“學(xué)習(xí)即研究”導(dǎo)向的物理教學(xué)案例分析
——以人教版“電源和電流”教學(xué)為例

董文杰

（江蘇省前黃高級(jí)中學(xué)國(guó)際分校，江蘇常州 213161）

“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)認(rèn)為：學(xué)習(xí)的過(guò)程是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程，其本質(zhì)就是研究的過(guò)程，學(xué)習(xí)者就是研究者.這個(gè)過(guò)程要依據(jù)學(xué)生的真實(shí)思維、構(gòu)建真實(shí)的情境、以問(wèn)題為紐帶實(shí)現(xiàn)知識(shí)的構(gòu)建和方法的運(yùn)用，并在質(zhì)疑評(píng)價(jià)中推進(jìn)研究成果的深入和發(fā)展.學(xué)習(xí)的目的包含研究本身，不惟結(jié)論、不拘形式.這一觀點(diǎn)確立了學(xué)生的主體地位，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的本質(zhì)，為當(dāng)前培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)提供了有效策略.

1 人教版教材“電源和電流”的編寫(xiě)意圖

學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了部分電源和電流的知識(shí)，具備一些前概念.人教版《物理》（必修3）將“電源和電流”單獨(dú)作為一節(jié)編在高中“電路及其應(yīng)用”的開(kāi)篇，有其深意.首先，初中所學(xué)的關(guān)于電源和電流的淺表性知識(shí)居多，學(xué)生只是知道這些概念，并不了解其本質(zhì).本節(jié)內(nèi)容嘗試在學(xué)生之前所學(xué)的靜電場(chǎng)知識(shí)的基礎(chǔ)上幫助學(xué)生進(jìn)一步揭示初中所學(xué)知識(shí)的本質(zhì).例如電源的作用就是維持電路中保有電勢(shì)差，導(dǎo)線(xiàn)中的恒定電場(chǎng)使得電路中形成了恒定電流.通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)，凸顯高中學(xué)習(xí)內(nèi)容的理論性和邏輯性，同時(shí)也為學(xué)生將電路與靜電場(chǎng)建立聯(lián)系提供可能.教材圍繞培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，首先在問(wèn)題環(huán)節(jié)中通過(guò)生活中的閃電現(xiàn)象和手電筒的小燈泡持續(xù)發(fā)光引出問(wèn)題（物理現(xiàn)象），通過(guò)靜電場(chǎng)中的知識(shí)對(duì)所提的問(wèn)題予以分析綜合、推理論證（培養(yǎng)科學(xué)思維），深化了初中所學(xué)的“電源和電流”的概念（形成物理概念），在節(jié)末的“STSE”中介紹當(dāng)前科技熱點(diǎn)電動(dòng)汽車(chē)中的電池讓學(xué)生體驗(yàn)學(xué)為所用的樂(lè)趣（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）.

2 對(duì)“電源和電流”教學(xué)設(shè)計(jì)的思考

把電路知識(shí)與前面所學(xué)的電場(chǎng)知識(shí)緊密聯(lián)系起來(lái)，是教材在電路知識(shí)呈現(xiàn)方式上的特色，教學(xué)設(shè)計(jì)要緊密?chē)@這一點(diǎn)展開(kāi).按照“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)，要落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求，就要用研究的觀點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)、用研究的方式組織學(xué)習(xí)、用研究的過(guò)程深化學(xué)習(xí)、用研究的文化豐富學(xué)習(xí).下面以獲得高中物理評(píng)優(yōu)課區(qū)一等獎(jiǎng)的“電源和電流”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例來(lái)談?wù)劇皩W(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)下的教學(xué)思路.

3 基于“教學(xué)即研究”觀點(diǎn)的教學(xué)案例分析

3.1 以新穎實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的研究動(dòng)機(jī)

電源在電路中的核心作用是在電路中產(chǎn)生電勢(shì)差，持續(xù)供電.如何簡(jiǎn)潔明了地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題？通過(guò)在A4紙上粘貼導(dǎo)電膠帶構(gòu)成一個(gè)“紙電路”（圖1），學(xué)生接通開(kāi)關(guān)1、2會(huì)看到電源供電下的發(fā)光二極管保持常亮（有持續(xù)電流），斷開(kāi)開(kāi)關(guān)1，接通開(kāi)關(guān)2，之前過(guò)程充滿(mǎn)電的電容器短暫給二極管供電，二極管閃亮后熄滅.

