基于認(rèn)知障礙調(diào)查的微課輔助教學(xué)研究
——以“歐姆定律”教學(xué)為例

杜粉麗 王 銳 侯 娟

(石河子大學(xué)理學(xué)院,新疆 石河子 832000)

1 引言

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)遇到各種各樣的疑難問題，如果這些問題不能及時(shí)得到解決，就會(huì)影響后續(xù)的學(xué)習(xí)，形成一定的學(xué)習(xí)障礙。認(rèn)知障礙是學(xué)習(xí)障礙的一種特殊類型，主要表現(xiàn)為學(xué)生在認(rèn)知領(lǐng)域的言語信息、智慧技能、認(rèn)知策略的能力方面欠缺或者出現(xiàn)了有悖于認(rèn)知規(guī)律的各種問題，這將會(huì)對(duì)物理教學(xué)的效率造成一定的影響。[1]

微課可以突破時(shí)間與空間的限制，短小精悍，方便學(xué)習(xí)。[2]筆者對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)“歐姆定律”的認(rèn)知障礙進(jìn)行調(diào)查，有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，制作微課輔助物理教學(xué)，并進(jìn)一步探討微課在教學(xué)中的效果。

2 學(xué)習(xí)“歐姆定律”的認(rèn)知障礙調(diào)查

初中物理課標(biāo)關(guān)于歐姆定律的要求為：通過實(shí)驗(yàn)，探究電流與電壓、電阻的關(guān)系，理解歐姆定律。教學(xué)時(shí)要求學(xué)生通過科學(xué)探究，應(yīng)用控制變量法，得出普遍的物理規(guī)律。[3]

歐姆定律的學(xué)習(xí)認(rèn)知障礙調(diào)查從加涅認(rèn)知領(lǐng)域的言語信息、智慧技能、認(rèn)知策略三個(gè)方面來進(jìn)行，言語信息是指學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)以后，能記憶事物的名稱、符號(hào)、定義，陳述具體的事實(shí)，針對(duì)歐姆定律的內(nèi)容，把言語信息確定為“對(duì)關(guān)鍵詞和名稱的了解”和“對(duì)歐姆定律的描述”兩個(gè)子維度；智慧技能是指學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)獲得了使用符號(hào)與環(huán)境相互作用的能力，關(guān)于歐姆定律，則確定為“歐姆定律的習(xí)得”和“問題解決中對(duì)歐姆定律的辨別”兩個(gè)子維度；認(rèn)知策略是指學(xué)習(xí)者借以調(diào)節(jié)自身的注意、感知、記憶和思維等內(nèi)部心理過程的技能，在“歐姆定律”中確定為“歐姆定律的應(yīng)用和遷移”。將這些維度對(duì)應(yīng)到具體的測(cè)驗(yàn)題中，以探查學(xué)生的認(rèn)知障礙，測(cè)驗(yàn)題從近幾年甘肅省中考物理題庫(kù)中選取，“歐姆定律”教學(xué)內(nèi)容與認(rèn)知領(lǐng)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系和題目設(shè)置如表1所示。

表1

在完成“歐姆定律”課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)陜師大平?jīng)龈綄僦袑W(xué)初三年級(jí)的3班、8班及11班(重點(diǎn)班)實(shí)施調(diào)查，回收問卷115份，回收率為97%,其中有效問卷109份，問卷有效率為95%,各班在認(rèn)知領(lǐng)域各維度的合格率如圖1所示。

圖1

通過對(duì)問卷調(diào)查的分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)“歐姆定律”中存在的認(rèn)知障礙如下。

(1) 在言語技能維度：第一，對(duì)電壓、電阻、電流、反比、正比、比值、滑動(dòng)變阻器等關(guān)鍵詞及其關(guān)系的理解和陳述出現(xiàn)偏差，8班在這個(gè)維度的問題最為嚴(yán)重，錯(cuò)誤率高達(dá)47.66%；其次，不能正確敘述歐姆定律，約34%的學(xué)生將電阻描述為隨電流和電壓的變化而變化，并沒有深入理解電阻是物體的固有屬性，只是用電壓和電流的比值來定義它，對(duì)定義式的記憶模糊。

