依托問題情境教學培養學生的知識遷移能力

陳 誠 江蘇省南京市陶行知學校

電壓是初中物理電學部分重要的基本概念，是學習電學規律的基礎。跟電流相比，電壓的概念要更加抽象，學生常常認識不到兩點之間才有電壓，所以在使用電壓表時會把電壓表串聯到電路中。在探究串并聯電路電壓特點時，學生不知道要探究哪部分電壓的關系；在表達的時候，不理解為什么要說明是兩點間的電壓。這是因為電壓是看不見也摸不著的，學生的思維缺少具體事物的支持，并且在以往的學習中難以找到相似的經驗。蘇科版教材的處理方法是，把電壓和水壓進行類比，這種方法的優點是能夠讓學生認識到電壓是形成電流的原因，但是學生會把電壓誤認為是一種力，同時也難以認識到電壓是“相對”意義上的量。筆者通過身邊的物品如電蚊拍等，依托問題情境，在原有的類比活動的基礎上增加了電蚊拍相關的活動，取得了較好的教學效果。

傳統教學觀念認為，概括化的知識是學習的核心內容，這些知識可以從具體情境中抽象出來，讓學生脫離具體物理情境和社會實踐情境進行學習，且所習得的概括化知識可以自然地遷移到各種具體情境中。但實際上，學生常常難以靈活應用從書本上獲得的知識，難以有效地參與社會實踐活動。建構主義提出，知識存在于具體的、情境性的、可感知的活動中，它不是一套獨立于情境的知識符號（即名詞術語），不可能脫離活動情境而抽象地存在，它只有通過實際情境中的應用活動才能真正被人理解。

本文以筆者執教的一節公開課“電壓和電壓表的使用”為例，淺談初中物理概念教學設計的三個方面。

一、依托問題情境，引起認識沖突，在情境體驗中加深對電壓的認識

問題情境是指蘊含問題的情境，主要包括真實情境、實驗情境、活動情境，其具有指向性、情境性、聯系性、交互性、預設與生成性等特點。問題情境中的“問題”，旨在引起學生的認識沖突，讓學生的已有知識結構不能解決這個問題，從而產生消除這種“沖突”和“不平衡”的愿望；問題情境中的“情境”，旨在讓“問題”具體化，并具有一定的復雜性和真實性。課堂教學的設計體現在真實的問題情境的創設中，如果能創設可以引發認知沖突的問題情境，可以幫助學生深化認識。

（一）通過真實情境引入電壓，激發興趣

時值初秋，蚊子依然猖獗，筆者設計了電蚊拍打蚊子的情景，教師首先播放蚊子煩人的叫聲，并展示電蚊拍，將螺絲刀伸進電蚊拍的電網中，制造“啪啪”的電擊聲，讓學生了解到被電蚊拍掃到的蚊蟲幾乎沒有生還的可能，感受電蚊拍的“巨大威力”，而且和要學習的電壓有關，學生的學習興趣即刻被激活。

（二）通過實驗情境體驗水壓，類比電壓

介紹水流裝置，通過類比，讓學生知道要想形成水流，就需要在左右液面形成水壓差（如圖1），要想形成電流，電路中也要有電壓（如圖2）。要形成持續的水壓需要水泵，要形成持續電壓可以使用干電池。

圖1 水壓是形成水流的原因

圖2 電壓是形成電流的原因

（三）通過活動情境研究電蚊拍，感受電勢之差

在了解了電壓的常用單位之后，介紹身邊的一些常見的電壓，補充小知識：當電壓達到3000V，可以擊穿1mm 的空氣。教師演示尖端放電現象（如圖3），聽到實驗中的電擊聲想到了電蚊拍工作的聲音。此時教師介紹電蚊拍的結構：電蚊拍有三層電網，兩側的外網是負極，中間的內網是正極（如圖4）。內網和外網之間的電壓約3000 V。

圖3 擊穿空氣

圖4 介紹電蚊拍

思考1：電蚊拍是怎樣工作的？當蚊蟲進入到內網和外網之間，哪怕是沒有接觸到電網，因為電壓足夠大，也能擊穿空氣把蚊蟲擊斃。

思考2：電蚊拍的電壓很高，用手輕輕觸碰電蚊拍的外網，會不會被電到？

教師現場演示，發現不會被電到。教師介紹，外網和人手之間的電壓為0，所以人不會被電到；但是外網和內網之間的電壓為3000 V，所以蚊蟲會被電擊。

思考3：我們在表達電壓大小的時候，能不能說外網的電壓是3000 V？

學生了解到，必須要說某兩點間的電壓是3000 V。進一步介紹我國的1000 kV 以上的輸電電壓，學生意識到生活中遇到高壓物體應當遠離，否則就有被電擊的危險。

設計意圖：此問題情境通過了解電蚊拍的結構和使用，讓學生感受到電壓和其他物理量的不同，電蚊拍的外網相對于人手電壓為0，相對于內網電壓為3 000 V，使學生認識到電壓是一個“相對”意義上的量。同時，通過特高壓輸電線的介紹，學生認識到應該遠離高壓物體，這也為后續安全用電的學習做了鋪墊。

