基于核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)實(shí)例研究
——以初中物理滬科版“電是什么”為例

郟璨璨

(合肥市廬陽(yáng)中學(xué) 安徽合肥 230041)

一、核心素養(yǎng)理念和學(xué)習(xí)進(jìn)階模式概述

(一)物理核心素養(yǎng)

林崇德教授及其研究團(tuán)隊(duì)對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)進(jìn)行了多視角、系統(tǒng)化的解讀與分析，提出：“核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過(guò)程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力?！甭鋵?shí)到物理學(xué)科，核心素養(yǎng)則體現(xiàn)為物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

(二)學(xué)習(xí)進(jìn)階模型

課堂是人才培養(yǎng)的主陣地，課堂模式影響人才培養(yǎng)模式和教育質(zhì)量。北京師范大學(xué)郭玉英教授及其團(tuán)隊(duì)提出了基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的物理教學(xué)設(shè)計(jì)模型并進(jìn)行了實(shí)證檢驗(yàn)，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中取得了良好的效果。

基于以上研究背景，筆者嘗試改變課堂教學(xué)模式，對(duì)“電是什么”一節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)探索，并逐漸滲透到平時(shí)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中。

二、基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)

(一)需要建構(gòu)的科學(xué)概念

電學(xué)在物理學(xué)中非常重要，它是物理學(xué)的基礎(chǔ)之一。學(xué)生在小學(xué)科學(xué)課堂對(duì)電形成了初步的認(rèn)識(shí)，已了解生活中一些簡(jiǎn)單的電現(xiàn)象，但這種了解還比較淺顯，浮于表面，不成系統(tǒng)。初中階段認(rèn)識(shí)電學(xué)是從了解電荷開(kāi)始的。滬科版九年級(jí)物理教材第十四章是“了解電路”。整章內(nèi)容貫穿著一條學(xué)習(xí)進(jìn)階主線(xiàn)，即電荷—電流—電路，層層遞進(jìn)，步步提升，在這條進(jìn)階主線(xiàn)中伴隨著組成完整電路的宏觀要求和微觀機(jī)制?？梢?jiàn)，電荷在“了解電路”這章占據(jù)著基礎(chǔ)性地位，因此在第一節(jié)“電是什么”的教學(xué)中，筆者決定把“電荷”當(dāng)作核心概念進(jìn)行建構(gòu)，整節(jié)內(nèi)容以“電荷”為進(jìn)階主線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(二)希望培養(yǎng)的關(guān)鍵能力(核心素養(yǎng))

在“電是什么”的教學(xué)中，學(xué)生需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理論證自然界只有兩種電荷，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納總結(jié)出電荷間相互作用的規(guī)律，這培養(yǎng)了學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行科學(xué)論證的能力。在對(duì)摩擦起電原因進(jìn)行科學(xué)解釋時(shí)，學(xué)生需要從微觀角度進(jìn)行理解并分析生活中的此類(lèi)現(xiàn)象，這培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用抽象邏輯思維進(jìn)行科學(xué)解釋的能力。對(duì)于驗(yàn)電器的使用、靜電感應(yīng)的產(chǎn)生原因等也需要科學(xué)解釋的能力。因此，在本節(jié)教學(xué)中筆者希望通過(guò)適當(dāng)?shù)目茖W(xué)論證和科學(xué)解釋促進(jìn)學(xué)生形成正確的物理觀念，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)理性思維的鍛煉，使其進(jìn)一步形成正確的科學(xué)態(tài)度和認(rèn)識(shí)。

(三)期望建構(gòu)的整合聯(lián)系

在構(gòu)建核心概念“電荷”知識(shí)體系的過(guò)程中，將本節(jié)的核心概念進(jìn)階分為五個(gè)層級(jí)(如表1所示)。通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)階逐層推進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容與核心素養(yǎng)共生共長(zhǎng)，學(xué)生的能力和素養(yǎng)呈螺旋式上升。

表1 “電是什么”核心概念進(jìn)階的框架

三、教學(xué)過(guò)程與方法策略

(一)摩擦起電，引出電荷

【學(xué)情分析】學(xué)生在小學(xué)科學(xué)課上就接觸過(guò)此類(lèi)現(xiàn)象，生活中也有許多事實(shí)經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)是有前概念支撐的。這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)進(jìn)階屬于經(jīng)驗(yàn)、映射層級(jí)。

【教學(xué)過(guò)程】

師：大海中浮動(dòng)的水母，向四周伸出長(zhǎng)長(zhǎng)的觸手，十分美麗。老師用紙巾多次摩擦一端捆扎好的塑料繩(邊說(shuō)邊做演示實(shí)驗(yàn))，你看到了什么？

