基于PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測評框架的物理復(fù)習(xí)課設(shè)計
——以“電與磁”為例

蔡呈騰 黃京河

(浙江省溫州市第二外國語學(xué)校，浙江 溫州 325000)

1 引言

PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測評框架以能力為中心，在真實情境(個人的、地區(qū)/國家的、全球的)中展現(xiàn)能力，以科學(xué)知識(內(nèi)容性知識、程序性知識、認(rèn)知性知識)和科學(xué)態(tài)度(興趣、方法對探究的作用、環(huán)保意識等)影響能力的發(fā)展，[1]包括科學(xué)地解釋現(xiàn)象、設(shè)計和評價科學(xué)探究、科學(xué)地闡釋數(shù)據(jù)和證據(jù)等能力要素。

初中物理復(fù)習(xí)可按照PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測評框架進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，浙教版八年級下冊第1章第1～3節(jié)的內(nèi)容包括:指南針為什么能指方向、電生磁以及電磁鐵的應(yīng)用，主要內(nèi)容為磁現(xiàn)象、電流的磁效應(yīng)以及電磁繼電器的應(yīng)用，三者可作為一個單元進(jìn)行復(fù)習(xí)。筆者基于PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測評框架，利用“干簧管”創(chuàng)設(shè)復(fù)習(xí)課的情境，設(shè)計教學(xué)任務(wù)，達(dá)成PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測評框架中能力要素的培養(yǎng)目標(biāo)，具體教學(xué)流程如圖1所示。

圖1

PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測評框架重視能力要素在真實情境中的培養(yǎng)，把教學(xué)情境當(dāng)成影響個體心理和行為活動的客觀環(huán)境條件，從而強(qiáng)調(diào)情境的行為激發(fā)或促進(jìn)功能，認(rèn)為情境是促成個體具體行動的客觀條件。[2]本復(fù)習(xí)課以魔術(shù)師表演“緣分燈”的神奇場面作為情境引入課題，整節(jié)課圍繞“緣分燈”中的干簧管，解釋科學(xué)現(xiàn)象、闡釋數(shù)據(jù)和證據(jù)、評價和設(shè)計有關(guān)干簧管的拓展應(yīng)用電路。

2 科學(xué)地解釋“緣分燈”工作原理

2.1 教學(xué)任務(wù)規(guī)劃

本環(huán)節(jié)總體的教學(xué)任務(wù)規(guī)劃如表1所示。

表1

2.2 教學(xué)過程

2.2.1 視頻展示

魔術(shù)師拿出一個“緣分燈”,讓觀眾用手指接觸“緣分燈”，燈泡不發(fā)光；魔術(shù)師用自己的手指接觸“緣分燈”，此時燈泡亮了。

2.2.2 嘗試畫圖

根據(jù)“緣分燈”的現(xiàn)象，請學(xué)生推測其電路結(jié)構(gòu)，并說明其工作原理。

此環(huán)節(jié)是基于科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行識別、使用和建構(gòu)模型，并嘗試表達(dá)出來。此環(huán)節(jié)具有開放性，學(xué)生的答案多種多樣，能體現(xiàn)出學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，非常值得開展。

在評價和交流學(xué)生的設(shè)計成果時，最終通過歸納與總結(jié)，說明“緣分燈”由一個基本電路構(gòu)成，其原理如圖2所示，介紹電路中的干簧管的“開關(guān)”功能(圖3)。

圖2

圖3

2.2.3 揭秘魔術(shù)

干簧管中有兩只軟鐵簧片密封在玻璃管內(nèi)，玻璃管內(nèi)充滿惰性氣體，兩片軟鐵簧片呈重疊狀并且中間有一小空隙，外加磁場將會使兩只軟鐵簧片接觸。

(1)提出問題：如果你是魔術(shù)師，可以怎樣讓燈泡發(fā)光？

引導(dǎo)學(xué)生基于原理進(jìn)行推測式解釋，提出假設(shè)。

(2)揭示答案：魔術(shù)師手指戴磁戒，通過控制磁戒與“緣分燈”的距離來控制干簧管的通斷(圖4)。

圖4

2.2.4 工作原理和思維流程

教師提出問題：為什么磁體靠近干簧管，會使干簧管的兩只軟鐵簧片相互接觸？

學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論與交流，鼓勵他們以圖文并茂的形式來解釋現(xiàn)象。各小組匯報、交流干簧管的工作原理，如圖5所示，當(dāng)磁體(魔術(shù)師手指上的磁戒)靠近干簧管時，干簧管里的兩片軟鐵簧片被磁化，由于異名磁極相互吸引，故兩片軟鐵簧片相互接觸。

圖5

可用流程圖展示學(xué)生的思維過程，說明磁體靠近干簧管時燈泡亮起的原理(圖6)。

圖6

2.3 復(fù)習(xí)知識框架

本環(huán)節(jié)主要復(fù)習(xí)磁現(xiàn)象知識，可順便指出：磁體(磁戒)是通過磁場使干簧管軟鐵簧片磁化的，復(fù)習(xí)時呈現(xiàn)出的具體知識框架如圖7所示。

