以人為本的課前學(xué)習(xí)診斷教學(xué)課例“電動(dòng)勢(shì)”*

劉 娜

(中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100086)

張玉峰

(北京市教科院基教研中心 北京 100036)

2014年教育部發(fā)布《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，標(biāo)志著我國(guó)新一輪課程改革已經(jīng)進(jìn)入到全面深化階段.田慧生指出本次課程改革的核心思想是“以人為本”，課堂教學(xué)作為課程改革最臨門的一腳更要突破傳統(tǒng)，由以教為主的傳統(tǒng)課堂，向以學(xué)為主的新型課堂轉(zhuǎn)變[1].課堂教學(xué)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的主要途徑,如何打造“以人為本、以學(xué)為主”的課堂教學(xué)，文獻(xiàn)[2]提出一種以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向、基于課前學(xué)習(xí)診斷的教學(xué)模式，即教師在正式上課前通過(guò)預(yù)習(xí)提綱向?qū)W生布置預(yù)習(xí)作業(yè)及課前診斷檢測(cè)，通過(guò)診斷結(jié)果梳理總結(jié)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度，進(jìn)而有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).這種教學(xué)模式可以幫助教師更好地了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的把握，更準(zhǔn)確地聚焦學(xué)生思維認(rèn)知的難點(diǎn)，教學(xué)著重于針對(duì)學(xué)生概念混淆、認(rèn)知薄弱的點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而體現(xiàn)以學(xué)生為中心.

本文以高中物理中的“電動(dòng)勢(shì)”為例，具體說(shuō)明如何進(jìn)行課前學(xué)習(xí)診斷并基于診斷設(shè)計(jì)教學(xué)，從而更有效地落實(shí)核心素養(yǎng)課程理念.

1 課前診斷 了解學(xué)生

電動(dòng)勢(shì)是人教版選修3-1“恒定電流”一章第2節(jié)，是高中物理教學(xué)中一節(jié)重要的概念課，是閉合電路歐姆定律的基礎(chǔ)，更是學(xué)生一直以來(lái)最難理解的知識(shí)點(diǎn)之一.正因如此，提前研究學(xué)生真正難理解的點(diǎn)甚至有錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的點(diǎn)將更有利于開展教學(xué).

1.1 課前學(xué)習(xí)診斷工具

課前學(xué)習(xí)資料除了課本之外通常應(yīng)再準(zhǔn)備必要的課外閱讀材料和學(xué)習(xí)診斷資料.“電動(dòng)勢(shì)”的課前學(xué)習(xí)診斷資料如表1所示，試圖從3個(gè)主題摸底學(xué)生的認(rèn)知情況.

表1 “電動(dòng)勢(shì)”課前學(xué)習(xí)診斷提綱

續(xù)表1

1.2 課前學(xué)習(xí)診斷結(jié)果

圖1 學(xué)生課前診斷的回答

2 基于課前學(xué)習(xí)診斷設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)

接下來(lái)需要結(jié)合課標(biāo)要求和診斷結(jié)果，設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn).基于診斷的目標(biāo)不一定完全同于課標(biāo)要求的目標(biāo)，比如本節(jié)課標(biāo)要求“知道電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的裝置”，因診斷結(jié)果非常好，故沒(méi)有列入教學(xué)目標(biāo)，要把時(shí)間和重點(diǎn)放在學(xué)生認(rèn)知薄弱的地方.電動(dòng)勢(shì)這一節(jié)的教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn)如下.

2.1 教學(xué)目標(biāo)

(1)理解電路中自由電荷定向移動(dòng)過(guò)程中，靜電力與非靜電力做功的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系；

(2)理解電源電動(dòng)勢(shì)的物理意義；

(3)知道電源存在內(nèi)阻；

(4)培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和為祖國(guó)研發(fā)新技術(shù)的志向.

