物理科學(xué)探究回歸科學(xué)實(shí)踐本質(zhì)的教學(xué)思考
——以閉合電路歐姆定律的探究學(xué)習(xí)情境開(kāi)發(fā)為例

董光順 李志堅(jiān)

（1.云南師范大學(xué)附中呈貢校區(qū)，云南 昆明 650504；2.昆明市教育科學(xué)研究院，云南 昆明 650000）

在科學(xué)教育的發(fā)展中，初期的科學(xué)教育將靜態(tài)知識(shí)視為科學(xué)，到了20世紀(jì)80年代末，探究是科學(xué)的本質(zhì)的觀點(diǎn)開(kāi)始被學(xué)界認(rèn)同.但受到經(jīng)驗(yàn)主義哲學(xué)的影響，科學(xué)教育對(duì)于科學(xué)探究的理解越來(lái)越狹隘，不少課堂將“科學(xué)探究”簡(jiǎn)化、異化為按程序和步驟進(jìn)行的“實(shí)驗(yàn)測(cè)量”.直到2011年，美國(guó)頒布的《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念與核心概念》（以下簡(jiǎn)稱《K12-框架》）提出了“科學(xué)實(shí)踐”的概念后，2013年4月NRC發(fā)布《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)一步將科學(xué)教育的首位關(guān)鍵詞由“科學(xué)探究”更換為“科學(xué)實(shí)踐”.［1］至此，科學(xué)本質(zhì)觀經(jīng)歷了“科學(xué)作為知識(shí)”到“科學(xué)作為探究”，再到“科學(xué)作為實(shí)踐”的發(fā)展過(guò)程.物理作為科學(xué)教育的重要組成部分，在此背景下，我們有必要將物理科學(xué)探究素養(yǎng)回歸到科學(xué)實(shí)踐本質(zhì)的國(guó)際視域下進(jìn)行理解、探視和培育.

1 科學(xué)實(shí)踐視角下物理科學(xué)探究素養(yǎng)的解讀

1.1 科學(xué)實(shí)踐的基本概念

《K12-框架》將“科學(xué)實(shí)踐”定義為“科學(xué)探究所需要的一系列認(rèn)知的、社會(huì)的和行為的活動(dòng).”［2］相關(guān)學(xué)者在后續(xù)研究中做了重要補(bǔ)充：① 科學(xué)實(shí)踐不是一系列要素構(gòu)成的固定程序，而是科學(xué)探究所指向的不同類型的學(xué)生活動(dòng)；［3］② 科學(xué)探究的實(shí)踐本質(zhì)是以用“動(dòng)腦”驅(qū)動(dòng)“動(dòng)手”的理論性探究為主導(dǎo)的活動(dòng)過(guò)程，實(shí)踐本質(zhì)要以“動(dòng)嘴或動(dòng)筆”的方式體現(xiàn)了科學(xué)探究的社會(huì)性過(guò)程.___________________［4］

1.2 傳統(tǒng)科學(xué)探究與科學(xué)實(shí)踐

“科學(xué)探究”（以下稱為“傳統(tǒng)科學(xué)探究”）一詞源于1961年芝加哥大學(xué)施瓦布教授在哈佛大學(xué)的報(bào)告.關(guān)于科學(xué)探究的最新界定見(jiàn)于2000年由NRC發(fā)布的《科學(xué)探究與國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)—教與學(xué)的指南》.該書指出：科學(xué)探究表示學(xué)生需要發(fā)展的，設(shè)計(jì)和實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的能力，以及應(yīng)獲得的對(duì)于科學(xué)探究本質(zhì)的理解.［5］

概念界定的表述中，明確了“傳統(tǒng)科學(xué)探究”是學(xué)生發(fā)展需要培養(yǎng)和具備的能力，重視通過(guò)觀察、測(cè)量等手段，收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的學(xué)習(xí)經(jīng)歷.在科學(xué)實(shí)踐視角下，傳統(tǒng)的科學(xué)探究主要是開(kāi)展量化實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)調(diào)查，偏向于學(xué)生的行為活動(dòng).它與“構(gòu)建解釋”和由主張、批判、論證等社會(huì)性交互活動(dòng)所組成的“評(píng)估”，共同構(gòu)成科學(xué)實(shí)踐的3個(gè)關(guān)鍵活動(dòng)，如圖1所示.［6］

