基于學(xué)科能力理論的初中物理習(xí)題教學(xué)設(shè)計

陳一璠 李若平

摘? ?要：學(xué)科能力理論可分為學(xué)習(xí)理解能力、應(yīng)用實踐能力和遷移創(chuàng)新能力3個維度。以中考試題中頻繁出現(xiàn)的電學(xué)圖像問題為例，從情景導(dǎo)入、概括論證、分析歸納、綜合運用、推論預(yù)測、知識遷移6個維度出發(fā)，闡述如何在課堂上進(jìn)行基于學(xué)科能力理論的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);學(xué)科能力理論;電學(xué)圖像問題教學(xué);整體法與隔離法

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）2-0028-4

1? ? 基于核心素養(yǎng)的學(xué)科能力理論概述

基于核心素養(yǎng)的學(xué)科能力在國際上受到廣泛的關(guān)注，《教育規(guī)劃綱要》明確提出堅持能力為重，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，豐富社會實踐，強化能力培養(yǎng)，著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新能力。學(xué)科能力是成功解決學(xué)科問題或完成學(xué)科任務(wù)的個性特征[1]。在理論上，學(xué)科能力可分為3個維度：學(xué)習(xí)理解能力、應(yīng)用實踐能力和遷移創(chuàng)新能力，如圖1所示。本文旨在以中學(xué)物理核心素養(yǎng)為出發(fā)點，探求學(xué)科能力理論在教學(xué)中的實際應(yīng)用。

2? ? 教學(xué)意圖

電學(xué)一直以來都是中學(xué)物理重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。因其與生活聯(lián)系緊密，故常會以生活中的實際情景來命制題目。此外，在考核電學(xué)知識時，既可以單獨考查某個知識點，又可以與力學(xué)等知識結(jié)合起來考查，考查內(nèi)容涵蓋廣、綜合性強，因此常常受到出題者的青睞。

2.1? ? 教學(xué)目標(biāo)

（1）物理觀念：幫助學(xué)生理解并思考?xì)W姆定律的內(nèi)涵，嘗試運用知識解決生活問題，進(jìn)而升華對知識的理解。

（2）科學(xué)思維：學(xué)生通過“學(xué)習(xí)理解”環(huán)節(jié)，分析知識在生活中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)相關(guān)實例，建立簡化模型;大膽嘗試運用物理思維并結(jié)合數(shù)學(xué)方法進(jìn)行推理。

（3）科學(xué)探究：學(xué)生在“應(yīng)用實踐”環(huán)節(jié)所獲得的是對問題深入思考的能力和實際動手探究的能力。

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)生能明確實踐活動和知識學(xué)習(xí)間相互制約的道理，在今后的實踐過程中能夠遵循自然界的客觀規(guī)律。

3? ? 結(jié)合學(xué)科能力理論的教學(xué)實施

3.1? ? 教學(xué)流程

教學(xué)流程如圖2所示。

3.2? ? 新課教學(xué)

3.2.1? ? “學(xué)習(xí)理解”能力維度的教學(xué)實施

“學(xué)習(xí)理解”是指學(xué)生對所學(xué)知識概念、使用規(guī)則和限定等的認(rèn)知[2]。

3.2.1.1? ? 情景導(dǎo)入，問題滲透

通過設(shè)置相關(guān)問題情景導(dǎo)入習(xí)題教學(xué)，引發(fā)學(xué)生的求知熱情。例如，圖3顯示了恒溫箱的溫控原理，圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源，當(dāng)電源的電流大于或等于20 mA時，銜鐵被吸合，加熱器停止工作，實現(xiàn)溫控。教師向?qū)W生提問“在圖3中，如何才能接通恒溫箱內(nèi)的加熱器？”

3.2.1.2? ? 解決電學(xué)坐標(biāo)圖像題的方法

①方程法

方程法是結(jié)合上述電路圖和電阻阻值的變化情況，考慮圖中電流與電阻的關(guān)系后，列出方程。但單純運用方程法輔助學(xué)生解決此類問題，并不利于學(xué)生科學(xué)思維的養(yǎng)成，應(yīng)將方程法與整體法、隔離法結(jié)合使用，才易于學(xué)生理解，提高他們的科學(xué)思維能力。

