指向深度學(xué)習(xí)的初中物理發(fā)現(xiàn)教育教學(xué)實(shí)踐研究
——以“電能表與電功”教學(xué)為例

薛鈺康

（江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué)，江蘇 蘇州 215021）

從新課程改革倡導(dǎo)“科學(xué)探究”到落實(shí)《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》，實(shí)踐“立德樹人”的根本任務(wù)，“學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”主要指學(xué)生應(yīng)具備能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，學(xué)校教育教學(xué)的重要任務(wù)就是發(fā)展學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)的能力.“發(fā)現(xiàn)”是科學(xué)探究的本質(zhì)指向，物理教學(xué)中積極設(shè)計與開展科學(xué)探究，著力于教育教學(xué)中學(xué)生與教師的發(fā)現(xiàn)，通過發(fā)現(xiàn)促進(jìn)知識與能力建構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的深度化.

“讓教育成為發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造的藝術(shù)”，教育教學(xué)需要發(fā)現(xiàn)，更需要培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)的能力.布魯納認(rèn)知結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，為了培養(yǎng)具有創(chuàng)造性的科技人才，應(yīng)該采用發(fā)現(xiàn)式的學(xué)習(xí)方法.物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和其運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科，理應(yīng)用發(fā)現(xiàn)的眼光、發(fā)現(xiàn)的方法、發(fā)現(xiàn)的過程去進(jìn)行教育教學(xué).通過這樣的教學(xué)與學(xué)習(xí)，所培養(yǎng)的學(xué)生具有面向未來的、具有發(fā)現(xiàn)能力的、能夠終身學(xué)習(xí)的時代新人.

1 發(fā)現(xiàn)教育與知識建構(gòu)

教育的本質(zhì)是什么？1996年聯(lián)合國教科文組織在“學(xué)習(xí)—財富蘊(yùn)藏其中”指出“學(xué)會認(rèn)知、學(xué)會做事、學(xué)會共同生活和學(xué)會生存，是現(xiàn)代教育的四大支柱”，2017年在“反思教育向全球共同利益的理念轉(zhuǎn)變”中指出反思教育的目的和學(xué)習(xí)的組織方式從未像今天這樣迫切.現(xiàn)代學(xué)習(xí)科學(xué)達(dá)成的幾個共識：更深刻理解概念的重要性；注重教，也注重學(xué)；創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境；建立在學(xué)習(xí)者已有知識上的重要性；反思的重要性.對此我們可以用一個詞來概括，那就是“發(fā)現(xiàn)”，教育學(xué)生發(fā)現(xiàn)，教育學(xué)生學(xué)會發(fā)現(xiàn)，教育也是發(fā)現(xiàn)，“科學(xué)探究”也是一種“發(fā)現(xiàn)”，學(xué)會“科學(xué)探究”也就是學(xué)會“發(fā)現(xiàn)”.布魯納的“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)”觀指出：學(xué)習(xí)是一種學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)的積極的認(rèn)知過程.奧蘇貝爾的“意義學(xué)習(xí)”觀指出“只有通過新信息與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的有關(guān)概念的相互作用，才實(shí)現(xiàn)意義的理解，即發(fā)生意義學(xué)習(xí).建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于原有的知識經(jīng)驗(yàn)生成意義、建構(gòu)理解的過程，而這一過程常常是在社會文化互動中完成的.在知識的建構(gòu)過程中學(xué)習(xí)者是基于原有的知識經(jīng)驗(yàn)，在新情境中通過協(xié)作不斷發(fā)現(xiàn)與生成的過程，即建構(gòu)是發(fā)現(xiàn)與生成、生成與反思、反思與發(fā)現(xiàn)螺旋上升的過程.