圖1 《K-12框架》中科學(xué)實(shí)踐的3個(gè)關(guān)鍵活動(dòng)

1.3 物理科學(xué)探究與科學(xué)實(shí)踐

2017版的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“科學(xué)探究”（以下稱為“物理科學(xué)探究”）是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、獲取證據(jù)并作出論證和解釋，以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力.它由“問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流”4個(gè)核心要素組成.筆者參照科學(xué)實(shí)踐本質(zhì)的術(shù)語(yǔ)體系，構(gòu)建了圖2所示的物理科學(xué)探究框架.

圖2 物理科學(xué)探究素養(yǎng)中的4個(gè)關(guān)鍵活動(dòng)

物理科學(xué)探究素養(yǎng)與《K-12框架》中的科學(xué)實(shí)踐在構(gòu)成要素和意蘊(yùn)主張層面保持了一致，物理科學(xué)探究在傳統(tǒng)科學(xué)探究的基礎(chǔ)上豐富了實(shí)踐活動(dòng)的要素及內(nèi)涵，“交流”和“解釋”兩個(gè)關(guān)鍵活動(dòng)，分別從社會(huì)和認(rèn)知層面回應(yīng)了實(shí)踐作為科學(xué)本質(zhì)的最新的科學(xué)觀.在物理科學(xué)探究中，基于證據(jù)的交流活動(dòng)就是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)論證的過(guò)程.在證據(jù)基礎(chǔ)上，以思辨為重要特征的語(yǔ)言交互構(gòu)成科學(xué)探究中的解釋活動(dòng).

對(duì)于“解釋”的準(zhǔn)確理解需要?dú)w置到解釋學(xué)視角下，學(xué)者張彤、薛曉陽(yáng)在評(píng)價(jià)哲學(xué)家施萊爾馬赫和狄爾泰等人的精神科學(xué)時(shí)寫道：“解釋從來(lái)不是對(duì)客觀世界一一對(duì)應(yīng)的反映，而是人表達(dá)自我、想象和自由的方式.”［7］筆者認(rèn)為，物理科學(xué)探究中的解釋特指?jìng)€(gè)體通過(guò)體驗(yàn)、推理、協(xié)商、洞見(jiàn)、創(chuàng)造等途徑，與客觀世界對(duì)話的方式.對(duì)話的結(jié)果并不以世界“原樣”為唯一，對(duì)話的過(guò)程就是學(xué)習(xí)者基于證據(jù)進(jìn)行規(guī)律構(gòu)建和概念內(nèi)化的過(guò)程.

2 科學(xué)實(shí)踐視角下物理科學(xué)探究的教學(xué)審視

2.1 物理科學(xué)探究的再認(rèn)識(shí)

科學(xué)探究素養(yǎng)是學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)學(xué)習(xí)后，需要養(yǎng)成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)需要的必備品格.它不僅是物理課堂需要努力達(dá)成的育人目標(biāo)，同時(shí)還是化學(xué)和生物課標(biāo)明確要求培養(yǎng)的學(xué)科核心素養(yǎng).在物理學(xué)科中，科學(xué)探究不僅是學(xué)生要重點(diǎn)培育并養(yǎng)成的素養(yǎng)，還是學(xué)生養(yǎng)成物理觀念、發(fā)展科學(xué)思維、形成科學(xué)態(tài)度的重要途徑.

科學(xué)的實(shí)踐本質(zhì)并不否認(rèn)科學(xué)認(rèn)知是個(gè)探究的過(guò)程，也并不意味著在科學(xué)教育中要弱化師生的探究行為.“實(shí)踐”替代傳統(tǒng)“探究”作為科學(xué)的本質(zhì)，用來(lái)指導(dǎo)科學(xué)教育實(shí)施的初衷，在于拓寬科學(xué)教育的視域，豐富科學(xué)活動(dòng)的內(nèi)涵，抵制傳統(tǒng)科學(xué)探究的模式化和步驟化，并在實(shí)驗(yàn)測(cè)量的基礎(chǔ)上，凸顯科學(xué)活動(dòng)的認(rèn)知屬性和社會(huì)屬性.圖2所示的物理科學(xué)探究素養(yǎng)框架正是物理教學(xué)對(duì)科學(xué)實(shí)踐本質(zhì)的具體回應(yīng)，可以認(rèn)為，科學(xué)探究素養(yǎng)反映了我國(guó)物理學(xué)科教學(xué)研究者扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)科學(xué)探究模式化傾向的努力.