生：一根根長(zhǎng)長(zhǎng)的塑料繩像水母的觸手一樣四散飄了起來(lái)。

師：這是塑料繩帶電的現(xiàn)象，電是什么？人們最初是從摩擦起電認(rèn)識(shí)電現(xiàn)象的，讓我們也從摩擦起電開(kāi)始了解電吧。

師：請(qǐng)你用桌上準(zhǔn)備的物品及身邊的器材(氣球、橡膠棒、毛皮、泡沫球等)完成實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象并記錄下來(lái)。

學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：探究摩擦起電現(xiàn)象，將結(jié)果記錄在表格中(如表2所示)。

表2 摩擦起電現(xiàn)象探究結(jié)果

學(xué)生總結(jié)并學(xué)習(xí)帶電體的性質(zhì)和摩擦起電的方式。

【進(jìn)階說(shuō)明】通過(guò)教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生知道了摩擦可以起電，但學(xué)生看不到“電”。這是滲透物理思想的好時(shí)機(jī)。如果知道了帶電體的性質(zhì)，學(xué)生就會(huì)想：可以通過(guò)帶電體的性質(zhì)間接判斷物體是否帶電，這包含了轉(zhuǎn)換法的物理思想，這樣學(xué)生就看到了“電”，而摩擦起電只是使物體帶電的一種方法。這一部分的教學(xué)主線(xiàn)是：神奇靜電現(xiàn)象—物體帶上電荷—帶電體性質(zhì)—摩擦起電方式。

(二)電荷種類(lèi)、電荷間作用規(guī)律、電荷的多少

【學(xué)情分析】這部分屬于學(xué)習(xí)進(jìn)階發(fā)展層級(jí)中的映射、關(guān)聯(lián)層級(jí)。自然界中電荷種類(lèi)有幾種？學(xué)生心里對(duì)此已經(jīng)有樸素的物理概念，但從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)進(jìn)行科學(xué)合理的邏輯論證得出只有兩種電荷，學(xué)生是沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)的。經(jīng)歷這樣的科學(xué)論證并進(jìn)行歸納總結(jié)，利用結(jié)論對(duì)之前的摩擦起電現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)解釋?zhuān)昂蠛魬?yīng)，經(jīng)驗(yàn)進(jìn)階到規(guī)律，規(guī)律聯(lián)系著具體事例，實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心概念和核心素養(yǎng)的進(jìn)階。

【教學(xué)過(guò)程】

師：用同一塊絲綢摩擦過(guò)的兩根玻璃棒，其所帶電荷的種類(lèi)應(yīng)該是相同的。

師：將其中一根玻璃棒放在支架上，手持另外一根與之靠近，會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生？

生：可能相互排斥。

(學(xué)生上臺(tái)演示，看到的現(xiàn)象與猜想吻合。)

師：用毛皮摩擦兩根橡膠棒。參照剛才的做法，手持橡膠棒和支架上的橡膠棒靠近時(shí)，會(huì)有什么現(xiàn)象？

生：我猜也會(huì)相互排斥。

師：若用剛才的玻璃棒去靠近剛才的橡膠棒(橫放在旋轉(zhuǎn)支架上)，又會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？

生：可能會(huì)相互吸引。

(學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，探究電荷種類(lèi)和作用規(guī)律)

學(xué)生記錄現(xiàn)象、總結(jié)歸納：自然界至少有兩種電荷。

師：大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，自然界中只有兩種電荷。(教師闡明人們對(duì)正、負(fù)電荷的規(guī)定。)

(教師通過(guò)剛才的實(shí)驗(yàn)和推理過(guò)程，讓學(xué)生總結(jié)出電荷間作用的規(guī)律。)

師：同學(xué)們現(xiàn)在能解釋剛上課時(shí)塑料繩炸開(kāi)的現(xiàn)象了嗎？

(學(xué)生生解釋現(xiàn)象。)

師：電荷有正負(fù)之分，也有多少之分。(教師講解電荷量的概念。)

【進(jìn)階說(shuō)明】教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生在課上的概念學(xué)習(xí)及發(fā)展水平，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察、思考發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，讓學(xué)生沿著概念進(jìn)階的途徑，突破原有認(rèn)識(shí)的局限，使對(duì)概念的認(rèn)知和相應(yīng)的能力同時(shí)得到發(fā)展。

(三)解釋摩擦起電：電子的轉(zhuǎn)移

【學(xué)情分析】對(duì)摩擦起電原因進(jìn)行分析屬于學(xué)習(xí)進(jìn)階發(fā)展層級(jí)中關(guān)聯(lián)、系統(tǒng)層級(jí)。這部分內(nèi)容對(duì)學(xué)生的抽象思維、演繹推理能力都有較高的要求。

【教學(xué)過(guò)程】

師：我們?cè)诎四昙?jí)已經(jīng)了解了物質(zhì)可以再分的思想(如圖1所示)。從這個(gè)意義上說(shuō)，任何物體都是自帶“電荷”的，為什么我們還說(shuō)某物體不帶電呢？