圖1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)紙電路

這個(gè)環(huán)節(jié)可以根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和課堂實(shí)際進(jìn)行引導(dǎo)和設(shè)問(wèn)，如果學(xué)生基礎(chǔ)較好，可以不做任何提示，讓他們自己研究電路進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)歸納結(jié)論.學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)中對(duì)于研究電源產(chǎn)生了興趣和動(dòng)力，這是實(shí)現(xiàn)研究性課堂的前提.

3.2 以核心問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，呈現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)的研究過(guò)程

布魯納認(rèn)為，教學(xué)是一種提出問(wèn)題與解決問(wèn)題的持續(xù)不斷的活動(dòng)，沒(méi)有問(wèn)題就沒(méi)有學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的前提是要提出有價(jià)值和意義的問(wèn)題.多輪教改的影響下，一線(xiàn)教師已經(jīng)具備基本的以學(xué)生為主體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的意識(shí)，課堂上比較注重提問(wèn).然而當(dāng)前課堂上的提問(wèn)，往往是欠缺充分準(zhǔn)備的隨意性設(shè)問(wèn)，充斥比較多的缺乏必要的前奏、基于完成教學(xué)任務(wù)的問(wèn)題，不具備思考和研究的價(jià)值.本節(jié)課中，如圖2所示課堂設(shè)計(jì)中的4個(gè)核心問(wèn)題具備研究的內(nèi)在邏輯，環(huán)環(huán)相扣，自然產(chǎn)生，每個(gè)問(wèn)題都找準(zhǔn)了學(xué)生的最近發(fā)展區(qū).引入實(shí)驗(yàn)解決了電源所起的作用即在電路上產(chǎn)生了恒定電勢(shì)差；在此基礎(chǔ)上由前面所學(xué)靜電場(chǎng)的知識(shí)研究恒定電場(chǎng)促使自由電子定向移動(dòng)產(chǎn)生電流；生活中燈有亮暗之別引發(fā)學(xué)生研究電流的大小；從微觀角度看電流大小和自由電子的定向移動(dòng)速率有什么關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分定向移動(dòng)速率和電流傳導(dǎo)速率.最后介紹生活中常見(jiàn)電源及其應(yīng)用，包括趣味性的水果電池和科技前沿的電動(dòng)汽車(chē)電池，讓學(xué)生體會(huì)物理服務(wù)于生產(chǎn)生活的特點(diǎn)，進(jìn)一步激勵(lì)學(xué)生學(xué)好物理基礎(chǔ)知識(shí)，為將來(lái)的科技發(fā)展助力，潛移默化中滲透科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.

圖2 教學(xué)設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題和流程

3.3 探尋合理研究方法，促進(jìn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的自主構(gòu)建

（1）類(lèi)比法：電流類(lèi)比成水流，電源類(lèi)比為水泵，借助實(shí)驗(yàn)演示電路中的抽象物理過(guò)程，教學(xué)片斷1.

教師：如何形成持續(xù)不斷的電流比較抽象，我們先來(lái)看看如何能夠形成持續(xù)的水流吧.大家看看我們初中學(xué)過(guò)的連通器模型，要在容器之間的導(dǎo)管中形成水流，需要什么樣的條件？

學(xué)生1：兩邊容器的液面要有高度差.

教師在左側(cè)容器中注水，水通過(guò)連接導(dǎo)管流向右側(cè)容器，但停止加水，水很快不再流動(dòng).

教師：如何形成持續(xù)不斷的水流？

學(xué)生2：不斷在左側(cè)注水.

教師：好主意，不過(guò)這么小的容器，水很快就漫出來(lái)了，還能另辟蹊徑嗎？

學(xué)生3：通過(guò)水泵不斷把右側(cè)容器的水抽到左側(cè)容器中，使得兩邊容器水面始終存在一定高度差.

教師將小型水泵放入右邊容器，通過(guò)導(dǎo)管將水源源不斷地抽到左側(cè)容器中.為方便觀察，在水中滴入一些黑色墨水（如圖3所示）.

圖3 借助水泵模擬閉合電路中產(chǎn)生持續(xù)電流

至此，電路中的一些抽象的概念都有了具體對(duì)應(yīng).要形成電流（水流）需要有電勢(shì)差（高度差），電源（水泵）通過(guò)不斷把已經(jīng)中和的電荷輸送回原電極（把水泵回原容器）形成穩(wěn)定的電勢(shì)差，從而形成持續(xù)不斷的電流.

