基于核心素養的學習進階教學實例研究
——以初中物理滬科版“電是什么”為例

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(合肥市廬陽中學 安徽合肥 230041)

一、核心素養理念和學習進階模式概述

(一)物理核心素養

林崇德教授及其研究團隊對學生核心素養進行了多視角、系統化的解讀與分析，提出：“核心素養是學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格與關鍵能力。”落實到物理學科，核心素養則體現為物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。

(二)學習進階模型

課堂是人才培養的主陣地，課堂模式影響人才培養模式和教育質量。北京師范大學郭玉英教授及其團隊提出了基于學習進階的物理教學設計模型并進行了實證檢驗，在教學實驗中取得了良好的效果。

基于以上研究背景，筆者嘗試改變課堂教學模式，對“電是什么”一節進行學習進階的教學設計探索，并逐漸滲透到平時的課堂教學設計中。

二、基于學習進階的教學設計

(一)需要建構的科學概念

電學在物理學中非常重要，它是物理學的基礎之一。學生在小學科學課堂對電形成了初步的認識，已了解生活中一些簡單的電現象，但這種了解還比較淺顯，浮于表面，不成系統。初中階段認識電學是從了解電荷開始的。滬科版九年級物理教材第十四章是“了解電路”。整章內容貫穿著一條學習進階主線，即電荷—電流—電路，層層遞進，步步提升，在這條進階主線中伴隨著組成完整電路的宏觀要求和微觀機制。可見，電荷在“了解電路”這章占據著基礎性地位，因此在第一節“電是什么”的教學中，筆者決定把“電荷”當作核心概念進行建構，整節內容以“電荷”為進階主線進行設計。

(二)希望培養的關鍵能力(核心素養)

在“電是什么”的教學中，學生需要通過實驗現象推理論證自然界只有兩種電荷，并通過實驗現象歸納總結出電荷間相互作用的規律，這培養了學生根據實驗事實進行科學論證的能力。在對摩擦起電原因進行科學解釋時，學生需要從微觀角度進行理解并分析生活中的此類現象，這培養了學生運用抽象邏輯思維進行科學解釋的能力。對于驗電器的使用、靜電感應的產生原因等也需要科學解釋的能力。因此，在本節教學中筆者希望通過適當的科學論證和科學解釋促進學生形成正確的物理觀念，對學生進行科學理性思維的鍛煉，使其進一步形成正確的科學態度和認識。

(三)期望建構的整合聯系

在構建核心概念“電荷”知識體系的過程中，將本節的核心概念進階分為五個層級(如表1所示)。通過學習進階逐層推進學生科學思維發展，實現學習內容與核心素養共生共長，學生的能力和素養呈螺旋式上升。

表1 “電是什么”核心概念進階的框架

三、教學過程與方法策略

(一)摩擦起電，引出電荷

【學情分析】學生在小學科學課上就接觸過此類現象，生活中也有許多事實經驗。學生對這部分內容的學習是有前概念支撐的。這部分內容的學習進階屬于經驗、映射層級。

【教學過程】

師：大海中浮動的水母，向四周伸出長長的觸手，十分美麗。老師用紙巾多次摩擦一端捆扎好的塑料繩(邊說邊做演示實驗)，你看到了什么？

生：一根根長長的塑料繩像水母的觸手一樣四散飄了起來。

師：這是塑料繩帶電的現象，電是什么？人們最初是從摩擦起電認識電現象的，讓我們也從摩擦起電開始了解電吧。

師：請你用桌上準備的物品及身邊的器材(氣球、橡膠棒、毛皮、泡沫球等)完成實驗，觀察現象并記錄下來。

學生分組進行實驗：探究摩擦起電現象，將結果記錄在表格中(如表2所示)。

表2 摩擦起電現象探究結果

學生總結并學習帶電體的性質和摩擦起電的方式。

【進階說明】通過教學活動，學生知道了摩擦可以起電，但學生看不到“電”。這是滲透物理思想的好時機。如果知道了帶電體的性質，學生就會想：可以通過帶電體的性質間接判斷物體是否帶電，這包含了轉換法的物理思想，這樣學生就看到了“電”，而摩擦起電只是使物體帶電的一種方法。這一部分的教學主線是：神奇靜電現象—物體帶上電荷—帶電體性質—摩擦起電方式。