發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)既是教的方法，又是學(xué)習(xí)方法.美國R.格拉澤主張，應(yīng)把“靠發(fā)現(xiàn)而學(xué)習(xí)”與“以發(fā)現(xiàn)為目標(biāo)的學(xué)習(xí)”區(qū)分開來.前者是指通過發(fā)現(xiàn)過程進(jìn)行學(xué)習(xí)的方法，而后者則是把學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)的方法本身作為學(xué)習(xí)的目的.實(shí)際上“發(fā)現(xiàn)”是學(xué)與教的方式，也是學(xué)與教的內(nèi)容，通過發(fā)現(xiàn)獲得知識與能力的提高，也是通過教育教學(xué)學(xué)會發(fā)現(xiàn).因此發(fā)現(xiàn)教育既是教育的方式，也是教育的一項(xiàng)目標(biāo).我們的教育是“為了每位學(xué)生的發(fā)展”.我國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)中指出研究學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的一項(xiàng)重要舉措，也是適應(yīng)世界教育改革發(fā)展趨勢、提升我國教育國際競爭力的迫切需要.學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，主要指學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力.物理教學(xué)實(shí)施發(fā)現(xiàn)教育就是為了通過知識建構(gòu)的方式積極促進(jìn)學(xué)生形成適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力.

2 發(fā)現(xiàn)教育中“學(xué)生發(fā)現(xiàn)”

物理課堂教學(xué)實(shí)施發(fā)現(xiàn)教育，就是要學(xué)生親自參與所學(xué)知識的體系建構(gòu)，自己去思考，自己去感悟，自己去發(fā)現(xiàn)，自主建構(gòu)知識.物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理學(xué)習(xí)既發(fā)展學(xué)生的物理知識，也發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，物理課堂實(shí)施發(fā)現(xiàn)教育能夠發(fā)展學(xué)生多方面的能力，這里主要圍繞學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，即學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、發(fā)現(xiàn)知識、發(fā)現(xiàn)技能3個方面為例分析如下.

2.1 發(fā)現(xiàn)問題

發(fā)現(xiàn)問題是發(fā)問（提出問題）的基礎(chǔ).在“電能表與電功”課堂教學(xué)中，如何構(gòu)建“電功”這個概念，是電功教學(xué)的重要問題與困難問題.電功很抽象，看不見摸不著.我們可以創(chuàng)設(shè)情景“活動1：觀察串聯(lián)電路燈泡發(fā)光”，如圖1所示，從活動觀察中發(fā)現(xiàn)開關(guān)閉合后燈泡能發(fā)光，且兩個燈泡亮暗不同的現(xiàn)象，針對發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象發(fā)問：光能從何而來？相同時間兩個燈泡產(chǎn)生光能不同說明什么？從而幫助學(xué)生從機(jī)械功的概念遷移建構(gòu)，光能從電能轉(zhuǎn)化過來，這個能量轉(zhuǎn)化的過程是電流做功的過程，兩個燈泡亮度不同，即同樣時間內(nèi)轉(zhuǎn)化得到的光能多少不同，即電流做功多少的不同，這個電流做功及多少的不同可以用“電功”來量度，從而建構(gòu)電功概念.“燈泡發(fā)光”是習(xí)以為常的現(xiàn)象，在習(xí)以為常的現(xiàn)象中“發(fā)現(xiàn)問題”很是困難，這時可以通過“兩個燈泡發(fā)光怎么會不同？”進(jìn)行回溯“燈泡怎么發(fā)光？光能從何而來？”助推學(xué)生思維，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)入“疑問與發(fā)問”狀態(tài).觀察法是物理學(xué)的重要方法，物理教學(xué)往往會通過實(shí)驗(yàn)活動、圖片展示和視頻現(xiàn)象等等方式提供學(xué)生參與觀察的過程，而學(xué)生能從現(xiàn)象觀察中發(fā)現(xiàn)什么？教師要積極預(yù)設(shè)、引導(dǎo)學(xué)生能夠從中去發(fā)現(xiàn)，一則是為了課程教學(xué)的需要，同時也是為了培養(yǎng)學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)能力的需要.物理教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題的能力.

