圍繞大概念 設(shè)計(jì)大問(wèn)題*——以“閉合電路中功率相關(guān)問(wèn)題研究”教學(xué)為例

管小慶

一、圍繞大概念，設(shè)計(jì)大問(wèn)題，幫助學(xué)生形成物理觀念

物理觀念是新課程標(biāo)準(zhǔn)中的核心素養(yǎng)之一?！昂愣娏鳌笔窃私贪娼滩倪x修3-1模塊中的第二章，新人教版教材必修三將這一部分分為“電路及其應(yīng)用”“電能 能量守恒定律”兩個(gè)章節(jié)。教材的這一變化除了控制每一章學(xué)生學(xué)習(xí)的容量外，更重要的是突出了“電能的轉(zhuǎn)化和守恒”這一大概念。例如：電動(dòng)勢(shì)部分新教材不再按照原教材那樣拿它和抽水機(jī)相類比，而是設(shè)計(jì)了“思考與討論”，從而提出非靜電力的概念，通過(guò)非靜電力做功（其他形式的能量向電能轉(zhuǎn)化）的本領(lǐng)定義電動(dòng)勢(shì)；新教材用“電路中的能量轉(zhuǎn)化”替代原教材中的“焦耳定律”，不只是課題的變化，新教材在內(nèi)容中也增加了對(duì)電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)化和守恒的討論；等等。

“閉合電路中功率相關(guān)問(wèn)題研究”就是為了利于學(xué)生形成“電能的轉(zhuǎn)化和守恒”這一大概念而展開(kāi)具體設(shè)計(jì)的。

圍繞大概念設(shè)計(jì)大問(wèn)題，并不意味著課堂提問(wèn)越多越好，相反要控制問(wèn)題的數(shù)量，少一些檢查知識(shí)類、課堂管理類的問(wèn)題，將問(wèn)題精簡(jiǎn)聚焦于能促進(jìn)學(xué)生形成大概念的高階問(wèn)題上，只有這樣的問(wèn)題才能促使學(xué)生沉浸式的思考。在提出問(wèn)題時(shí)，教師要按照主題有層次地把“瘦問(wèn)題”（單薄的問(wèn)題）設(shè)置為“胖問(wèn)題”（復(fù)雜的啟發(fā)式的問(wèn)題），引導(dǎo)學(xué)生層層遞進(jìn)走向知識(shí)的深層，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的進(jìn)階。

“閉合電路中功率相關(guān)問(wèn)題研究”一課是按照如下幾個(gè)大問(wèn)題展開(kāi)的。

（1）當(dāng)外電阻（純電阻）從0開(kāi)始逐漸增加時(shí)，電源的輸出功率是如何變化的？寫出閉合電路中電源的輸出功率與外電阻的定量關(guān)系；大致畫出電源的輸出功率隨外電阻變化的圖像，并說(shuō)出外電阻滿足什么條件時(shí)電源輸出功率具有最大值。

（2）如果外電路中含有非純電阻用電器，上述結(jié)論還成立嗎？當(dāng)研究電源的輸出功率與外電路變化的關(guān)系時(shí)，你選擇的自變量是哪個(gè)物理量？畫出電源的輸出功率與該物理量變化的圖像，并說(shuō)出滿足什么條件時(shí)電源輸出功率具有最大值。

（3）在同一個(gè)功率和干路電流（P-I）的坐標(biāo)系中分別畫出電源總功率、電源內(nèi)阻功率、電源輸出功率與干路電流關(guān)系的三個(gè)圖像。

二、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題討論，強(qiáng)化思維參與，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

科學(xué)思維也是新課程標(biāo)準(zhǔn)中的核心素養(yǎng)之一?？茖W(xué)思維的達(dá)成不是一蹴而就的，教師要在平時(shí)日常的教學(xué)中，在不同的問(wèn)題情境中解決具體的挑戰(zhàn)性問(wèn)題時(shí)，為學(xué)生提供討論與交流的機(jī)會(huì)，從而逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。新教材在“電能 能量守恒定律”這一章的4節(jié)內(nèi)容里一共設(shè)計(jì)了6個(gè)“思考與討論”，這是因?yàn)榻處煵⒉皇菍W(xué)生獲得學(xué)習(xí)的唯一對(duì)象，有時(shí)候討論過(guò)程中同伴提供的學(xué)業(yè)上的支持會(huì)超過(guò)教師的幫助。課堂中深度開(kāi)展自我評(píng)價(jià)和同伴互評(píng)，讓學(xué)生自由的表達(dá)其想法和感受，能夠促成學(xué)生形成積極學(xué)習(xí)心態(tài)并發(fā)揮其自我激勵(lì)的潛能。