生：原子核所帶正電量和電子所帶負(fù)電量相等，因而物體不帶電。其實(shí)我們說(shuō)的物體帶不帶“電”，指的是整個(gè)原子對(duì)外表現(xiàn)出的“凈電量”。

師：同學(xué)們?cè)偎伎?，物體若失去了電子，會(huì)顯示帶什么電？

生：若失去電子，則正電荷的電量大于負(fù)電荷，則物體對(duì)外顯示帶正電。

師：若得到了電子呢？

生：則負(fù)電荷的電量大于正電荷，則物體對(duì)外顯示帶負(fù)電。

師：你能試著解釋絲綢和玻璃棒在摩擦后，玻璃棒帶上正電的現(xiàn)象嗎？

(學(xué)生嘗試解釋。)

師：你能總結(jié)出摩擦起電的原因了嗎？

生：電子的轉(zhuǎn)移，并沒(méi)有創(chuàng)造出新的電荷。

師：從原子核對(duì)電子的束縛能力(如圖2所示)中推測(cè)，當(dāng)毛皮和塑料摩擦?xí)r，毛皮將帶什么電？塑料帶什么電？

(學(xué)生思考并回答。)

師：細(xì)心的同學(xué)在本節(jié)“探究摩擦起電”實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)并不是所有物體摩擦后都帶電，有的物體(比如有金屬外殼的筆、鋼尺等)摩擦后沒(méi)有帶電，這是為什么呢？

(教師展示介紹常見(jiàn)的導(dǎo)體和絕緣體。)

生：金屬被摩擦后所帶的電荷立刻就被人體導(dǎo)走了，電荷無(wú)法在金屬上留存。

師：非常好，如果人帶上絕緣手套拿著金屬棒摩擦，金屬棒也會(huì)帶上電荷。

師：選用絕緣體比如橡膠棒、玻璃棒做摩擦起電實(shí)驗(yàn)，可以更方便地觀察到經(jīng)過(guò)摩擦后絕緣棒上累積的電荷，這些在物體上累積的電荷就是“靜電”。當(dāng)物體上積累的靜電遇到導(dǎo)體時(shí)，積累的電荷就會(huì)瞬間被導(dǎo)走，形成放電現(xiàn)象。

生：干燥天氣我們身上積累的靜電碰到金屬時(shí)也會(huì)被導(dǎo)走，接觸時(shí)有被“電擊”的感覺(jué)。

【進(jìn)階說(shuō)明】通過(guò)設(shè)置問(wèn)題引領(lǐng)，學(xué)生逐步從微觀層面理解摩擦起電的原因，并能合理地解釋為什么有的物體摩擦后帶“電”，而有的物體摩擦后卻不帶“電”。從靜態(tài)的“電”(靜電)到動(dòng)態(tài)的“電”(靜電通過(guò)導(dǎo)體被導(dǎo)走)，學(xué)生對(duì)于“電荷”這一核心概念的理解又有了進(jìn)階。

(四)驗(yàn)電器

【學(xué)情分析】這部分屬于發(fā)展層級(jí)中的關(guān)聯(lián)、系統(tǒng)和初步的整合層級(jí)。學(xué)生已經(jīng)具有了電荷種類(lèi)、電荷相互作用規(guī)律、自由電荷在導(dǎo)體中容易移動(dòng)等前概念知識(shí)，此時(shí)借助問(wèn)題逐步深入，讓學(xué)生從微觀層面嘗試?yán)斫怛?yàn)電器的使用。

【教學(xué)過(guò)程】

師：經(jīng)過(guò)前面的學(xué)習(xí)，你能判斷一個(gè)物體是否帶電嗎？

生：可以根據(jù)帶電體的性質(zhì)判斷；還可以根據(jù)電荷間相互作用的規(guī)律進(jìn)行判斷。

師：在實(shí)驗(yàn)室里，還可以用驗(yàn)電器檢驗(yàn)物體是否帶電。

(學(xué)生觀察驗(yàn)電器的結(jié)構(gòu)。)

師：待檢驗(yàn)物體接觸驗(yàn)電器時(shí)，若金屬箔張開(kāi)角度，則說(shuō)明該物體帶電。為什么金屬箔張開(kāi)角度就說(shuō)明待測(cè)物體帶電？

生：金屬箔張開(kāi)角度說(shuō)明金屬箔帶電且是相同的電荷互相排斥，金屬箔所帶的電是待檢驗(yàn)物體轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的。

