初中電學(xué)習(xí)題的深度學(xué)習(xí)研究*

李冬鵬 李孔望 陳 瓊 陳 躍

(1.合肥師范學(xué)院物理與材料工程學(xué)院 安徽合肥 230601)(2.合肥市一六八中學(xué) 安徽合肥 2300601)(3.合肥市五十中天鵝湖集團(tuán)望岳校區(qū) 安徽合肥 230061)(4.合肥實(shí)驗(yàn)學(xué)校 安徽合肥 230051)

深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí)，其特征是強(qiáng)調(diào)對知識(shí)的批判性理解，注重新舊知識(shí)的整合或聯(lián)結(jié)，需要學(xué)生積極主動(dòng)地、批判性地學(xué)習(xí)新的知識(shí)和思想。它能夠使學(xué)生面向問題的真正解決，并從中開展自我認(rèn)知的反思，從而在這一反思過程中形成自己的概念，以及科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度等學(xué)科核心素養(yǎng)。物理學(xué)的知識(shí)具有較強(qiáng)的抽象性，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生畏難情緒，并逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力。本文從初中物理的電學(xué)習(xí)題解答出發(fā)，討論初中物理深度學(xué)習(xí)難以達(dá)成的原因，以及如何克服學(xué)生的畏難情緒，切實(shí)有效地加強(qiáng)電路知識(shí)的深度學(xué)習(xí)。

一、物理“難”成因分析

我們在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生認(rèn)為物理學(xué)習(xí)“難”，除了物理學(xué)科本身比較抽象等因素外，還有一個(gè)原因就是習(xí)題解答不易。一些學(xué)生在開始接觸某一物理知識(shí)點(diǎn)時(shí)，理解相關(guān)概念沒問題，但一碰到習(xí)題，尤其是過程稍微復(fù)雜的計(jì)算題，可能就沒有思路、不會(huì)解答，一旦持續(xù)出現(xiàn)解答不出或者解答出錯(cuò)等情況，就會(huì)產(chǎn)生對物理學(xué)習(xí)自信心不足、厭學(xué)等情況，漸漸失去了興趣，深度學(xué)習(xí)也就無從談起。

難以解答習(xí)題的一個(gè)原因是，學(xué)生能短期較好地背誦物理概念、規(guī)律和公式，并簡單模仿解答，但是缺乏對物理概念、公式等進(jìn)行深層次的挖掘和有效遷移，碰到稍微復(fù)雜的計(jì)算問題，就無法做出正確的解答。長期累加下來，即便是由幾個(gè)簡單問題構(gòu)成的多過程問題，學(xué)生也會(huì)逐漸失去信心，不敢也不愿去嘗試一些看似復(fù)雜的問題。因此這就要求我們思考如何在習(xí)題教學(xué)中對學(xué)生的解題思路進(jìn)行合理引導(dǎo)和拓展，讓學(xué)生形成正確的物理觀念、合理的科學(xué)思維方法和深度學(xué)習(xí)能力。

不論是初中還是高中，力學(xué)和電學(xué)都是物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。相對于高中，初中物理知識(shí)結(jié)構(gòu)較為簡單，最明顯的體現(xiàn)就是公式少。比較初中力學(xué)和電學(xué)兩部分，二者有明顯的區(qū)別：初中力學(xué)中牽涉到計(jì)算的部分，比如壓強(qiáng)、浮力、杠桿、滑輪等，涉及的公式較少，而且公式互相之間關(guān)聯(lián)不大，易于區(qū)分使用；相比之下，電學(xué)部分的公式多，之間存在嚴(yán)密的邏輯關(guān)系，學(xué)生不知道該用哪個(gè)公式合適，由此認(rèn)為物理“難”。

對于初中生來說，由于他們的抽象思維能力還比較弱，對電路、電流和電阻等概念的認(rèn)知建構(gòu)比較困難，再加上邏輯嚴(yán)密的電學(xué)公式，就會(huì)造成學(xué)生學(xué)習(xí)的困難。下面我們針對電學(xué)公式及習(xí)題教學(xué)展開探討，提供一些在電學(xué)習(xí)題教學(xué)中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的思路。

二、初中電學(xué)公式歸納與教學(xué)分析

以合肥地區(qū)所使用的上海科學(xué)技術(shù)出版社出版(簡稱滬科版)的初中物理九年級教材為例，其中十四章、十五章和十六章講授了電學(xué)知識(shí)。

考慮到解題應(yīng)用的全面性，我們將這部分所涉及的電學(xué)公式綜合列舉如下，

串聯(lián)電路的電流、電壓、電阻公式及串聯(lián)分壓公式：

==；=+；

并聯(lián)電路的電流、電壓、電阻公式及并聯(lián)分流公式：

=+；==；

電功、電功率和電流熱效應(yīng)關(guān)系式：

電學(xué)這一部分，教材中總共三章內(nèi)容，教學(xué)時(shí)間不到三個(gè)月，但是涉及的公式有20個(gè)之多；相比之下，力學(xué)有五章內(nèi)容，教學(xué)時(shí)間為一個(gè)學(xué)期，只有10多個(gè)關(guān)聯(lián)度相對較小的公式。因此在教學(xué)中，相比力學(xué)部分，電學(xué)部分的學(xué)習(xí)難度不小。