2.2 物理科學(xué)探究的教學(xué)要求

總體要求上，科學(xué)實(shí)踐背景下的科學(xué)探究教學(xué)，不僅要重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理的過(guò)程，還要強(qiáng)調(diào)學(xué)生基于測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)建模和構(gòu)建解釋的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并在問(wèn)題、證據(jù)、解釋3個(gè)關(guān)鍵活動(dòng)間，建立以思辨和論證為立場(chǎng)的同伴對(duì)話機(jī)制.此外，在具體的課堂教學(xué)中還應(yīng)該關(guān)注以下3個(gè)方面的內(nèi)容.

（1）課堂要以真實(shí)問(wèn)題或任務(wù)為中心.問(wèn)題的生成講究自主、自然，任務(wù)驅(qū)動(dòng)下的探究活動(dòng)要以獲得解決方案為直接導(dǎo)向，在問(wèn)題解決過(guò)程中通過(guò)“解釋”實(shí)現(xiàn)規(guī)律和概念的建構(gòu).

（2）開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)要以真實(shí)情境為基礎(chǔ).探究性學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)目的不僅在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，更要為學(xué)生開(kāi)展認(rèn)知活動(dòng)，進(jìn)行探究學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)環(huán)境.因此，以實(shí)驗(yàn)為手段的科學(xué)探究要關(guān)注情境的創(chuàng)設(shè)，更要重視“問(wèn)題情境-實(shí)驗(yàn)情境-學(xué)習(xí)情境”的有序轉(zhuǎn)移.

（3）確立學(xué)生作為科學(xué)探究活動(dòng)的獨(dú)立主體.傳統(tǒng)的科學(xué)探究太重視應(yīng)然結(jié)果的獲得，實(shí)踐傾向下的科學(xué)探究則更在意學(xué)生獨(dú)立地參與了哪些具體活動(dòng).希望教師在實(shí)踐活動(dòng)中能夠自覺(jué)退位，不過(guò)度預(yù)設(shè)、不過(guò)界引導(dǎo)，以確保學(xué)生像科學(xué)家一樣獨(dú)立地經(jīng)歷科學(xué)研究中本就存在的迷思和不確定性.

3 科學(xué)實(shí)踐視角下的物理科學(xué)探究教學(xué)案例——閉合電路歐姆定律的構(gòu)建

3.1 教材分析

高中物理選擇性必修3中的“電能 能量守恒定律”一章，凸顯了3個(gè)與核心素養(yǎng)相關(guān)主題詞：“測(cè)量”指向科學(xué)探究、“守恒”指向物理觀念、“可持續(xù)發(fā)展”指向科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.其中“閉合電路歐姆定律”1節(jié)是單元教學(xué)的核心，它是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)素材，我們以此為例進(jìn)行案例探討.

在2019年全國(guó)推行使用的各版本教材中，“閉合定律歐姆定律”一節(jié)所涉及的知識(shí)內(nèi)容和呈現(xiàn)順序基本一致（如表1所示），但各版本在閉合電路歐姆定律這一關(guān)鍵規(guī)律的獲得上，采用了3種完全不同的路向.

表1 各版本新教材的知識(shí)與呈現(xiàn)順序

路向1.魯教版教材從能量視角，通過(guò)類比“人工瀑布”引出電動(dòng)勢(shì)概念，對(duì)比干電池和蓄電池造成的小燈泡亮度變化的差異，推測(cè)電池內(nèi)部存在電阻.最后，通過(guò)分析全電路的電勢(shì)變化（如圖3示），導(dǎo)出閉合電路歐姆定律.

圖3 “魯教版”教材中全電路電勢(shì)升降的插圖

路向2.人教版教材從動(dòng)力學(xué)視角，對(duì)電荷在電源內(nèi)部移動(dòng)時(shí)的受力進(jìn)行分析，引出電動(dòng)勢(shì)的概念，并在陳述中直接給出了內(nèi)阻.然后根據(jù)全電路中的能量轉(zhuǎn)化，推導(dǎo)閉合電路歐姆定律.