2.2 教學(xué)重難點(diǎn)

(1)非靜電力是電動(dòng)勢(shì)教學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，診斷中發(fā)現(xiàn)學(xué)生知道非靜電力，但沒(méi)有清晰的物理圖像和模型.

(2)電動(dòng)勢(shì)是本節(jié)教學(xué)另一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，診斷發(fā)現(xiàn)學(xué)生不能理解電動(dòng)勢(shì)為何如此定義，不理解為何用電動(dòng)勢(shì)表征電源非靜電力的做功本領(lǐng).一些學(xué)生把電動(dòng)勢(shì)與電源容量混淆，認(rèn)為體積大的電源非靜電力做功能力強(qiáng).一些學(xué)生把電動(dòng)勢(shì)與功率混淆，認(rèn)為單位時(shí)間做功多的非靜電力做功能力強(qiáng).還有學(xué)生把電動(dòng)勢(shì)與路端電壓混淆，區(qū)分不清電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)差.

3 基于診斷結(jié)果設(shè)計(jì)重難點(diǎn)突破策略

教學(xué)過(guò)程中針對(duì)教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn)主要采取的策略有：

(1)突破非靜電力這一難點(diǎn)，采用的方法是創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生在生活情境中逐漸建立起非靜電力的物理圖像，明白它在電源能量轉(zhuǎn)化中的作用.

(2)對(duì)于電動(dòng)勢(shì)的物理意義以及概念辨析的難點(diǎn)采用的方法是問(wèn)題引導(dǎo)，通過(guò)合理的問(wèn)題設(shè)計(jì)搭建出符合中學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的學(xué)習(xí)進(jìn)階模型.同時(shí)配合整合教學(xué)，本節(jié)教學(xué)中可以通過(guò)比值定義法與之前所學(xué)習(xí)的加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度等概念關(guān)聯(lián)起來(lái)，也可以通過(guò)內(nèi)阻與后續(xù)即將學(xué)習(xí)的閉合電路歐姆定律相聯(lián)系.整合教學(xué)可以優(yōu)化學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu).

(3)對(duì)于電動(dòng)勢(shì)和路端電壓的對(duì)比，采用類比思想，設(shè)計(jì)可視化的教學(xué)情境，助力于學(xué)生物理圖像的建立：用抽水機(jī)類比電源，用水受到的非重力類比非靜電力，用抽水機(jī)提升水面的高度類比電動(dòng)勢(shì)，用水路類比電路.

(4)對(duì)于能量轉(zhuǎn)化的理解采用大概念思路，電動(dòng)勢(shì)的教學(xué)中體現(xiàn)的大概念是做功與能量，屬于能量觀念.教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)不斷強(qiáng)化這一物理觀念，建立學(xué)生這一層面的物理圖像.

4 深度學(xué)習(xí)的教學(xué)流程

4.1 實(shí)物操作 歸納總結(jié)

教師先通過(guò)PPT展示幾種生活中常見的電源，如干電池、鋰電池、紐扣電池、鉛蓄電池等，請(qǐng)學(xué)生簡(jiǎn)要說(shuō)明電源的作用.隨后詢問(wèn)學(xué)生還知道哪些電源，鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)展示自我.接著教師實(shí)物介紹一些不常見的電源，如圖2所示，太陽(yáng)能電池、壓電陶瓷、溫差陶瓷片、水果電池等，請(qǐng)學(xué)生動(dòng)手用以上電源點(diǎn)亮用二極管小燈泡精心設(shè)計(jì)的LOGO電路.

圖2 幾種電源

學(xué)生發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能電池和溫差電池可以點(diǎn)亮二極管，水果電池和壓電電池不能點(diǎn)亮二極管但電壓表有示數(shù)變化.學(xué)生在操作中鍛煉了動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)實(shí)物操作能夠促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考電源在點(diǎn)亮二極管過(guò)程中所起的作用，從而得出電源是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置.