二、對比電流學習，引導自學，培養學習遷移能力

學習遷移能力是培養學生終身學習理念的根本。早在1972 年，聯合國教科文組織就指出，教育過程必須把重點放在教育與學習過程的“自學”原則。有意義的自學是學習遷移能力的目標指向——讓學生學會學習，在從學校教育走向社會時，能在新情境中通過有意義的“自學”去解決遇到的現實問題，秉持終身學習的理念，滿足終身發展的需求。

（一）對比電流表，學習電壓表的使用

學生在學習“電壓和電壓表的使用”這一節的知識之前，學生已經學習了“電流和電流表的使用”，這兩節課從結構上到內容、實驗探究上都有很多共通之處。筆者通過對兩部分內容進行對比的方式，引導學生閱讀課本自學，培養學生遷移能力。筆者設計了如下幾個問題。思考1：對比電流表，你認為電壓表的外觀有何不同之處？思考2：電壓表和電流表在使用上有什么相同與不同？學生閱讀課本，進行自學，并進行總結（如表1）。再讓學生分別測量一節干電池的電壓和多節干電池串聯而成的電池組的電壓，了解電壓的特點和實際應用。

表1

（二）對比探究電流特點，學習怎樣探究電壓特點

建構主義強調，學生并不是空著腦袋走進教室的。在以往的學習中，學生已經形成了豐富的經驗。當問題呈現在面前時，他們往往也可以基于相關的經驗，依靠個人認知能力，形成對問題的某種解釋。在教學中不能無視這些經驗，而是要把學生現有的知識經驗作為新知識的生長點，引導學生從原有的知識經驗中“生長”出新的知識經驗。正所謂“教學不是知識的傳遞，而是知識的處理和轉換”。

對于串聯、并聯電路的電流特點學生在腦海里早就有自己的認識，筆者設計了如下幾個問題：

思考1：你認為應該測量哪些部分的電壓？思考2：為了使結論更具有普遍性，你打算怎么做？

在上課前已經為大家隨機準備了不同規格的小燈泡，每個小組測量1 組數據，全班進行匯總，要做到多次測量。經過課堂討論之后，學生利用準備好的器材進行實驗。

三、關注評價和生成，發展學科素養，在實踐中促進質疑精神

科學思維層面的質疑，是指學生能夠根據所學對疑難問題或對某一既定結論重新思考，并開展科學推理和論證，最終形成新觀點的一種思維方式。在教學中學生能夠基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論進行質疑和批判，并進行推理、檢驗和修正，從而形成自己新觀點的能力稱為質疑能力。在探究串聯、并聯電路電壓特點實驗中，因為干電池有內阻，所以在接入電路后實測的電路兩端的總電壓會減小，然而學生不知道這一點，經常會產生一些疑慮。部分教師往往模糊化處理，或直接告訴學生測量總電壓時要閉合開關。學生心里總有一個結無法解開，或直接把原因歸結為電壓表的測量誤差。筆者的處理方式是：鼓勵學生質疑，展示現象，并且討論可能的原因。雖然不能解釋清楚本質原因，但是對于初中生而言，這么做的目的是培養學生的質疑精神和實事求是的科學態度，并且為后續的學習做鋪墊。

在實驗過程中，有細心的學生發現了問題：當開關斷開時，測量電源電壓是3 V，但是開關閉合之后，電源電壓變成了2.5 V，不解地問：難道電源電壓被偷走了0.5 V 嗎？應該以哪個電壓值為準呢？教師引導學生思考：會不會是因為測量的誤差導致的呢？學生：在測量電池、電池組的電壓時，測量結果也是3 V。電壓減小的現象只是在把干電池接入電路中才出現，所以應該不是測量的誤差。此時向學生說明：電源內部也是有電阻的，在閉合開關之后，它會把大部分電壓提供給電路，還有一部分電壓留給自己，要等到高中我們再繼續了解。但是我們在測量電路兩端電壓時，一定要閉合開關進行測量。最后教師組織全班數據匯總，并得出串聯、并聯電路的電壓特點。

學生的思維活動真正地發生，才能促使學習真正地發生。學生的學習，不是知識的復制粘貼，而是學生自身知識體系的建構和完善。這就需要我們依托問題情境，引起認識沖突，在情境體驗中加深認識。在已經有一定知識和經驗的基礎上，開展自主學習，培養知識的遷移能力和自主學習能力，提升學生的核心素養。