路向3.粵教版和滬科版教材利用內(nèi)阻可調(diào)的電解液槽（如圖4示），測(cè)出全電路中內(nèi)、外電壓之和為定值.在此基礎(chǔ)上，結(jié)合能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)，推演電動(dòng)勢(shì)和閉合電路歐姆定律.

圖4 “滬科版”教材中可調(diào)內(nèi)阻電池結(jié)構(gòu)的插圖

3.2 取向分析

4個(gè)版本的教材均通過(guò)演示燈泡亮暗或路端電壓的“異常”變化，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，但在“問(wèn)題解決”的環(huán)節(jié)，只有滬科版教材和粵教版教材有明顯的實(shí)驗(yàn)探究?jī)A向.正如滬科版必修3的教師用書中提到的：滬科版教材十分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)探究和理論分析，力圖再現(xiàn)閉合電路歐姆定律建立的過(guò)程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ⒆寣W(xué)生親歷“觀察、提出問(wèn)題、作出猜想、證實(shí)猜想”的發(fā)現(xiàn)過(guò)程.

事實(shí)上，在最新修訂的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)》中也明確指出：在實(shí)驗(yàn)探究閉合電路歐姆定律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，要努力創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生探究欲望的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析論證、反思評(píng)估等能力.［8］鑒于科學(xué)探究素養(yǎng)的特殊地位，在兼顧能量守恒觀念培育的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)要尊重閉合電路歐姆定律作為實(shí)驗(yàn)定律的學(xué)科事實(shí)，［9］在科學(xué)實(shí)踐本質(zhì)取向下，應(yīng)該將優(yōu)先發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)作為本節(jié)課的核心目標(biāo).

事實(shí)上，在科學(xué)實(shí)踐本質(zhì)的視角下，滬科版和粵教版教材中的探究活動(dòng)設(shè)計(jì)，也存在一些問(wèn)題.

（1）教材中的科學(xué)探究主要是由教師操作的演示實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)的主要目的在于促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念和規(guī)律的理解，但在規(guī)律構(gòu)建過(guò)程中，學(xué)生難以以科學(xué)探究的主體角色有效地參與到具體的實(shí)踐活動(dòng)中.

（2）教材按照能量守恒的觀點(diǎn)指導(dǎo)學(xué)生推演閉合電路歐姆定律時(shí)，學(xué)生可選擇的思維活動(dòng)路向單一，難以組織學(xué)生開(kāi)展證據(jù)、解釋、論證等具有顯著科學(xué)實(shí)踐特征的學(xué)習(xí)活動(dòng).

3.3 科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)片段

實(shí)踐活動(dòng)1：?jiǎn)栴}情境創(chuàng)設(shè)與任務(wù)生成.

（1）引入情境.教師向?qū)W生演示圖5（甲）所示的實(shí)物電路在依次閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，燈泡亮度的“異常”變化.

（2）引出問(wèn)題.讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)內(nèi)容思考，燈泡亮度發(fā)生變化的可能原因.學(xué)生給出了燈絲電阻變化、導(dǎo)線的電阻變化等猜想.

（3）任務(wù)生成.用定值電阻代替小燈泡，如圖5（乙）所示，排除燈絲電阻變化的因素后，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)變化依然存在相似的結(jié)果.生成任務(wù)：試推測(cè)支路電流發(fā)生變化的原因是什么？請(qǐng)嘗試進(jìn)行論證.

圖5 問(wèn)題情境向核心任務(wù)轉(zhuǎn)化

設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，并將問(wèn)題情境轉(zhuǎn)化為開(kāi)展科學(xué)探究的學(xué)習(xí)場(chǎng)域，旨在讓學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究解決問(wèn)題，在問(wèn)題解決中發(fā)現(xiàn)規(guī)律；用定值電阻替代小燈泡，一方面是為了減少探究中需要關(guān)注的因素，突出研究主題的同時(shí)降低學(xué)生探究難度，另一方面是小燈泡的阻值較小，支路增加后，流過(guò)電池的電流較大，會(huì)影響電池的性能，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差較大.

