科學預設 促進生成

李軒 彭朝陽 李立琛

摘? ?要：基于生成性學習理論，采用科學預設、促進生成的教學模式，既關注教又關注學。以“閉合電路的歐姆定律”教學設計為例，通過“情境激疑、鼓勵探究、延展思維、促進遷移”等教學流程，培養學生生成性思維，繼而助力學生科學思維能力的提升。

關鍵詞：生成性學習；生成性思維；核心素養；科學思維

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）8-0073-5

１? ? 生成性學習

１９７４年，美國學者維特羅克在《作為生成過程的學習》中寫到：“學習過程是由學習者內屬的個體自主建構，不是對外部信息輸入過程的完全接納；而學習活動進行的支撐是學習主體的原有認知與從外界環境中接受的感覺信息相互作用，是主動構建有意義信息的生成過程”［１］。

維特羅克理論的意義在于：第一，針對學習者所必需的主動性，需要從主動接受信息過渡到納入信念體系，繼而更好地實現信息到知識的轉換；第二，需要去考慮新舊知識之間、學習內容與個體之間的關系，其主動選擇的過程和建構信息意義的結果具有一定的不確定性。

將“生成”理念與學習者思維融合所形成的生成性思維，核心在于懂得運用創生、延展的思維去看待事物及其發展。讓學習者承認生成性思維，就是“不在假定人、教學有預先存在的本質，而是在活動中敞開其性質”［2］，切實遵從在過程中認知，且追求學習者的內在體驗。而提升科學思維能力則需要學習者懂得基于客觀事實以及具有正確的邏輯思維，敢于質疑并予以檢驗和修正，進而提出創造性見解。由此可見，兩者之間的導向一致。

２? ? 教學策略

學生的成長過程，是由教師和學生的相互作用動態生成的［3］。要實現培養學生的核心素養、增強創新意識和實踐能力等目的，利用動態“生成性”的教學策略以及“以學生為中心”的培養過程就顯的尤為重要。

２．１? ? 教學目標的定位

教學目標是促進有效教學的關鍵，應使其與學生的思維相對接。在物理教學中強化落實培養學生的科學思維能力，教師需要使學生具備一種“勤學好問”的質疑精神。教師要能夠依據課堂實時情況，使學生主動參與教學互動，引導學生敢說、敢做、敢出錯，并且能夠將學生看似“不合理”的想法進行有效處理，引導學生的邏輯思維，落實教學目標。

２．２? ? 教學流程

筆者結合生成性學習理論以及一線教學狀況，設計出如圖1所示的教學流程圖。

該流程要求教師在教學設計中善用提問的方法“逼迫”學生對事物產生興趣，使其產生疑問并主動求知。所以，筆者在教學流程中故意設計“預設生成”和“教師準備”兩個重點步驟。

預設就是在教學中的有目的、有計劃、有組織的預先設計的過程。教師要做到精于準備，在課堂教學中對學生的反饋信息進行良性捕捉，并結合課堂實時狀態，有效處理學生突發問題，從而激發學生的邏輯思維。同時，還應將教學焦點明確于學生，通過新知識的學習與原有的知識經驗相互作用，達到一種良好的生成學習。

３? ? 基于生成性理念的“閉合電路的歐姆定律”教學設計

３．１? ? 剖析學情，確立目標

經過前面電勢、電路知識的學習，學生對于靜電力做功與電荷量、電勢差之間的關系有了較為深刻的認識，可以理解靜電力做功和電勢能變化之間的關系，并能夠從非靜電力做功的角度研究感應電動勢問題，較為熟練地利用功能關系解決部分電路歐姆定律的有關電路問題。

根據新課標要求，學生要熟練掌握并運用閉合電路的歐姆定律解析電路各組成部分電學量的相互聯系［4］。

３．２? ? 創設情境，誘發質疑

本教學設計利用認知沖突以及實驗引入。首先，向學生展示如圖2所示裝置，并說明兩個電路的差別僅是所用電池不同（左側電路安裝的是新電池，右側電路安裝的則是舊電池）。

其次，閉合開關以后，發現左側電路燈泡更亮，據此，向學生提出明暗不同的疑問，激發學生積極思考后，利用圖3中的對比實驗分別提出問題：

（1）小燈泡為什么能持續發光？

（2）小燈泡為什么不一樣亮？

（3）小燈泡為什么會變暗？隨之進入本課講解重點——“閉合電路的歐姆定律”。

３．３? ? 問題引領，互動探究

物理觀念的形成和發展需要教師在學生原有知識的基礎上，引導學生深度理解物理知識群的內部關聯，并抓住其焦點，提煉其經驗，自然而然形成學生自己獨有的見解。

針對問題（1）：

師：以正電荷為例來描述電流形成的過程，在我們閉合開關以后，電源兩端就存在電勢差，正電荷在電場作用下，順時針定向移動，形成了電流。但是，此電流是持續的嗎？為什么能持續？