多數(shù)教師在講電源和電流的時(shí)候會(huì)口頭進(jìn)行類(lèi)似對(duì)比，但我們還是提倡能夠做的實(shí)驗(yàn)盡量給學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)演示.就知識(shí)的理解和掌握來(lái)看，學(xué)生親身體驗(yàn)的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聽(tīng)講.做這樣一個(gè)“水流”的小實(shí)驗(yàn)并不復(fù)雜，但卻能幫助學(xué)生建立電路中幾個(gè)主要的抽象概念，它產(chǎn)生的效果可能會(huì)超出我們的預(yù)期.物理實(shí)驗(yàn)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的最好的方法，我們應(yīng)該在教學(xué)設(shè)計(jì)中多穿插一些新穎、趣味性的物理實(shí)驗(yàn).

（2）類(lèi)比法：車(chē)流量的大小—電流大小（電流強(qiáng)度），教學(xué)片斷2.

教師：每天到了上下班高峰期高架上就很堵，交管部門(mén)為了采取有效措施，需要對(duì)高峰期的車(chē)流量做一個(gè)梳理，如何確定通行汽車(chē)的車(chē)流量大小？

學(xué)生：需要在一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上統(tǒng)計(jì)通過(guò)的車(chē)輛數(shù).

教師：車(chē)輛數(shù)越多，車(chē)流量就越大嗎？

學(xué)生：不是，還跟時(shí)間有關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)通過(guò)的車(chē)子總歸越多.

教師：那怎樣定義車(chē)流量？

學(xué)生：用觀察點(diǎn)上統(tǒng)計(jì)的通過(guò)的車(chē)輛數(shù)除以時(shí)間，得到單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的車(chē)輛數(shù)就可以反映車(chē)流量的大小了.

教師：對(duì)呀，這不就是我們之前學(xué)電場(chǎng)時(shí)用過(guò)的比值定義法嗎？我們?cè)谟懻撾妶?chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的時(shí)候都用到這個(gè)方法.那么今天我們也想通過(guò)比值定義法來(lái)定義電流的大小——電流強(qiáng)度，同學(xué)們思考一下.

學(xué)生：用通過(guò)觀察點(diǎn)的電荷數(shù)除以時(shí)間定義電流強(qiáng)弱.

教師：電路中的觀察點(diǎn)在哪兒？如何統(tǒng)計(jì)電荷數(shù)？請(qǐng)大家閱讀教材幫我解決這兩個(gè)問(wèn)題.

學(xué)生：在定義電流的時(shí)候，所謂的觀察點(diǎn)在定義中為“某一橫截面”，無(wú)法統(tǒng)計(jì)電荷個(gè)數(shù)，因此定義中用“電荷量”來(lái)替代.

通過(guò)解決每個(gè)人都有生活經(jīng)歷的汽車(chē)流量大小問(wèn)題幫助學(xué)生定義電流強(qiáng)度.這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了“研究”的特點(diǎn).多數(shù)的概念和知識(shí)都是根據(jù)需要而“研究”獲得的.遇到問(wèn)題，嘗試解決問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)抽象就形成了物理上的概念和規(guī)律.在我的印象中，很多學(xué)生在經(jīng)過(guò)高三多輪復(fù)習(xí)后，對(duì)于電流強(qiáng)度的定義式印象還不深，涉及到這個(gè)概念的習(xí)題正確率都不高.經(jīng)歷解決問(wèn)題的過(guò)程，體驗(yàn)“研究”的需要，是有效解決抽象概念容易遺忘的一個(gè)有效途徑.

3.4 通過(guò)自制教具，將抽象問(wèn)題形象化，降低“研究”的難度

教學(xué)設(shè)計(jì)中通過(guò)黑板磁吸讓學(xué)生模擬自由電荷在電路中的定向移動(dòng)（如圖4 所示）.在沒(méi)有電源的情況下，正負(fù)電荷（分別用紅色和藍(lán)色磁吸表示）很快完成中和，電路中只有短暫電流.電路中連接電源后，一方面外電路中負(fù)電荷不斷與正電荷中和，另一方面電源不斷的把正電荷輸送回電源正極，維持電路中的電勢(shì)差.上述兩個(gè)過(guò)程都可以讓學(xué)生在黑板上動(dòng)態(tài)展示.初中物理教學(xué)更多是以實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生建立概念掌握知識(shí)，注重對(duì)生活現(xiàn)象的觀察，形成初步的物理概念，不追求過(guò)高的推理和論證.高中教師往往高估了學(xué)生抽象思維的能力，認(rèn)為電路的知識(shí)初中已經(jīng)學(xué)過(guò)了，教師口頭復(fù)習(xí)一下即可.事實(shí)上，由學(xué)生通過(guò)親自操作實(shí)驗(yàn)，將自己觀察的結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)形成的物理概念，其深刻性完全有別于教師灌輸?shù)母拍?通過(guò)課堂中的“研究”過(guò)程提升學(xué)生的概括能力、抽象思維能力，正是當(dāng)前課改提升學(xué)生“核心素養(yǎng)”的內(nèi)在要求.