實(shí)踐活動(dòng)2：通過(guò)測(cè)量和調(diào)查獲取證據(jù).

大部分學(xué)生通過(guò)充分的推理和交流后，能夠?qū)⑻骄炕顒?dòng)的重點(diǎn)聚焦在電源內(nèi)部.但在實(shí)際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)，除非教師過(guò)度預(yù)設(shè)或越界引導(dǎo)，學(xué)生很難想到電源存在內(nèi)阻.大部分學(xué)生認(rèn)為可能是由于電池在使用過(guò)程中性能發(fā)生了變化而導(dǎo)致供壓下降，但很難設(shè)計(jì)出可行的論證方案.在此學(xué)情下，教師利用PPT展示1965年著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼在康奈爾大學(xué)發(fā)表有關(guān)“數(shù)學(xué)和物理學(xué)關(guān)系”系列講話的照片，呈現(xiàn)觀點(diǎn)“一個(gè)有趣的方面是如何研究新物理學(xué)及測(cè)方程變量的方法似乎是一種非常有效的方式”作為提示語(yǔ).

（1）實(shí)驗(yàn)測(cè)量.通過(guò)討論，能夠?qū)?wèn)題歸因于電源內(nèi)部的學(xué)習(xí)小組，搭建了圖6（甲）所示的測(cè)量電路，測(cè)量了依次閉合開(kāi)關(guān)時(shí)干路電流和路端電壓的6組數(shù)據(jù)；歸因推理受阻的小組，則根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象從支路入手，搭建了圖6（乙）所示的測(cè)量電路，測(cè)量各個(gè)支路的電流和路端電壓的數(shù)據(jù).

圖6 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量的兩類電路

（2）數(shù)據(jù)處理.各小組使用提供的電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用（乙）電路進(jìn)行測(cè)量的學(xué)生最先得到的是支路電壓隨電流線性變化的關(guān)系（部分歐姆定律對(duì)應(yīng)的規(guī)律）.這個(gè)測(cè)量結(jié)果只說(shuō)明了定值電阻在依次閉合開(kāi)關(guān)過(guò)程中阻值保持不變；使用（甲）電路進(jìn)行測(cè)量的學(xué)習(xí)小組，則順利地得到了路端電壓隨干路電流的變化關(guān)系大致是線性的.隨后，教師指導(dǎo)使用（乙）電路進(jìn)行測(cè)量的學(xué)生將各支路的電流進(jìn)行求和，也順利地得到了與（甲）電路相似的數(shù)據(jù)結(jié)果.

設(shè)計(jì)說(shuō)明：（1）在推理猜想環(huán)節(jié)，學(xué)生無(wú)法形成清晰的預(yù)測(cè)和論證方案看似遺憾.但事實(shí)上，這種情形更符合實(shí)際的科學(xué)研究工作，這也是不少同學(xué)在探究學(xué)習(xí)中經(jīng)常要面對(duì)的境況.我們不建議教師作進(jìn)一步的明示和引導(dǎo)，強(qiáng)迫學(xué)生給出脫離認(rèn)知實(shí)際的假設(shè)，而是希望學(xué)生采用“測(cè)量變量”這種更為普遍的科學(xué)研究思路.（2）為確保學(xué)生在開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)時(shí)的意識(shí)自主和思維自由，筆者并沒(méi)有強(qiáng)行統(tǒng)一（甲）、（乙）兩種測(cè)量方案，而是在數(shù)據(jù)處理時(shí)再指導(dǎo)學(xué)生將（乙）類電路測(cè)得的支路電流求和后轉(zhuǎn)化為干路電流，這樣做的好處在于：一方面重現(xiàn)了部分歐姆定律的內(nèi)容，另一方面開(kāi)闊數(shù)據(jù)處理思路的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同研究方案之間自然統(tǒng)一.

實(shí)踐活動(dòng)3：在數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建解釋.

（1）數(shù)據(jù)建模.指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)圖線趨勢(shì)作出判斷后，利用Excel中的“添加趨勢(shì)線”和“顯示公式”功能，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行擬合、建模，獲得圖7所示的線性關(guān)系.得到了依次閉合各支路開(kāi)關(guān)時(shí)，路端電壓和干路電流之間的“數(shù)值關(guān)系”（U=b-k I）.