預設生成：

①學生認為是電源發揮一定作用，維持電路運行。

②學生認為電源起到一種類似于“搬運”的作用，在電源內部把正電荷從負極搬回到正極，但是對搬運介質定性有些模糊。

教師準備：

①若學生反饋為第一種，教師應該繼續引導學生針對電源如何發揮作用進行思考，探討其作用過程是怎樣的。

②若學生反饋為第二種，教師應繼續延伸學生所說的不確定的物理觀念，教授專業物理內容。

焦點明確：

①電路中電流的形成：導體中的自由電荷（自由電子）在電場的作用下定向運動就形成了電流。

②正電荷從電源正極出發，順時針到達負極，迅速中和此處負電荷，由于關鍵裝置——電源起到了搬運作用，具體是從電源內部把正電荷搬回到了正極，所以電源兩端形成了恒定的電勢差。

③上述所說電源起到的搬運作用，是需要力來維持的，我們稱之為“非靜電力”。

教師在學生原有知識的基礎上，引導學生深度理解物理知識群內部的關聯，并抓住其焦點，提煉其經驗，引導學生形成自己獨有的見解。

３．４? ? 延展思維，策動合作

師：不同電源中非靜電力做功的本領是否相同？如何比較其做功本領大小呢？

預設生成：

①學生認為做功越多，做功的本領就越強。

②學生認為要想比較做功本領大小，可以利用水泵抽水做功來做樣例，在相同質量水的條件下，誰能抽的最高，本領就最大。由此可以類比：在一定條件下，比較做功本領的強弱。

教師準備：

①若學生反饋為第一種，教師應該利用學生熟悉的樣例來糾正學生已有認知，作比較時，需要統一好目標過程量。

②若學生反饋為第二種，教師應該拓展學生思維，引出用比值來定義非靜電力做功的本領，隨之引出關于電動勢的物理概念。

焦點明確：

①在電源內部，電源移動電荷，增加電荷的電勢能，在物理學中，人們常用非靜電力所做的功和隨其移動的電荷量之比來表征電源的這種特性——電動勢。

②電動勢，在數值上等于在電源內部，由負極移送１庫侖的正電荷到正極非靜電力所做的功。如果非靜電力做功用Ｗ表示，移動電荷量用ｑ表示，則電源電動勢E=W/q。

③與電勢差公式U=W/q作對比：ａ．數值上，電勢差等于移送單位正電荷靜電力所做的功；電動勢等于非靜電力把單位正電荷從負極移動到正極時所做的功。ｂ．物理意義上，電勢差反映將電勢能轉化為其他形式的能的本領；電動勢反映將其他形式的能轉化為電勢能的本領。ｃ．決定因素上，電勢差由電場本身決定，而電動勢由電源本身決定。

④電動勢只與非靜電力自身特性有關，與外電路無關。

針對問題（2）：

師：在閉合回路中，閉合開關以后，電源將在外電路當中形成一個恒定電場，電流的方向與恒定電場的方向是一致的，正電荷將從電勢高的位置流向電勢低的位置。既然電源內阻是一個純電阻，經過等效以后可知，流過內阻的電流應向左，電勢向左減小，但是我們看圖4的右側圖中，電源內部電場線方向向右，順著電流方向電勢在增加，這是為什么呢？

預設生成：

①學生認為，在化學上我們曾介紹過電池內部的構造，在兩極處具有化學反應層，發生了化學反應，用來提升電勢。

②學生認為電源兩極處確實發生了化學反應而導致電勢躍升，但電流流過電源時也存在電勢降落。

教師準備：

①若學生反饋為第一種，教師則引導學生脫離固有思維，思考電源內部和內阻電勢實際狀態。

②若學生反饋為第二種，教師則繼續延伸學生所想，利用圖5柱體圖描述閉合電路中電勢的變化。

焦點明確：

①在外電路中，沿電流方向電勢降低。

②圖5的物理意義：在閉合電路中，電源正極電勢高而電源負極電勢低，電源充當一個能夠將正電荷從電勢能低處移動到電勢能高處的載體。這個過程中正電荷需要突破勢壘，讓電勢能突然升高，從而維持閉合電路中的穩定電流。簡言之，電源內部存在電阻，沿電流方向電勢降低，但總體上電勢沿電流方向存在“躍升”。