圖1

2.2 發(fā)現(xiàn)知識

物理科學(xué)知識來源于對物理現(xiàn)象的觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、歸納.歸納與演繹是物理科學(xué)知識發(fā)展的基本方法.初中物理以歸納法學(xué)習(xí)為主.學(xué)生的物理知識往往通過科學(xué)探究總結(jié)歸納建構(gòu).知識建構(gòu)緣由發(fā)問、始于猜想、行于探究、成于歸納及反思，這是發(fā)現(xiàn)知識的過程.如圖1所示，建構(gòu)電功概念后，提出問題“兩燈泡相同時間做功不同的原因”；再通過對實(shí)驗(yàn)電路的比較分析和課本閱讀，發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識電功可能與電壓、電路強(qiáng)度、時間等有關(guān).在此需要注意的是學(xué)生的物理知識不是他原生創(chuàng)造的，他只是經(jīng)歷知識形成的過程，電功、電流、電壓都是不能直接看到與摸到的，完全讓學(xué)生去猜測是很困難的，因此要讓學(xué)生通過課本閱讀來獲取信息，有助于適度降低學(xué)習(xí)進(jìn)程中的臺階，實(shí)現(xiàn)有效的學(xué)習(xí)進(jìn)階.如圖2所示，由此學(xué)生通過探究“活動2：電流對電功的影響”實(shí)驗(yàn)，深刻認(rèn)識、建構(gòu)“電功的大小決定于電流、電壓與時間：W=U I t”的知識.

圖2

學(xué)生的物理知識來源于實(shí)踐與建構(gòu)，經(jīng)歷知識發(fā)現(xiàn)的過程，有助于學(xué)生了解物理知識的形成過程，形成學(xué)生面向未來的基本科學(xué)素養(yǎng).

2.3 發(fā)現(xiàn)技能

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展的根本，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ仞B(yǎng)提升是物理學(xué)習(xí)中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容.而實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ粌H是思維的，更是實(shí)踐動手的素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)技能的發(fā)芽、生長都是在實(shí)際操作中發(fā)生與成長的.上述“活動1：觀察串聯(lián)電路燈泡發(fā)光”、“活動2：電流對電功的影響”中能發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)的觀察能力、控制變量法的操作運(yùn)用能力、數(shù)據(jù)比較分析能力等.進(jìn)一步由于對定量測量內(nèi)在需求，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)與提出“能否測量電功”“怎樣測量電功”等問題，激發(fā)學(xué)生對測量的內(nèi)在驅(qū)動，設(shè)計出利用電壓表、電流表和鐘表來測量電功的方法，電路如圖3所示，即發(fā)現(xiàn)同樣可以用伏安法來測量直流電路的電功.

圖3

進(jìn)一步提出“能否直接測量電功”“有沒有直接測量電功的工具”“如何才能直接測量電功”.通過聯(lián)系生活實(shí)際，了解生活中有“用電-消耗電能”的直接測量工具-電能表，如圖4所示.在電能表認(rèn)識的教學(xué)中，通過電能表實(shí)物閱讀與實(shí)際實(shí)驗(yàn)測量，來發(fā)現(xiàn)電能表的規(guī)格、各參數(shù)的意義、測量數(shù)據(jù)的閱讀、電功的計量方法等，發(fā)展與提升學(xué)生對陌生物理測量工具認(rèn)識與使用的方法學(xué)習(xí)及實(shí)操能力，發(fā)現(xiàn)與促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提升.

圖4

3 發(fā)現(xiàn)教育中“教師發(fā)現(xiàn)”

實(shí)施發(fā)現(xiàn)教育過程中學(xué)生的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)不是孤立的學(xué)習(xí)過程，是在教師引導(dǎo)和協(xié)助下的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程.發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程，重視認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成，注重學(xué)習(xí)者的知識結(jié)構(gòu)、內(nèi)在動機(jī)、獨(dú)立性與積極性在學(xué)習(xí)中的作用，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的探究欲望，有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者分析問題、解決問題的能力.但是，每個學(xué)生都是一個獨(dú)立的個體，他們分別來自于不同的家庭，他們各自生活的經(jīng)歷不同、體驗(yàn)不同，他們有不同的前概念、前知識，他們各自的思維方式有差異.因此，實(shí)施發(fā)現(xiàn)教育不僅是學(xué)生開展發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的過程，而且是教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生和實(shí)施發(fā)現(xiàn)指導(dǎo)的過程，其中教師的發(fā)現(xiàn)學(xué)生這一點(diǎn)顯得尤為重要，它是實(shí)現(xiàn)有效引導(dǎo)的前提與基礎(chǔ)，是開展有效教學(xué)和深度學(xué)習(xí)的前提與基礎(chǔ).