師：如果張角越大，說(shuō)明什么？

生：金屬箔帶的電越多。

師：僅憑金屬箔張開(kāi)角度，能直接判斷物體所帶電荷的種類(lèi)嗎？

生：不能。物體無(wú)論帶正電還是帶負(fù)電，去接觸驗(yàn)電器時(shí)都會(huì)使驗(yàn)電器金屬箔帶電而張開(kāi)角度。

師：我們知道在金屬導(dǎo)體中只有自由電子會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。若橡膠棒接觸驗(yàn)電器使其帶上負(fù)電，這一過(guò)程中自由電子如何轉(zhuǎn)移？

生：電子從橡膠棒轉(zhuǎn)移給驗(yàn)電器的金屬箔。

師：若玻璃棒接觸驗(yàn)電器使其帶上正電，該過(guò)程中自由電子如何轉(zhuǎn)移？

生：從表面上看是正電荷從玻璃棒轉(zhuǎn)移到了驗(yàn)電器，但正電荷不移動(dòng)，實(shí)際是自由電子在轉(zhuǎn)移。電子轉(zhuǎn)移的方向?yàn)轵?yàn)電器到玻璃棒，最終使得玻璃棒正電減少，驗(yàn)電器正電增多。

師：非常好！這就好比沾滿(mǎn)水的手去握干手，最后兩只手都會(huì)沾上水。驗(yàn)電器也帶上了與待測(cè)物體相同的電荷。

(師生歸納總結(jié)驗(yàn)電器的工作原理。)

【進(jìn)階說(shuō)明】在驗(yàn)電器的介紹中強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)金屬導(dǎo)體中自由電子如何轉(zhuǎn)移的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)“握手”的類(lèi)比讓這一抽象的過(guò)程盡量形象化，實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階，幫助學(xué)生更好地理解驗(yàn)電器的帶電情況，為之后電流的教學(xué)進(jìn)行了很好的鋪墊。此環(huán)節(jié)學(xué)生認(rèn)識(shí)到通過(guò)接觸的方式也可以使物體帶電。

(五)靜電感應(yīng)

【學(xué)情分析】這部分屬于發(fā)展層級(jí)中的系統(tǒng)、整合。學(xué)生已經(jīng)對(duì)電荷間的相互作用規(guī)律、金屬中含有大量自由電荷有了一定的理解，此時(shí)通過(guò)現(xiàn)象去理解靜電感應(yīng)就會(huì)水到渠成。

【教學(xué)過(guò)程】

師：我們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，用帶負(fù)電的橡膠棒靠近驗(yàn)電器時(shí)，箔片也會(huì)張開(kāi)，這是怎么回事呢？

(教師邊講邊做演示。)

生：金屬中有大量的自由電子，我猜是驗(yàn)電器中的自由電子被排斥到金屬箔那一端，使得兩片金屬箔帶電而張開(kāi)角度。

師：說(shuō)得很好！這其實(shí)是靜電感應(yīng)現(xiàn)象。

(學(xué)生觀看視頻“靜電感應(yīng)現(xiàn)象：避雷針”。)

師生共同總結(jié)：摩擦起電、接觸帶電、靜電感應(yīng)這三種方式都能讓物體帶上靜電。這三種起電方式都伴隨著自由電荷的轉(zhuǎn)移。人們有時(shí)要預(yù)防靜電的危害，有時(shí)也會(huì)利用靜電，比如靜電復(fù)印、靜電植絨等。

【進(jìn)階說(shuō)明】在這一環(huán)節(jié)，師生對(duì)本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行了應(yīng)用整合，總結(jié)了使物體帶電的一些方法，升華了對(duì)本節(jié)課的核心概念“電荷”的理解。物理與生活建立了緊密的聯(lián)系，使學(xué)生感受到物理學(xué)有所用，深化對(duì)物理學(xué)科的情感和態(tài)度。

結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，筆者主要基于物理邏輯推進(jìn)課堂教學(xué)。而在學(xué)習(xí)進(jìn)階模式指導(dǎo)下，筆者在教學(xué)時(shí)會(huì)首先考慮這一章或這一節(jié)的核心概念是什么，怎樣通過(guò)進(jìn)階路徑促進(jìn)物理核心概念和物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。本節(jié)課從引出電荷到電荷種類(lèi)、電荷多少、電荷間作用規(guī)律，再到電荷的轉(zhuǎn)移(摩擦起電原因，驗(yàn)電器帶電的微觀原因，靜電感應(yīng)的原因)，始終圍繞著核心概念“電荷”，有一條清晰的進(jìn)階主線(xiàn)；通過(guò)創(chuàng)設(shè)合適的教學(xué)情境和問(wèn)題來(lái)實(shí)現(xiàn)核心概念的進(jìn)階，幫助學(xué)生重組認(rèn)知結(jié)構(gòu)，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的內(nèi)化生成。基于核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)任重道遠(yuǎn)，仍需要更多教師立足一線(xiàn)，不斷深耕，摸索前行。