②整體法與隔離法

選一個較圖3復(fù)雜一點的圖像進(jìn)行對比，如圖4所示。

已知滑動變阻器從一端滑動到另一端，兩只電壓表和一只電流表的示數(shù)變化關(guān)系如圖4所示，求解電源電壓U。

a.整體法

電源電壓的歐姆定律等式：

U=I1（R1+R2+R）（1）

U=I2（R1+R2）? （2）

b.隔離法

電路元件的歐姆定律等式：

U2=IR+U1? （3）

R=30 Ω

U1=U2=IR2? （4）

R2=30 Ω

將（3）（4）式所得結(jié)果與（1）（2）式結(jié)合起來，得出電阻R1，從而得到電源電壓U。

3.2.1.3? ? 整理步驟，歸納題型——分析歸納

第一步，理清問題的過程：將“圖”與“圖”和“圖”與問題之間的關(guān)系理清;

第二步，采用隔離法：對相關(guān)對象進(jìn)行實際分析，列出正確的等式;

第三步，采用整體法：在整體視角下列出正確的等式;

第四步，逆向檢驗，確認(rèn)等式的正確性。

3.2.2? ? “應(yīng)用實踐”能力維度的教學(xué)實施

3.2.2.1? ? 實驗求真、動手探討——綜合運用

教師將學(xué)生分成小組，每個小組根據(jù)文字條件和坐標(biāo)圖像自主討論，連接成電路。通過對比題目給出的電路圖和自己連接的電路圖是否一致，來檢驗對坐標(biāo)圖像的理解程度。

例如，學(xué)生根據(jù)已知條件自主繪制電路圖。

當(dāng)滑動變阻器從一端滑向另一端，電壓表示數(shù)與R2的變化關(guān)系如圖5所示。

學(xué)生通過隔離法對R2進(jìn)行初步判斷，電路若為串聯(lián)電路，隨著電路中總阻值增大，電流值減小;又因為電源電壓值不變，電阻R1為定值電阻，電流值若減小，則電阻R1兩端的電壓會減小。若為并聯(lián)電路，根據(jù)所給的實驗器材，電壓表所測的電壓為電源電壓，電壓表的示數(shù)應(yīng)是不變的。

綜上所述，學(xué)生認(rèn)為電壓表是測量R1兩端的電壓。進(jìn)而在“中學(xué)電路虛擬實驗室”軟件上繪制電路實物圖和電路圖，結(jié)果如圖6所示。

（a）（b）為滑動變阻器滑動前后虛擬電路圖;（c）為相應(yīng)的電路示意圖

3.2.2.2? ? 實際案例、學(xué)以致用——推論預(yù)測

①原始問題的抽象模型（圖7）

圖7中電路內(nèi)含壓敏電阻，作用等同于滑動變阻器，通過改變電路中的總阻值、電流等參數(shù)，以期達(dá)到使用需求。

②鞏固練習(xí)

以該題為例，已知電源電壓為24 V，R0的阻值為10 Ω，Rx為壓敏電阻，其阻值與儲水箱水深的關(guān)系如圖7乙所示。為了保證電流表的安全，水箱中的水最深為多少米？

整體法：學(xué)生認(rèn)為要保證電流表安全就要控制壓敏電阻的阻值大小;

隔離法：當(dāng)壓敏電阻阻值為多少時，水深為多少，才能剛好達(dá)到電流表的臨界值0.6 A，從而保證電流表的安全。

3.2.3? ? “遷移創(chuàng)新”能力維度的教學(xué)實施

除了電學(xué)圖像問題，還有力學(xué)圖像問題。比如浮力的考查，如圖8所示。

4? ? 教學(xué)反思

教學(xué)理念方面：以學(xué)生為主體，不管是在接受知識的能力上，還是在課堂活動組織上都充分考慮到學(xué)生的感受[3]。

教學(xué)方法方面：整體法與隔離法本是高中物理教學(xué)的常用方法，筆者將這些方法的核心運用于初中電學(xué)的學(xué)習(xí)中，幫助學(xué)生正確理解和解決問題，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。

學(xué)科能力理論運用方面：教學(xué)過程結(jié)合6個能力維度，分別在情景導(dǎo)入—總結(jié)提升—遷移討論各個環(huán)節(jié)，分層逐步講解，層層提升遷移，旨在多方位幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)困惑，提高知識運用能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王磊.學(xué)科能力構(gòu)成及其表現(xiàn)研究——基于學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實踐與遷移創(chuàng)新導(dǎo)向的多維整合模型[J].教育研究，2016，37（09）：83-92+125.

[2]周后升.基于核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力理論的教學(xué)實施——以“三力動態(tài)平衡問題”的復(fù)習(xí)教學(xué)為例[J].物理教學(xué)，2019，41（3）：14-18.

[3]董友軍，馬北河，朱建平. 落實“物理核心素養(yǎng)”的教學(xué)策略——以粵教版“作用力與反作用力”為例[J].物理教師，2019，40（3）：30-32.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）