3.1 發(fā)現(xiàn)迷思

學(xué)習(xí)總是在原有知識背景下發(fā)生的，學(xué)生進(jìn)入課堂時，并不是一個空容器等著被填滿，而是帶著各種各樣的半成型的觀點(diǎn)和迷思概念.迷思概念是指學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)概念之前即具有的直覺知識或與正統(tǒng)科學(xué)知識不符的概念.每個學(xué)生迷思概念形成的可能有多方面的原因，可能是學(xué)生自身個人因素所致，也可能社會文化因素所致.如有可能是日常生活概念和科學(xué)概念掌握要求的不同，導(dǎo)致學(xué)生在掌握科學(xué)概念時遇到很大的認(rèn)知和元認(rèn)知困難所致.但不管怎樣的因素，迷思概念影響了學(xué)習(xí)對科學(xué)概念的掌握，教育教學(xué)中積極發(fā)現(xiàn)學(xué)生的迷思將能有效地促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí).

在上述圖1“活動1：觀察串聯(lián)電路燈泡發(fā)光”中學(xué)生會認(rèn)為電流從電源正極出發(fā)經(jīng)導(dǎo)線、用電器流向負(fù)極，學(xué)生往往會聯(lián)想水流類比電流，確實(shí)課本上在電流教學(xué)時就是如此類比的，因此會使學(xué)生形成“電路中靠近電源正極的用電器，由于電流先經(jīng)過而先獲得電能，從而得到的電能較多.”這樣的想法與觀點(diǎn)，如果實(shí)驗(yàn)中恰好是靠近正極的燈泡發(fā)光更亮?xí)r會加劇學(xué)生這樣的認(rèn)識與觀點(diǎn).教師在教學(xué)過程中要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生這種“迷思”，用證據(jù)幫助學(xué)生予以糾正，我們可以設(shè)計將該串聯(lián)電路中的兩個燈泡進(jìn)行交換，觀察是否總是靠近電源正極的燈泡更亮，再換用不同的燈泡重復(fù)實(shí)現(xiàn).迷思概念來源有多種情況，但是，往往與學(xué)生原有的知識經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，教師要善于降低身子，從學(xué)生的認(rèn)知與思維角度去看問題，盡早發(fā)現(xiàn)學(xué)生迷思，通過設(shè)計糾正學(xué)生迷思的方法，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與成長.

3.2 發(fā)現(xiàn)思維

教師不但要幫助學(xué)生糾正迷思，還要通過發(fā)現(xiàn)學(xué)生思維的過程，來促進(jìn)學(xué)生思維能力的提升與發(fā)展.教學(xué)設(shè)計中往往要思考內(nèi)容知識序、學(xué)生認(rèn)知序與教學(xué)序的問題，教學(xué)序的安排盡量要讓內(nèi)容知識序符合學(xué)生的認(rèn)知序，使學(xué)生在春風(fēng)化雨、潤物細(xì)無聲的過程中實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí).在“電能表與電功”教學(xué)設(shè)計中，課本是把電能表內(nèi)容安排在電功內(nèi)容之前，源于生活中每家每戶都有電能表和要交電費(fèi)的情況，有利于情境創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生從生活走向物理；但是具體的情況是，城市中每家每戶的電能表都是在樓道集中安裝于一處的，學(xué)生不易觀察到，電費(fèi)往往已實(shí)現(xiàn)電子交費(fèi)，學(xué)生已看不到繳費(fèi)單，所以該情境與現(xiàn)實(shí)不是很相符.同時家用電能表測量的是交變電流的電功，與先前歐姆定律部分研究的是直流電路，及電能表之后又先從直流電路建立電功的概念，中間冒一下交流電路比較突兀，與學(xué)生的認(rèn)知序不是很相符.為此，發(fā)現(xiàn)該認(rèn)知思維序后，將知識序作適當(dāng)調(diào)整，讓學(xué)生先通過情境“活動1：觀察串聯(lián)電路燈泡發(fā)光”建構(gòu)電功概念，再通過“活動2：電流對電功的影響”理解電功大小的決定因素與計算，進(jìn)一步通過“直流電路電功的測量”過渡到電能表的學(xué)習(xí).其過程比較符合學(xué)生的認(rèn)知序，也就符合學(xué)生的思維發(fā)展過程.教學(xué)不但要發(fā)現(xiàn)整體的認(rèn)知序，也要關(guān)注發(fā)現(xiàn)局部的認(rèn)知序.