圖4 通過(guò)黑板磁吸模擬閉合電路中的電流

4 “學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)下物理課堂教學(xué)的思考

4.1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，以情境誘發(fā)思考

情境是激發(fā)興趣和探索欲的土壤.真實(shí)、新穎和富有趣味性的情境在認(rèn)知過(guò)程中起到展示現(xiàn)象、引發(fā)思考、激發(fā)興趣的作用，是真實(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)的開(kāi)始.本節(jié)課的“引入實(shí)驗(yàn)”利用了紙電路讓小燈泡閃光和持續(xù)發(fā)光，引發(fā)學(xué)生的好奇心，同時(shí)也制造了思維沖突，很自然地讓學(xué)生在體驗(yàn)中領(lǐng)悟了電源在電路中所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧瑸楸竟?jié)課的學(xué)習(xí)和研究引發(fā)出問(wèn)題的火花.沒(méi)有情境的課堂，往往是欠缺學(xué)生主體意愿和思維碰撞的課堂.這種情況下掌握的知識(shí)是被人為灌輸?shù)模遣焕慰康?物理學(xué)習(xí)的重要價(jià)值是發(fā)現(xiàn)，而不是簡(jiǎn)單的給予.

4.2 充分利用學(xué)生已掌握的知識(shí)，通過(guò)類(lèi)比的方法幫助學(xué)生構(gòu)建抽象知識(shí)

因?qū)W生缺乏電場(chǎng)中各個(gè)概念的直接生活體驗(yàn)，所以相關(guān)概念和知識(shí)顯得抽象晦澀.本節(jié)課充分利用學(xué)生已經(jīng)熟練掌握的知識(shí)，通過(guò)類(lèi)比的方法讓學(xué)生自主研究、構(gòu)建新的抽象概念.比如通過(guò)水位差類(lèi)比電勢(shì)差，通過(guò)水流、車(chē)流類(lèi)比電流，通過(guò)水流分叉類(lèi)比并聯(lián)電路，通過(guò)重力場(chǎng)類(lèi)比電場(chǎng)……這大大降低了學(xué)生掌握新知識(shí)的難度.我們一直期望學(xué)生學(xué)習(xí)物理能少一些死記硬背，但如果學(xué)生不能理解所學(xué)內(nèi)容，必然導(dǎo)致囫圇吞棗機(jī)械記憶的問(wèn)題.在教學(xué)設(shè)計(jì)中引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)已學(xué)知識(shí)主動(dòng)研究未知抽象知識(shí)是破解這一難題的一個(gè)方法，也符合“學(xué)習(xí)即研究”的觀點(diǎn).

新一輪課改的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).這一目標(biāo)如何落實(shí)需要我們一線(xiàn)教師不斷實(shí)踐、思考和總結(jié).毫無(wú)疑問(wèn)，課堂是落實(shí)這一重任的主要陣地.當(dāng)前教師已基本拒絕了上課“滿(mǎn)堂灌”的思想，有明確提升自己課堂魅力的意識(shí)，能夠通過(guò)一些精彩的實(shí)驗(yàn)或情境設(shè)計(jì)激發(fā)學(xué)生興趣，注重師生互動(dòng).然而多數(shù)情況下，我們的課堂還達(dá)不到提升學(xué)生學(xué)科關(guān)鍵能力、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，而“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)的核心是把學(xué)習(xí)的過(guò)程看作是研究的過(guò)程，特別注重在真實(shí)的物理情境和學(xué)生的親身體驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自主建構(gòu)，在科學(xué)探究的過(guò)程中形成正確的物理觀念、科學(xué)的思維方式和積極的科學(xué)態(tài)度，故“學(xué)習(xí)即研究”的觀點(diǎn)無(wú)疑給我們課堂改革指明了一個(gè)方向.