(二)電荷種類、電荷間作用規律、電荷的多少

【學情分析】這部分屬于學習進階發展層級中的映射、關聯層級。自然界中電荷種類有幾種？學生心里對此已經有樸素的物理概念，但從實驗事實出發進行科學合理的邏輯論證得出只有兩種電荷，學生是沒有經歷過的。經歷這樣的科學論證并進行歸納總結，利用結論對之前的摩擦起電現象進行科學解釋，前后呼應，經驗進階到規律，規律聯系著具體事例，實現學生核心概念和核心素養的進階。

【教學過程】

師：用同一塊絲綢摩擦過的兩根玻璃棒，其所帶電荷的種類應該是相同的。

師：將其中一根玻璃棒放在支架上，手持另外一根與之靠近，會有什么現象發生？

生：可能相互排斥。

(學生上臺演示，看到的現象與猜想吻合。)

師：用毛皮摩擦兩根橡膠棒。參照剛才的做法，手持橡膠棒和支架上的橡膠棒靠近時，會有什么現象？

生：我猜也會相互排斥。

師：若用剛才的玻璃棒去靠近剛才的橡膠棒(橫放在旋轉支架上)，又會出現什么現象呢？

生：可能會相互吸引。

(學生分組實驗，探究電荷種類和作用規律)

學生記錄現象、總結歸納：自然界至少有兩種電荷。

師：大量科學實驗表明，自然界中只有兩種電荷。(教師闡明人們對正、負電荷的規定。)

(教師通過剛才的實驗和推理過程，讓學生總結出電荷間作用的規律。)

師：同學們現在能解釋剛上課時塑料繩炸開的現象了嗎？

(學生生解釋現象。)

師：電荷有正負之分，也有多少之分。(教師講解電荷量的概念。)

【進階說明】教師應關注學生在課上的概念學習及發展水平，引導學生通過實驗觀察、思考發現問題，讓學生沿著概念進階的途徑，突破原有認識的局限，使對概念的認知和相應的能力同時得到發展。

(三)解釋摩擦起電：電子的轉移

【學情分析】對摩擦起電原因進行分析屬于學習進階發展層級中關聯、系統層級。這部分內容對學生的抽象思維、演繹推理能力都有較高的要求。

【教學過程】

師：我們在八年級已經了解了物質可以再分的思想(如圖1所示)。從這個意義上說，任何物體都是自帶“電荷”的，為什么我們還說某物體不帶電呢？

生：原子核所帶正電量和電子所帶負電量相等，因而物體不帶電。其實我們說的物體帶不帶“電”，指的是整個原子對外表現出的“凈電量”。

師：同學們再思考，物體若失去了電子，會顯示帶什么電？

生：若失去電子，則正電荷的電量大于負電荷，則物體對外顯示帶正電。

師：若得到了電子呢？

生：則負電荷的電量大于正電荷，則物體對外顯示帶負電。

師：你能試著解釋絲綢和玻璃棒在摩擦后，玻璃棒帶上正電的現象嗎？

(學生嘗試解釋。)

師：你能總結出摩擦起電的原因了嗎？

生：電子的轉移，并沒有創造出新的電荷。

師：從原子核對電子的束縛能力(如圖2所示)中推測，當毛皮和塑料摩擦時，毛皮將帶什么電？塑料帶什么電？

(學生思考并回答。)

師：細心的同學在本節“探究摩擦起電”實驗中，發現并不是所有物體摩擦后都帶電，有的物體(比如有金屬外殼的筆、鋼尺等)摩擦后沒有帶電，這是為什么呢？

(教師展示介紹常見的導體和絕緣體。)

生：金屬被摩擦后所帶的電荷立刻就被人體導走了，電荷無法在金屬上留存。

師：非常好，如果人帶上絕緣手套拿著金屬棒摩擦，金屬棒也會帶上電荷。

師：選用絕緣體比如橡膠棒、玻璃棒做摩擦起電實驗，可以更方便地觀察到經過摩擦后絕緣棒上累積的電荷，這些在物體上累積的電荷就是“靜電”。當物體上積累的靜電遇到導體時，積累的電荷就會瞬間被導走，形成放電現象。

生：干燥天氣我們身上積累的靜電碰到金屬時也會被導走，接觸時有被“電擊”的感覺。

【進階說明】通過設置問題引領，學生逐步從微觀層面理解摩擦起電的原因，并能合理地解釋為什么有的物體摩擦后帶“電”，而有的物體摩擦后卻不帶“電”。從靜態的“電”(靜電)到動態的“電”(靜電通過導體被導走)，學生對于“電荷”這一核心概念的理解又有了進階。