(2) 在智慧技能維度：具體表現(xiàn)為應(yīng)用歐姆定律的能力較弱，其中有一題要求將正比例、反比例函數(shù)圖像與歐姆定律相結(jié)合，比較不同直線的電阻大小，這一題有25%的學(xué)生作答錯(cuò)誤，學(xué)生對(duì)歐姆定律的物理意義、適用范圍的理解不深入。

(3)在認(rèn)知策略維度：主要表現(xiàn)在將歐姆定律遷移到串聯(lián)電路和并聯(lián)電路中進(jìn)行電路分析、利用歐姆定律判斷燈泡亮度和電表示數(shù)變化、分析電路故障等方面存在困難，此維度的障礙程度最為嚴(yán)重，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好的11班的錯(cuò)誤率也達(dá)到了31.71%，究其原因是沒有掌握應(yīng)用歐姆定律進(jìn)行分析電路的方法和技巧。

3 基于認(rèn)知障礙調(diào)查的微課制作

基于課標(biāo)解讀和認(rèn)知障礙調(diào)查，筆者制作了精講型微課，以突破歐姆定律的重難點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，消除認(rèn)知障礙，其制作流程如圖2所示，以下從3個(gè)維度說明教學(xué)設(shè)計(jì)思路。

圖2

3.1 言語信息

(1) 初中生的有意記憶占主要地位，形象直觀的東西更有利于學(xué)生識(shí)記。因此，微課設(shè)計(jì)應(yīng)首先創(chuàng)設(shè)識(shí)記電阻、電壓、電流、滑動(dòng)變阻器、正比、反比等關(guān)鍵詞和名稱的情境，以識(shí)記電流為例，在“探究電流與電阻的關(guān)系”的微課中，展示電流在電路中的流動(dòng)，給學(xué)生以形象支持，再適時(shí)點(diǎn)明電荷的定向移動(dòng)形成電流。

(2) 對(duì)物理概念適當(dāng)進(jìn)行重復(fù)和強(qiáng)調(diào)，滑動(dòng)變阻器貫穿了歐姆定律整個(gè)章節(jié)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，第一次出現(xiàn)時(shí)可以詳細(xì)講解其變阻原理，而后在不同微課中，例如在“動(dòng)態(tài)電路分析中的歐姆定律”等微課中多次重復(fù)，通過反復(fù)強(qiáng)調(diào)，加深學(xué)生的理解和記憶。

(3) 重視轉(zhuǎn)變學(xué)生錯(cuò)誤的前概念，例如：在“探究電流與電阻的關(guān)系”微課中，轉(zhuǎn)變學(xué)生“電阻隨著電流變化”的錯(cuò)誤前概念。在前面的學(xué)習(xí)中學(xué)生建立了“電阻表示對(duì)電流阻礙作用的大小”的概念，因此在本微課的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中具體演示導(dǎo)體阻礙電流的過程，即演示導(dǎo)體電阻變大時(shí)(電壓不變)電流表的示數(shù)變化，實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)電壓一定時(shí)，導(dǎo)體的電阻越大，流過導(dǎo)體的電流就越小，說明電阻不同的導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用是不同的，從而深化學(xué)生對(duì)電阻概念的理解。

(4) 在微課中充分展示“電阻、電壓、電流”關(guān)系的探究過程，梳理電路圖的設(shè)計(jì)思路、控制變量法的應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)電路的連接、數(shù)據(jù)的記錄和處理，利用正比例、反比例函數(shù)推導(dǎo)電流與電壓、電阻的關(guān)系，通過以上一系列操作演示，為學(xué)生提供認(rèn)識(shí)并描述歐姆規(guī)律的基礎(chǔ)，促使學(xué)生的認(rèn)知由感性向理性跨越。