圖7

2.4 PISA2015能力培養(yǎng)

本環(huán)節(jié)主要是通過展示“緣分燈”中的干簧管，以磁現(xiàn)象知識來解釋魔術(shù)師神奇的表演。要求學(xué)生能夠在給定的“緣分燈”情境下回憶磁現(xiàn)象和磁場的知識，并運(yùn)用它們解釋燈的工作原理。此環(huán)節(jié)的精彩之處在于學(xué)生在教學(xué)前并沒有接觸過干簧管，通過任務(wù)驅(qū)動他們能夠根據(jù)已有的磁現(xiàn)象等知識提出假設(shè)，用來解釋干簧管的工作原理，要求學(xué)生能夠利用“磁化”模型提出假設(shè)，預(yù)測、解釋干簧管的工作原理。

3 科學(xué)地闡釋“干簧管”的事實證據(jù)

3.1 教學(xué)任務(wù)規(guī)劃

本環(huán)節(jié)總體的教學(xué)任務(wù)規(guī)劃如表2所示，需要說明的是此環(huán)節(jié)中的能力少了“科學(xué)地闡述數(shù)據(jù)”，主要是由于利用干簧管時沒有數(shù)據(jù)可用。

表2

3.2 教學(xué)過程

(1)說出能使軟鐵簧片發(fā)生磁化的其他方式。此環(huán)節(jié)圍繞通過電流磁效應(yīng)來使軟鐵簧片發(fā)生磁化，一是利用奧斯特實驗效應(yīng)，二是利用通電螺線管，三是利用電磁鐵，三者磁化干簧管中軟鐵簧片的邏輯關(guān)系如圖8所示。

圖8

(2)運(yùn)用電磁鐵來控制干簧管的通斷。如圖9所示，滑動變阻器的滑片從最上端開始緩慢滑到某個位置時，原來不發(fā)光的小燈泡亮了，請解釋此現(xiàn)象。

圖9

學(xué)生通過討論與交流，得出結(jié)論，其思維過程如圖10所示。

圖10

3.3 知識復(fù)習(xí)框架

本環(huán)節(jié)主要復(fù)習(xí)電流的磁效應(yīng)，包括通電直導(dǎo)線、通電螺線管和電磁鐵周圍的磁場，三者產(chǎn)生磁場的特征如表3所示。

表3

3.4 PISA2015能力培養(yǎng)

本環(huán)節(jié)通過對科學(xué)現(xiàn)象(小燈泡發(fā)光)進(jìn)行論證(干簧管簧片被磁化而相吸)，提取有效的事實證據(jù)(觀察干簧管簧片的狀態(tài))，同樣需要一定的科學(xué)知識(電流的磁效應(yīng))為基礎(chǔ)才能完成。這種科學(xué)地闡釋事實證據(jù)的能力，就是“能夠面向特定人群，用他們可以聽得懂的語言解讀科學(xué)證據(jù)的意義及其啟示；能夠評估科學(xué)信息的可信度與準(zhǔn)確性，基于科學(xué)證據(jù)形成或評估論點與結(jié)論；運(yùn)用證據(jù)評估其他可能的結(jié)論，使用程序性知識或認(rèn)識論知識有理有據(jù)地支持或反對某一結(jié)論，能夠發(fā)現(xiàn)達(dá)成結(jié)論過程中隱藏的假設(shè)”。[3]

4 設(shè)計和評價“干簧管”拓展應(yīng)用電路

4.1 教學(xué)任務(wù)規(guī)劃

本環(huán)節(jié)的教學(xué)任務(wù)總體規(guī)劃如表4所示。

表4

4.2 教學(xué)過程

(1)利用如圖11所示的器材控制燈泡的亮暗，畫出電路圖，并說明工作原理。通過小組交流與合作，展示學(xué)生的成果(圖12)。

圖11

(2)對圖12電路的解釋與評價可通過如圖13所示的思維流程來體現(xiàn)。

圖12

圖13

4.3 知識復(fù)習(xí)框架

在設(shè)計電路時用干簧管代替了電磁繼電器，順帶復(fù)習(xí)了電磁繼電器的知識(圖14)。

圖14

4.4 PISA2015能力培養(yǎng)

在此環(huán)節(jié)中評估與設(shè)計科學(xué)探究的能力體現(xiàn)在：

(1)學(xué)生能夠認(rèn)識到干簧管可替代電磁繼電器作為工作電路的“智能開關(guān)”；

(2)能夠總結(jié)出干簧管與電磁繼電器在工作電路中功能的異同；

(3)能夠在給定的利用干簧管的具體情境下，知道干簧管代替電磁繼電器的現(xiàn)實意義。與電磁繼電器類似的是：并非在控制電路中有電流時，干簧管中的軟鐵簧片就能吸合，只有當(dāng)電磁鐵的磁性達(dá)到一定強(qiáng)度時，才可使磁化的軟鐵簧片吸合。

5 結(jié)語

基于PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測評框架的物理復(fù)習(xí)課以陳述性知識、程序性知識為載體，創(chuàng)設(shè)真實的現(xiàn)實情境，引導(dǎo)學(xué)生通過合作、交流的形式進(jìn)行形成性評價，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。