(四)驗電器

【學情分析】這部分屬于發展層級中的關聯、系統和初步的整合層級。學生已經具有了電荷種類、電荷相互作用規律、自由電荷在導體中容易移動等前概念知識，此時借助問題逐步深入，讓學生從微觀層面嘗試理解驗電器的使用。

【教學過程】

師：經過前面的學習，你能判斷一個物體是否帶電嗎？

生：可以根據帶電體的性質判斷；還可以根據電荷間相互作用的規律進行判斷。

師：在實驗室里，還可以用驗電器檢驗物體是否帶電。

(學生觀察驗電器的結構。)

師：待檢驗物體接觸驗電器時，若金屬箔張開角度，則說明該物體帶電。為什么金屬箔張開角度就說明待測物體帶電？

生：金屬箔張開角度說明金屬箔帶電且是相同的電荷互相排斥，金屬箔所帶的電是待檢驗物體轉移過來的。

師：如果張角越大，說明什么？

生：金屬箔帶的電越多。

師：僅憑金屬箔張開角度，能直接判斷物體所帶電荷的種類嗎？

生：不能。物體無論帶正電還是帶負電，去接觸驗電器時都會使驗電器金屬箔帶電而張開角度。

師：我們知道在金屬導體中只有自由電子會發生轉移。若橡膠棒接觸驗電器使其帶上負電，這一過程中自由電子如何轉移？

生：電子從橡膠棒轉移給驗電器的金屬箔。

師：若玻璃棒接觸驗電器使其帶上正電，該過程中自由電子如何轉移？

生：從表面上看是正電荷從玻璃棒轉移到了驗電器，但正電荷不移動，實際是自由電子在轉移。電子轉移的方向為驗電器到玻璃棒，最終使得玻璃棒正電減少，驗電器正電增多。

師：非常好！這就好比沾滿水的手去握干手，最后兩只手都會沾上水。驗電器也帶上了與待測物體相同的電荷。

(師生歸納總結驗電器的工作原理。)

【進階說明】在驗電器的介紹中強化了學生對金屬導體中自由電子如何轉移的認識，并通過“握手”的類比讓這一抽象的過程盡量形象化，實現思維進階，幫助學生更好地理解驗電器的帶電情況，為之后電流的教學進行了很好的鋪墊。此環節學生認識到通過接觸的方式也可以使物體帶電。

(五)靜電感應

【學情分析】這部分屬于發展層級中的系統、整合。學生已經對電荷間的相互作用規律、金屬中含有大量自由電荷有了一定的理解，此時通過現象去理解靜電感應就會水到渠成。

【教學過程】

師：我們在實驗時發現，用帶負電的橡膠棒靠近驗電器時，箔片也會張開，這是怎么回事呢？

(教師邊講邊做演示。)

生：金屬中有大量的自由電子，我猜是驗電器中的自由電子被排斥到金屬箔那一端，使得兩片金屬箔帶電而張開角度。

師：說得很好！這其實是靜電感應現象。

(學生觀看視頻“靜電感應現象：避雷針”。)

師生共同總結：摩擦起電、接觸帶電、靜電感應這三種方式都能讓物體帶上靜電。這三種起電方式都伴隨著自由電荷的轉移。人們有時要預防靜電的危害，有時也會利用靜電，比如靜電復印、靜電植絨等。

【進階說明】在這一環節，師生對本節內容進行了應用整合，總結了使物體帶電的一些方法，升華了對本節課的核心概念“電荷”的理解。物理與生活建立了緊密的聯系，使學生感受到物理學有所用，深化對物理學科的情感和態度。

結語

傳統教學模式下，筆者主要基于物理邏輯推進課堂教學。而在學習進階模式指導下，筆者在教學時會首先考慮這一章或這一節的核心概念是什么，怎樣通過進階路徑促進物理核心概念和物理核心素養的發展。本節課從引出電荷到電荷種類、電荷多少、電荷間作用規律，再到電荷的轉移(摩擦起電原因，驗電器帶電的微觀原因，靜電感應的原因)，始終圍繞著核心概念“電荷”，有一條清晰的進階主線；通過創設合適的教學情境和問題來實現核心概念的進階，幫助學生重組認知結構，鍛煉學生的科學思維，促進學生核心素養的內化生成。基于核心素養的學習進階教學任重道遠，仍需要更多教師立足一線，不斷深耕，摸索前行。