我們曾做過一個(gè)簡單的測試，在2021屆一模考試后選擇兩個(gè)成績比較好的班級(該校整體在合肥市處于中上水平)，讓學(xué)生寫出所有與電阻相關(guān)的公式。這個(gè)問題涉及上面的12個(gè)公式，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，兩個(gè)班分別只有個(gè)別同學(xué)能寫出全部公式，60%的同學(xué)能寫出6～8個(gè)公式。值得注意的是，電阻關(guān)系式這種極少應(yīng)用的公式，學(xué)生寫不出來很正常，但是多數(shù)同學(xué)沒有寫出串聯(lián)分壓和并聯(lián)分流的比例式，可想而知，如果再進(jìn)一步要求寫出串聯(lián)分壓和并聯(lián)分流比例式的推導(dǎo)過程，會(huì)有更多學(xué)生寫不出來。

與深層學(xué)習(xí)對應(yīng)的淺層學(xué)習(xí)，其特點(diǎn)是對知識(shí)的記憶是機(jī)械性的，反映在知識(shí)點(diǎn)上就是零散的、互相孤立的記憶，這種記憶不但不長久，而且缺乏知識(shí)之間的遷移、整合或聯(lián)結(jié)。上面的測試從一個(gè)側(cè)面反映出許多學(xué)生對這些公式的記憶是零散和互相孤立的，甚至是不全的，沒有形成系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，因此還停留在淺層學(xué)習(xí)階段。

我們曾與其中部分學(xué)生進(jìn)行交流，針對為什么寫不出這些常用公式，他們反映，因?yàn)槠綍r(shí)根本沒有從這個(gè)方面去想過，所以單獨(dú)去寫這些公式很難寫出來，但是一碰到題目就自然會(huì)寫了，當(dāng)然這種題目多半是簡單明了的題目，比如根據(jù)歐姆定律計(jì)算電路中電流，或者已知額定電壓、功率求電阻。這說明這些學(xué)生只是習(xí)題做多了后形成的慣性，對公式的內(nèi)在物理含義并沒有真正地理解掌握，因此不習(xí)慣也不能從公式之間的邏輯關(guān)聯(lián)去理解和記憶，因而學(xué)生在電學(xué)習(xí)題解答中思路受阻，出現(xiàn)迷茫、不會(huì)做的情況。

三、一題多解舉例

基于以上分析，下面我們通過一道電路題，探討如何在電學(xué)習(xí)題教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，拓寬解題思路。當(dāng)然，以下解題建立在學(xué)生對已有公式的基本記憶上。

例：如圖為某同學(xué)設(shè)計(jì)的調(diào)光燈電路，S為選擇開關(guān)，當(dāng)S接觸點(diǎn)時(shí)，小燈泡正常發(fā)光但不能調(diào)光；當(dāng)S接觸點(diǎn)時(shí)，電路斷開；當(dāng)S接觸點(diǎn)時(shí)，電路可連續(xù)調(diào)光。已知變阻器的規(guī)格為“10 Ω 1 A”，燈泡L上標(biāo)有“6 V 3.6 W”字樣，電源電壓恒為9 V。：(1)求小燈泡的額定電流；(2)求定值電阻的阻值；(3)當(dāng)S接觸點(diǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)滑片至中點(diǎn)位置，電路中的電流為0.5 A，求此時(shí)燈泡的實(shí)際功率。

解：本題已知規(guī)格“10 Ω 1 A”，額=6 V，額=3.6W，=9 V。

(1)==0.6 A。

考慮到此問還有其他解法，可以繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生用其他方法求解：=，=，=，=--=2 W；=--=--=4 V，==2 W。

這題非常典型地反映出燈泡的電阻隨著電壓(溫度)變化而變化的規(guī)律。雖然表面上看這一題是關(guān)于歐姆定律和功率的問題，但是正如我們前面講的，電學(xué)的公式及知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)聯(lián)相比力學(xué)部分更加緊密且不可分割。其中關(guān)于電阻影響因素的把握，對后續(xù)知識(shí)的理解影響尤其明顯。教材中的實(shí)驗(yàn)探究和課后習(xí)題中多數(shù)只涉及材料、長度和橫截面積對導(dǎo)體電阻的影響，雖然教師也會(huì)提到溫度對電阻有影響，但是學(xué)生的習(xí)題中大多數(shù)都是明確提示溫度對燈泡的電阻沒有影響，這導(dǎo)致學(xué)生形成慣性思維，認(rèn)為燈泡電阻不變。而一題多解的方式可以避免學(xué)生出現(xiàn)這種慣性思維，引導(dǎo)學(xué)生對影響電阻因素這一知識(shí)點(diǎn)的反思和批判理解，重新構(gòu)建知識(shí)體系。另外，本題中教師還可以引導(dǎo)學(xué)生思考為什么燈泡的電阻是下降了而不是升高了，從而深入分析理解功率下降，燈泡溫度隨之降低，電阻也下降，反映出燈泡電阻隨溫度變化的規(guī)律，為高中學(xué)習(xí)打下更好的基礎(chǔ)。

四、基于習(xí)題教學(xué)的分析總結(jié)

以上解題思路拓展學(xué)習(xí)，優(yōu)點(diǎn)是多方面的：第一，讓學(xué)生改掉不求甚解，認(rèn)為僅僅把題目做完就算完成任務(wù)的習(xí)慣，主動(dòng)地去探究，領(lǐng)會(huì)并掌握舉一反三的學(xué)習(xí)方法；第二，讓學(xué)生對公式及其之間的邏輯關(guān)系認(rèn)知更清晰、準(zhǔn)確，掌握更熟練，使學(xué)生全方位、多角度把握問題的方方面面，鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維能力；第三，由此開展自我反思和知識(shí)體系整合構(gòu)建，逐漸形成正確的物理觀念，逐步實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。