針對問題（3）：

師：我們把外電路當中的用電器稱為負載，負載的阻值變化會引起負載兩端電壓（路端電壓），也就是外電壓發生改變。改變的原因是由于外阻的變化會引起總電阻的變化（要注意一般情況下可認為電動勢Ｅ和ｒ是保持不變的）。當外阻增大時，從I=E/（R+r），U外=IR=E-Ir，可推導出U外增大。以這個角度看待問題（3），就可繼續推導出閉合開關之后，R外減小，U外減小，亮度隨之變暗。

焦點明確：路端電壓與負載之間的聯系在于Ｒ增大時，路端電壓隨電流減小而增大；Ｒ減小時，路端電壓隨電流增大而減小。

３．５? ? 操作可視，推動遷移

在以上基礎上，引導學生探究“閉合電路電流、電源電動勢以及內外電路電阻之和”三者間的關系。

師：我們可以繼續將外電壓用U外=Ｅ－Ｉｒ的形式來描述，Ｉｒ就是U內，U外就是路端電壓，U外和Ｉ的關系是怎樣的呢？我們嘗試著做一下閉合電路的路端電壓U外和流過電源電流Ｉ變化的圖像。①在理論上U外=E-Ir應該是什么圖線？②進行實際的實驗操作是否與理論得出的圖線相吻合？

預設生成：

①學生認為公式中的Ｅ和ｒ是不變的。

②學生認為可以寫成類似于一次函數形式：U外=E-rI。

教師準備：

①若學生反饋為第一種，教師則引導學生進行跨學科的思考，利用其他學科的知識進行解釋。

②若學生反饋為第二種，教師需讓學生明確我們要找的是U外和Ｉ的關系，并進行線性關系的確認。

焦點明確：

①U外=E-Ir是一條傾斜直線。

②橫軸截距為E/r，此時路端電壓為０，也可以認為外電阻為０，經常出現在將電源兩極直接用導線短路時（電源內阻特別小，短路電流比較大，我們一般需避免將電源兩端直接短路，防止電流過大引起火災）。

③縱軸截距為Ｅ，這是電路當中總電流Ｉ＝０之時，相當于開關斷開時的狀態——斷路。

以上是通過理論得到的結果。

實際實驗結論是否與理論得出的圖線相吻合？

預設生成：用定值電阻代替小燈泡，如圖6所示。

注意：用定值電阻代替小燈泡，一是為了減少探究中所關注的對象，突出研究主題的同時降低學生探究難度；二是由于小燈泡的阻值偏小，支路過多容易導致電流過大，從而導致數據誤差可能性增大。

安裝圖6所示的測量電路，分小組進行實驗。操作滑動變阻器劃片處于不同位置，測量記錄出六組有關干路電流和路端電壓的數據。接著各小組使用電腦進行數據處理，得到路端電壓與干路電流的線性關系，如圖7所示。

焦點明確：

①數據處理：通過Ｅｘｃｅｌ軟件中數據處理的顯像功能，將U外，Ｉ值分別定義到平面直角坐標系Ｙ軸與Ｘ軸，并將測量數據在坐標中描點，擬合之后得出一條與坐標軸有交點的直線。進而對于閉合電路的路端電壓U外和流過電源電流Ｉ的關系進行可視化探究。

②U外-Ｉ圖像蘊含的物理意義：ａ．縱軸截距代表電源電動勢數值（表示電路斷路狀態）；ｂ．橫軸截距代表電源的短路電流（I=E/r）；ｃ．函數直線斜率的絕對值代表電源內阻。

４? ? 結? 論

本文案例通過創新傳統教學設計，將以往的“技能—方法”持續完善地推進至“素養—思維”，在教學過程中落實了生成性理念，帶動學生生成性學習的發生。

教學是需要預設的，但是在教學設計當中必須思考到設計中的變化、非線性的發展。所以，教師務必要基于了解學生學情的基礎上，結合課程標準、教材內容和學生的思維習慣進行教學設計。只有進行充分、科學的預設準備，才能帶動課堂的有效生成。

參考文獻：

［１］譚敬德，陳清，張艷麗．維特羅克生成學習理論認識論特征分析及其對教學設計的指導意義［Ｊ］．電化教育研究，２００９（８）：２２－２５．

［2］遲艷杰．教學本體論的轉換——從“思維本體論”到“生成論本體論”［Ｊ］．教育研究，２００１（５）：５７－６１．

［3］葉瀾．讓課堂煥發出生命活力——論中小學教學改革的深化［Ｊ］．教育研究，１９９７（９）：３－８．

［4］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標準 （２０１７年版２０２０年修訂）［S］．北京：人民教育出版社，２０２０．

（欄目編輯? ? 李富強）