圖7 變量間的“數(shù)值關(guān)系”

（2）構(gòu)建解釋.組織各小組探討數(shù)學(xué)關(guān)系U=b-k I內(nèi)隱的物理規(guī)律，討論分3層.

第1層，學(xué)生可以用兩種思路論證斜率和截距表示的物理量.

思路2.能量守恒視角UI=bI-k I2.

通過(guò)交流易知，截距b為電壓量，斜率k為電阻量，因?qū)嶒?yàn)電路中干路電流對(duì)應(yīng)的電阻來(lái)自于電源內(nèi)部，論證了電源有內(nèi)阻的科學(xué)事實(shí).教師可結(jié)合干電池的內(nèi)部構(gòu)造，初步介紹歐姆極化、活化極化、濃差極化等造成電池存在內(nèi)阻的原因.

第2層，弄清數(shù)據(jù)模型中的常數(shù)表示的物理量后，可獲得更為隱蔽的物理量關(guān)系b=U外+U內(nèi).

此處，可以考慮指導(dǎo)學(xué)生利用如圖8所示的高精度智能電池測(cè)試儀，測(cè)量本小組干電池的內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值.各小組將發(fā)現(xiàn)擬合出的圖像的斜率和截距在數(shù)值上與測(cè)試儀的示數(shù)吻合.

圖8 智能電池測(cè)試儀

（3）解決問(wèn)題.組織學(xué)生基于所學(xué)內(nèi)容討論，依次閉合開(kāi)關(guān)時(shí)支路電流逐漸變小的主要原因.

設(shè)計(jì)說(shuō)明：（1）量綱分析與守恒分析是科學(xué)研究中，透過(guò)數(shù)據(jù)模型探析科學(xué)規(guī)律的有效視角.（2）從數(shù)據(jù)模型到解釋構(gòu)建的過(guò)程需要自然孕育、層層破繭，才有可能確保概念和規(guī)律在個(gè)體認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中自然地、不偏離事實(shí)地、完整地生長(zhǎng).

課堂最后，教師可選擇性地布置以下任務(wù)作為學(xué)生進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)的課題.

素材1.結(jié)合本節(jié)課的學(xué)習(xí)，自主設(shè)計(jì)測(cè)量電池內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)方案；

意圖：希望學(xué)生對(duì)本節(jié)課的測(cè)量電路進(jìn)行如圖9所示的優(yōu)化，自主獲得教材中測(cè)定內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)方案.

圖9 測(cè)量干電池內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)的電路

素材2.調(diào)研干電池在持續(xù)使用過(guò)程中內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律.

意圖：建議學(xué)生使用電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，鞏固調(diào)研意識(shí)，懂得科學(xué)使用電池的方法.

素材3.寫一份關(guān)于電池研究和發(fā)展的調(diào)研報(bào)告.

意圖：了解電池的發(fā)展歷史和處置廢舊電池的環(huán)保方式，知道最新的研究進(jìn)展，最好能形成一定的研究展望.

4 案例的教學(xué)反思

4.1 關(guān)于本節(jié)教材編寫的建議

4.2 關(guān)于物理科學(xué)探究教學(xué)的反思

科學(xué)實(shí)踐本質(zhì)背景下的探究教學(xué)要確保學(xué)生作為開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)的唯一主體，優(yōu)先關(guān)注具體的學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)，弱化對(duì)科學(xué)探究程序和步驟的淺層效仿.目標(biāo)設(shè)定上，要從“方法—技能”取向向“思維—素養(yǎng)”取向轉(zhuǎn)化；在活動(dòng)設(shè)計(jì)方面，需要將單一的數(shù)據(jù)測(cè)量與處理向由“問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流”融合成的、更接近科學(xué)研究實(shí)際的綜合性實(shí)踐活動(dòng)發(fā)展.在具體的教學(xué)實(shí)施中，教師需要著力提升：情境創(chuàng)設(shè)與開(kāi)發(fā)、提問(wèn)、啟發(fā)、課堂組織、引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)等更有助于培育學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)技能水平，創(chuàng)設(shè)有益于學(xué)生開(kāi)展探究學(xué)習(xí)的課堂環(huán)境.