4.2 微觀機(jī)制 類比演示

在概括出電源的普遍作用之后，隨之而來(lái)的問(wèn)題就是這種能量的轉(zhuǎn)化是通過(guò)什么實(shí)現(xiàn)的，其微觀機(jī)制是什么？電源內(nèi)部電荷受到了什么力做功？如何完成的能量轉(zhuǎn)化？先請(qǐng)學(xué)生自行討論.

在學(xué)生對(duì)此微觀機(jī)制有了初步認(rèn)識(shí)之后，教師再利用動(dòng)畫演示回路中電源是如何工作的，如何在搬運(yùn)電荷過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化，進(jìn)而引出這其中電荷受到的是一種非靜電力，如圖3所示.

圖3 電源回路中電荷的運(yùn)動(dòng)與受力示意圖

隨后，教師拋出抽水機(jī)模型，用水路類比電路，引導(dǎo)學(xué)生自行建立起電源與抽水機(jī)、電路與水路、非靜電力與非重力之間的關(guān)聯(lián).

4.3 深度學(xué)習(xí) 建模討論

在上述辨析中，學(xué)生會(huì)逐步體會(huì)到比值定義的優(yōu)點(diǎn)和作用，再請(qǐng)學(xué)生列舉之前學(xué)過(guò)的比值定義的物理量，比如速度、加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì).隨后，請(qǐng)學(xué)生觀察比較1號(hào)、2號(hào)、5號(hào)、7號(hào)干電池的異同，提問(wèn)哪一種電池非靜電力做功本領(lǐng)大？再詢問(wèn)為什么干電池都標(biāo)著1.5 V，這個(gè)量代表什么物理意義？為什么其他電池標(biāo)著3 V，3.7 V等？

通過(guò)不斷設(shè)問(wèn)可以幫助學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí)，建立起容量和電動(dòng)勢(shì)的清晰圖像.之后，教師演示水泵抽水的實(shí)驗(yàn)，如圖4所示，用水泵通過(guò)三通與一個(gè)1.5 m長(zhǎng)直玻璃管(直徑約10 mm)相連，先將另一回路用夾子夾緊，打開水泵后，水面會(huì)被提升到一個(gè)穩(wěn)定的高度，不同的水泵提升水面高度不同.將水泵與電源相類比，引導(dǎo)學(xué)生思考水面被提升到最高處相當(dāng)于什么.隨后再將演示回路夾子放開，水面高度出現(xiàn)明顯降低.將水泵類比為電源，水路類比為電路，夾子類比成開關(guān)，請(qǐng)問(wèn)夾子放開前后的水面分別對(duì)應(yīng)了什么，讓學(xué)生體會(huì)電動(dòng)勢(shì)和路端電壓在數(shù)值、能量等方面的區(qū)別，同時(shí)建立內(nèi)阻的概念.

圖4 電池與電路模擬圖(水泵、軟管、長(zhǎng)直玻璃管)

最后，針對(duì)學(xué)生用功率表示非靜電力做功本領(lǐng)的認(rèn)識(shí)展開討論.提問(wèn)：電源中非靜電力做功本領(lǐng)與電源是否接入電路是否有關(guān)，隨后用電源不接入回路中的情況來(lái)反駁.

從上式中可以看出非靜電力的功率正比于電流，如果電源不接用電器，電流為零，則功率為零，但電源的生電能力不取決于是否接外電路.

4.4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

總結(jié)電源的3個(gè)參數(shù)：電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻、容量.討論如何提升電動(dòng)車?yán)m(xù)航能力的問(wèn)題.介紹空氣鋰電池2018年3月最新的發(fā)展動(dòng)態(tài).圍繞核心科技是第一生產(chǎn)力，借助中美貿(mào)易戰(zhàn)的背景號(hào)召學(xué)生們?yōu)橹袊?guó)崛起而讀書，為祖國(guó)研制世界一流的技術(shù).