第8 期正极负极电源B2023年第8 期图5的物理意义：在闭合电路中，电源正极电势高而电源负极电势低，电源充当一个能够将正电荷从电势能低处移动到电势能高处的载体。这个过程中正电荷需要突破势垒，让电势能突然升高，从而维持闭合电路中的稳定电流。简言之，电源内部存在电阻，沿电流方向电势降低，但总体上电势沿电流方向存在“跃升”。针对问题(3)：师：我们把外电路当中的用电器称为负载，负载的阻值变化会引起负载两端电压（路端电压），也就是外电压发生改变。改变的原因是由于外阻的变化会引起总电阻的变化（要注意一般情况下可认为电动势E和r是保持不变的）。当外阻增E大时，从=一，U 外=IR=E-Ir，可推导出U外增(R+r)大。以这个角度看待问题(3),就可继续推导出闭合开关之后，R外减小，U外减小，亮度随之变暗。焦点明确：路端电压与负载之间的联系在于R增大时，路端电压随电流减小而增大;R减小时，路端电压随电流增大而减小。3.5操作可视，推动迁移在以上基础上，引导学生探究“闭合电路电流、电源电动势以及内外电路电阻之和”三者间的关系。师：我们可以继续将外电压用U外=E-Ir的形式来描述，Ir就是U内，U外就是路端电压，U外和1的关系是怎样的呢？我们尝试着做一下闭合电路的路端电压U外和流过电源电流I变化的图像。在理论上U外=E-Ir应该是什么图线?进行实际的实验操作是否与理论得出的图线相吻合？预设生成：学生认为公式中的E和r是不变的。学生认为可以写成类似于一次函数形式：U外=E-rl。教师准备：若学生反馈为第一种，教师则引导学生进行跨学科的思考，利用其他学科的知识进行解释。若学生反馈为第二种，教师需让学生明确我们要找的是U外和的关系,并进行线性关系的确认。焦点明确：U 外=E-Ir是一条倾斜直线。横轴截距为E，此时路端电压为0，也可-76-物理教学探讨以认为外电阻为0,经常出现在将电源两极直接用导线短路时（电源内阻特别小，短路电流比较大，我们一般需避免将电源两端直接短路，防止电流过大引起火灾）。纵轴截距为E，这是电路当中总电流I=0之时,相当于开关断开时的状态一一断路。以上是通过理论得到的结果。实际实验结论是否与理论得出的图线相吻合？预设生成：用定值电阻代替小灯泡，如图6所示。注意：用定值电阻代替小灯泡，一是为了减少探究中所关注的对象，突出研究主题的同时降低学生探究难度；二是由于小灯泡的阻值偏小，支路过多容易导致电流过大，从而导致数据误差可能性增大。图6 实验装置安装图6 所示的测量电路，分小组进行实验。操作滑动变阻器划片处于不同位置，测量记录出六组有关干路电流和路端电压的数据。接着各小组使用电脑进行数据处理，得到路端电压与干路电流的线性关系，如图7 所示。1.21.09.70.87.4730.66.0440.40.200焦点明确：数据处理：通过Excel软件中数据处理的显像功能，将U外，I值分别定义到平面直角坐标系Y轴与X轴,并将测量数据在坐标中描点，拟合之后得出一条与坐标轴有（下转第8 0 页）Vol.41 No.81210864.54543.02321.50200.51.0电源电流IA图7 U外-I图像1.52.02023年第8 期化”的个体回归到整体的节奏中来。关于作用力与反作用力作用在两个物体上，学生没说出来，老师意识到是学生没把这一条作为独立的关系，立即从定位上给出了说明，指出单独列出来的目的。5牛顿第三定律5.1课前教学设计教学任务设计：带领学生识记牛顿第三定律，并引导学生通过关键词加深对概念规律的理解。合作学习设计：教师主导团体合作，集体诵读识记规律，个别发言找关键词并进行解读。即时评价设计：通过评价舒缓课堂节奏。5.2即时评价行为析课堂节奏张弛有度，才更利于学生在课堂上充分发挥自已的主观能动性，在前面实验论证作用力与反作用力关系的大型合作学习活动之后，适当舒缓课堂节奏，让学生的思维和情绪得到必要的调节,更有利于后续学习效率的提升。借带领学生找牛顿第三定律表述中的关键词的过程，教给学生加深概念规律理解的有效方法，进一步鼓励学生积极表现。6亲辨析：作用力与反作用力和平衡力6.1课前教学设计教学任务设计：比较一对作用力与反作用力和一对平衡力的关系,进一步加深对作用力与反作用力关系的理解。合作学习设计：分组对比，公开展示，相互评价。自主总结课堂收获，组织认领学习成果。物理教学探讨即时评价设计：充分运用学生自我评价和相互评价等手段，引导学生不仅对学习内容进行评价，同时对学习过程进行主动评价。6.2即时评价行为剖析利用表格形成完整的知识框架。对于作用力与反作用力的关系，老师发现全班同学对这一问题的认识并不统一,所以立即调整教学手段,放弃教学设计中的分组活动，利用学案中的对比表格，发动学生自主学习，并通过集中展示和相互评价，统一全班认识,形成完整的知识框架。通过即时评价帮助学生主动纠错。对比一对作用力与反作用力和一对平衡力的关系，并组织学生自主完成对比表格的填写后，指定第四组的某位学生发言，是因为老师在前面的巡视中,发现该生没有注意到老师的提示，延续了错误的认知。让她通过展示使错误认识外显，通过其他同学的评价完成纠错，效果更突出。通过认领学习成果增强学生的自我效能感。在师生行为中，引导各小组认领黑板上与自已小组密切相关的学习成果，让学生对学习过程形成清晰的自我评价，有利于增强学习过程的自我效能感,进一步提升学生学习物理的兴趣和参与物理课堂的热情。参考文献：1姜连国.发展性课堂即时评价案例的视频分析J.物理教师,2 0 1 5,36(9):1 7-2 1,2 6.2姜连国.课堂合作与生成的艺术 M.北京：现代教育出版社,2 0 1 7:1 4 8-1 52.（栏目编辑李富强）Vol.41 No.8（上接第7 6 页）交点的直线。进而对于闭合电路的路端电压U外和流过电源电流丨的关系进行可视化探究。U 外-I图像蕴含的物理意义：a.纵轴截距代表电源电动势数值(表示电路断路状态);b.横轴截距代表电源的短路电流(I=三);c.函数直线斜率的绝对值代表电源内阻。4结 论本文案例通过创新传统教学设计，将以往的“技能一方法”持续完善地推进至“素养一思维”，在教学过程中落实了生成性理念，带动学生生成性学习的发生。教学是需要预设的，但是在教学设计当中必-80一须思考到设计中的变化、非线性的发展。所以,教师务必要基于了解学生学情的基础上，结合课程标准、教材内容和学生的思维习惯进行教学设计。只有进行充分、科学的预设准备，才能带动课堂的有效生成。参考文献：1谭敬德，陈清，张艳丽.维特罗克生成学习理论认识论特征分析及其对教学设计的指导意义J.电化教育研究，2009(8):22-25.2迟艳杰.教学本体论的转换一一从“思维本体论”到“生成论本体论 J.教育研究，2 0 0 1（5)：57-6 1.3叶澜.让课堂焕发出生命活力一一论中小学教学改革的深化 J.教育研究，1 9 9 7(9)：3-8.4中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2 0 1 7年版2 0 2 0 年修订)S.北京：人民教育出版社，2 0 2 0.(栏目编辑李富强)