為了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維，本節(jié)課設(shè)置的問(wèn)題討論是“三個(gè)功率與干路電流關(guān)系的作圖”。圖1是兩名學(xué)生的課堂板演。基于這兩名學(xué)生的作圖，要求學(xué)生依次發(fā)表對(duì)兩張作圖的評(píng)價(jià)，分別指出自己認(rèn)可的地方和不認(rèn)可的地方并說(shuō)出讓人信服的理由。

（圖1）

此后，作圖的學(xué)生結(jié)合同學(xué)間的討論進(jìn)行了如下修改：第一，電源的輸出功率不應(yīng)該大于電源的總功率；第二，當(dāng)電源的輸出功率為0時(shí)，電源總功率和內(nèi)阻上的功率相等；第三，電源輸出功率和電源內(nèi)阻功率的交點(diǎn)應(yīng)該恰好是電源輸出功率的最高點(diǎn)。

教師要相信所有人共同參與、一起研討的學(xué)習(xí)氛圍能夠激發(fā)學(xué)生的思維，學(xué)生可以通過(guò)自己的努力和反思建構(gòu)自我的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

三、發(fā)揮線上優(yōu)勢(shì)，實(shí)施精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展

“注重過(guò)程評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展”是新課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念之一。通過(guò)及時(shí)獲取學(xué)生對(duì)相關(guān)問(wèn)題的想法，教師能便捷地獲取學(xué)生是否對(duì)問(wèn)題有正確理解的證據(jù)，從而瞄準(zhǔn)學(xué)生問(wèn)題理解中的個(gè)別關(guān)鍵點(diǎn)和學(xué)生即時(shí)對(duì)話，給予學(xué)生更為精準(zhǔn)的即時(shí)評(píng)價(jià)。這種即時(shí)評(píng)價(jià)是讓學(xué)生了解他當(dāng)前所在的“此地”和要去的“彼地”之間的差距，從而促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

能夠?qū)崿F(xiàn)快捷高效的隨堂檢測(cè)是線上教學(xué)的顯著優(yōu)點(diǎn)。學(xué)生上傳主觀題解答圖片，教師快速巡覽學(xué)生作答，挑選典型性問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)反饋。對(duì)于客觀選擇題，在線教學(xué)系統(tǒng)能即時(shí)統(tǒng)計(jì)反饋每一個(gè)選項(xiàng)選擇的人數(shù)和具體學(xué)生，教師基于數(shù)據(jù)的專業(yè)判斷，實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)。

下面是隨堂測(cè)的兩道客觀選擇題。

試題1：某同學(xué)將一直流電源的總功率PE、輸出功率PR和電源內(nèi)部的發(fā)熱功率Pr隨電流I變化的圖線畫在同一坐標(biāo)系中，如圖2中的a、b、c所示。則下列說(shuō)法中正確的是（ ）

A.圖線b表示輸出功率PR隨電流I變化的關(guān)系

B.圖中a線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率為最大輸出功率

（圖2）

C.在a、b、c三條圖線上分別取橫坐標(biāo)相同的A、B、C三點(diǎn)，這三點(diǎn)的縱坐標(biāo)一定滿足關(guān)系PA＝PB＋PC

D.b、c線的交點(diǎn)M與a、b線的交點(diǎn)N的橫坐標(biāo)之比一定為1：2，縱坐標(biāo)之比一定為1∶4

試題2：如圖3所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝12V，內(nèi)阻r＝3Ω，R0＝1Ω，直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻R′0＝1Ω.當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1時(shí)可使甲圖中電路的輸出功率最大；調(diào)節(jié)R2時(shí)可使乙圖中電路的輸出功率最大，且此時(shí)電動(dòng)機(jī)剛好正常工作（額定輸出功率為P0＝2W），則R1和R2連入電路中的阻值分別為（ ）。

A.2Ω、1.5Ω B.2Ω、2Ω

C.1.5Ω、1.5Ω D.1.5Ω、2Ω

（圖3）

試題1的正確率95%。說(shuō)明通過(guò)問(wèn)題討論，幾乎所有學(xué)生對(duì)“三個(gè)功率與干路電流關(guān)系”有了很好的掌握，較高地達(dá)成了課堂教學(xué)目標(biāo)。試題2的正確率較低。學(xué)生解答主要集中在A、B兩個(gè)選項(xiàng)，學(xué)生并不是對(duì)“電源輸出功率隨外阻變化和隨干路電流變化的兩種關(guān)系”不理解，錯(cuò)誤的根本在于學(xué)生沒(méi)有通過(guò)這兩種關(guān)系的推導(dǎo)過(guò)程區(qū)分這兩種關(guān)系的適用條件。因此，教學(xué)中不僅要重視相關(guān)物理量定量關(guān)系的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，更要重視推導(dǎo)過(guò)程中所要滿足的適用條件。