3.2 智慧技能

在“串聯(lián)電路中的歐姆定律”微課中采取的教學(xué)策略為：回顧串聯(lián)電路中各物理量的關(guān)系——分析結(jié)合的方式——典型例題講解；針對(duì)學(xué)生對(duì)“歐姆定律”的適用范圍認(rèn)識(shí)不清的問題，通過實(shí)驗(yàn)探究和典型例題講解，強(qiáng)調(diào)歐姆定律中的I、U、R的物理意義，明確電阻是哪段導(dǎo)體的電阻、電壓是哪兩端的電壓、電流是流過哪條電路的電流，對(duì)歐姆定律的組成要素作深層分析和解讀。

3.3 認(rèn)知策略

學(xué)生在認(rèn)知策略方面的障礙主要表現(xiàn)為：遇到問題時(shí)常常無思路、無方法，不能正確運(yùn)用物理規(guī)律。為此，筆者設(shè)計(jì)了“串聯(lián)電路中的歐姆定律”“并聯(lián)電路中的歐姆定律”和“動(dòng)態(tài)電路分析中的歐姆定律”三個(gè)微課，訓(xùn)練學(xué)生的思維，提高其認(rèn)知策略水平。

微課從典型的例題講解入手，采用多樣化的手段促進(jìn)學(xué)生正確應(yīng)用歐姆定律解決問題。例如：在分析電路時(shí)，先將條件歸類，再將歐姆定律與串并聯(lián)電路中電壓和電流的規(guī)律相結(jié)合；在復(fù)雜電路中，將并聯(lián)的部分用紅色方框圈出來，看作整體(圖3)，力求使微課的呈現(xiàn)方式符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

圖3

在電路故障的分析環(huán)節(jié)，利用虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M斷路、短路現(xiàn)象，既可以演示一些存在安全隱患的實(shí)驗(yàn)，又可加深學(xué)生印象，通過語言、動(dòng)畫、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生利用歐姆定律分析電路故障。

4 教學(xué)效果分析

通過網(wǎng)絡(luò)將制作好的系列微課發(fā)送至學(xué)生的移動(dòng)終端，要求學(xué)生在家學(xué)習(xí)，進(jìn)行了為期15天的微課輔助教學(xué)實(shí)踐，對(duì)微課學(xué)習(xí)效果進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，用各班在后測(cè)中每個(gè)維度題目的成績(jī)減去前測(cè)中的成績(jī)，再除以前測(cè)中各個(gè)維度的成績(jī)，得出各班在認(rèn)知領(lǐng)域的成績(jī)提高率(表2)，分析結(jié)果如下。

表2

(1) 在整體上各班在認(rèn)知領(lǐng)域各維度的認(rèn)知障礙都有不同程度的降低，各維度的成績(jī)都有所提高，提高幅度最小的是11班的言語技能，提高了4.85%。提高幅度最大的3班在認(rèn)知策略維度提高了83.80%，表明微課輔助教學(xué)有助于消除學(xué)生在學(xué)習(xí)歐姆定律中存在的認(rèn)知障礙。

(2) 對(duì)于各維度的比較可以看出:認(rèn)知策略維度的認(rèn)知障礙消除效果最為明顯，平行班(3班和8班)達(dá)到83.80%和69.21%。運(yùn)用微課輔助教學(xué)，學(xué)生可以調(diào)控自己的思維活動(dòng)，較好地將歐姆定律應(yīng)用于串并聯(lián)電路、復(fù)雜電路、動(dòng)態(tài)電路和電路故障的分析中。

(3)基于學(xué)生樣本的對(duì)比分析，對(duì)知識(shí)基礎(chǔ)較薄弱的8班，認(rèn)知障礙的消除效果最明顯，各維度的成績(jī)提高率都達(dá)到了30%以上，特別是在“歐姆定律的應(yīng)用和遷移”維度的成績(jī)有大幅度提升；對(duì)于知識(shí)基礎(chǔ)較好的3班，在學(xué)生認(rèn)知策略維度的效果最顯著(提高率為83.8%)；對(duì)于知識(shí)基礎(chǔ)最好的11班，認(rèn)知障礙的消除效果也較為明顯。