3.3 發(fā)現(xiàn)進(jìn)階

使知識建構(gòu)過程與學(xué)生認(rèn)知序相符的目的是為了有利于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)階.“活動1：觀察串聯(lián)電路燈泡發(fā)光”通過燈泡亮暗的定性討論研究發(fā)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化的不同，從而定性建構(gòu)電功概念.“活動2：電流對電功的影響”理解電功大小的決定因素與計算，將電功從定性到定量是知識的發(fā)展，也是思維從定性思維到定量思維方式的進(jìn)階；“直流電路電功的測量”的設(shè)計是從伏安法測量電阻到測量電功的思維進(jìn)階；再從“直流電路電功的測量”過渡到“交流電路電功的測量”也是思維的進(jìn)階與發(fā)展，從而為后續(xù)家庭電路的學(xué)習(xí)奠定初步的認(rèn)知基礎(chǔ).

在“電能表使用”教學(xué)中，學(xué)生從“增量”思維方式，即認(rèn)識較長的一段時間內(nèi)（如1個月）電能表讀數(shù)增量W=W2-W1即為該段時間的用電量（做的電功），在積極理解電能表常數(shù)（如3200imp/kW·h），用“分配”思維方式，認(rèn)識短時間通過指示燈閃爍次數(shù)計量用電量.從解決問題角度實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階，完成該部分內(nèi)容的深度學(xué)習(xí).

不論是知識建構(gòu)過程中迷思概念的發(fā)現(xiàn)，還是思維發(fā)展過程中進(jìn)階的發(fā)現(xiàn)，都要求我們從物理知識形成的角度、現(xiàn)代認(rèn)知理論的角度研究教材與學(xué)生，設(shè)計符合學(xué)生認(rèn)知進(jìn)階的課堂教學(xué)方式，以促進(jìn)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)與關(guān)鍵能力的發(fā)展.

“讓教育成為發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造的藝術(shù)”，教育中積極地用發(fā)現(xiàn)的眼光、發(fā)現(xiàn)的方式去實(shí)現(xiàn)學(xué)與教的過程，就是創(chuàng)新、就是創(chuàng)造、就是深度學(xué)習(xí).在課后教學(xué)反思中，我是這樣認(rèn)識的“從實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中來看，該設(shè)計符合學(xué)生的認(rèn)知邏輯，也符合物理本身的知識邏輯，通過逐步深入與探究的深度學(xué)習(xí)，既促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)知識、方法與技能的提高，也發(fā)展了學(xué)生的高階思維.”科學(xué)探究是科學(xué)發(fā)展的原行動，科學(xué)探究是學(xué)生認(rèn)識科學(xué)、發(fā)現(xiàn)科學(xué)知識的主動學(xué)習(xí)行為，科學(xué)探究是認(rèn)知過程的不斷深入與推進(jìn)，是深度學(xué)習(xí)的行動實(shí)踐.科學(xué)探究是基于發(fā)現(xiàn)的探究，是一種發(fā)現(xiàn)行為，是發(fā)現(xiàn)教育的重要方法.發(fā)現(xiàn)教育的發(fā)現(xiàn)不但是指向?qū)W生的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)；更重要的還是指向教師的教育教學(xué)（設(shè)計與實(shí)踐）過程中的教育發(fā)現(xiàn).發(fā)現(xiàn)教育是實(shí)現(xiàn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)和促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展的重要途徑，有利于促進(jìn)學(xué)生必備品格和關(guān)鍵能力的形成.教育發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在處處，發(fā)現(xiàn)在時時，人人發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)人人.