“學(xué)習(xí)即研究”導(dǎo)向的物理教學(xué)案例分析
——以人教版“電源和電流”教學(xué)為例

董文杰

（江蘇省前黃高級中學(xué)國際分校，江蘇常州 213161）

“學(xué)習(xí)即研究”觀點認為：學(xué)習(xí)的過程是發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程，其本質(zhì)就是研究的過程，學(xué)習(xí)者就是研究者.這個過程要依據(jù)學(xué)生的真實思維、構(gòu)建真實的情境、以問題為紐帶實現(xiàn)知識的構(gòu)建和方法的運用，并在質(zhì)疑評價中推進研究成果的深入和發(fā)展.學(xué)習(xí)的目的包含研究本身，不惟結(jié)論、不拘形式.這一觀點確立了學(xué)生的主體地位，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的本質(zhì)，為當(dāng)前培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)提供了有效策略.

1 人教版教材“電源和電流”的編寫意圖

學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了部分電源和電流的知識，具備一些前概念.人教版《物理》（必修3）將“電源和電流”單獨作為一節(jié)編在高中“電路及其應(yīng)用”的開篇，有其深意.首先，初中所學(xué)的關(guān)于電源和電流的淺表性知識居多，學(xué)生只是知道這些概念，并不了解其本質(zhì).本節(jié)內(nèi)容嘗試在學(xué)生之前所學(xué)的靜電場知識的基礎(chǔ)上幫助學(xué)生進一步揭示初中所學(xué)知識的本質(zhì).例如電源的作用就是維持電路中保有電勢差，導(dǎo)線中的恒定電場使得電路中形成了恒定電流.通過本節(jié)學(xué)習(xí)，凸顯高中學(xué)習(xí)內(nèi)容的理論性和邏輯性，同時也為學(xué)生將電路與靜電場建立聯(lián)系提供可能.教材圍繞培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，首先在問題環(huán)節(jié)中通過生活中的閃電現(xiàn)象和手電筒的小燈泡持續(xù)發(fā)光引出問題（物理現(xiàn)象），通過靜電場中的知識對所提的問題予以分析綜合、推理論證（培養(yǎng)科學(xué)思維），深化了初中所學(xué)的“電源和電流”的概念（形成物理概念），在節(jié)末的“STSE”中介紹當(dāng)前科技熱點電動汽車中的電池讓學(xué)生體驗學(xué)為所用的樂趣（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）.

2 對“電源和電流”教學(xué)設(shè)計的思考

把電路知識與前面所學(xué)的電場知識緊密聯(lián)系起來，是教材在電路知識呈現(xiàn)方式上的特色，教學(xué)設(shè)計要緊密圍繞這一點展開.按照“學(xué)習(xí)即研究”觀點，要落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求，就要用研究的觀點設(shè)計教學(xué)、用研究的方式組織學(xué)習(xí)、用研究的過程深化學(xué)習(xí)、用研究的文化豐富學(xué)習(xí).下面以獲得高中物理評優(yōu)課區(qū)一等獎的“電源和電流”的教學(xué)設(shè)計為例來談?wù)劇皩W(xué)習(xí)即研究”觀點下的教學(xué)思路.

3 基于“教學(xué)即研究”觀點的教學(xué)案例分析

3.1 以新穎實驗創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的研究動機

電源在電路中的核心作用是在電路中產(chǎn)生電勢差，持續(xù)供電.如何簡潔明了地說明這個問題？通過在A4紙上粘貼導(dǎo)電膠帶構(gòu)成一個“紙電路”（圖1），學(xué)生接通開關(guān)1、2會看到電源供電下的發(fā)光二極管保持常亮（有持續(xù)電流），斷開開關(guān)1，接通開關(guān)2，之前過程充滿電的電容器短暫給二極管供電，二極管閃亮后熄滅.

圖1 創(chuàng)新實驗紙電路

這個環(huán)節(jié)可以根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和課堂實際進行引導(dǎo)和設(shè)問，如果學(xué)生基礎(chǔ)較好，可以不做任何提示，讓他們自己研究電路進行對比實驗歸納結(jié)論.學(xué)生在真實的實驗體驗中對于研究電源產(chǎn)生了興趣和動力，這是實現(xiàn)研究性課堂的前提.

3.2 以核心問題為驅(qū)動，呈現(xiàn)知識學(xué)習(xí)的研究過程

布魯納認為，教學(xué)是一種提出問題與解決問題的持續(xù)不斷的活動，沒有問題就沒有學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的前提是要提出有價值和意義的問題.多輪教改的影響下，一線教師已經(jīng)具備基本的以學(xué)生為主體，充分調(diào)動學(xué)生積極性的意識，課堂上比較注重提問.然而當(dāng)前課堂上的提問，往往是欠缺充分準備的隨意性設(shè)問，充斥比較多的缺乏必要的前奏、基于完成教學(xué)任務(wù)的問題，不具備思考和研究的價值.本節(jié)課中，如圖2所示課堂設(shè)計中的4個核心問題具備研究的內(nèi)在邏輯，環(huán)環(huán)相扣，自然產(chǎn)生，每個問題都找準了學(xué)生的最近發(fā)展區(qū).引入實驗解決了電源所起的作用即在電路上產(chǎn)生了恒定電勢差；在此基礎(chǔ)上由前面所學(xué)靜電場的知識研究恒定電場促使自由電子定向移動產(chǎn)生電流；生活中燈有亮暗之別引發(fā)學(xué)生研究電流的大?。粡奈⒂^角度看電流大小和自由電子的定向移動速率有什么關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分定向移動速率和電流傳導(dǎo)速率.最后介紹生活中常見電源及其應(yīng)用，包括趣味性的水果電池和科技前沿的電動汽車電池，讓學(xué)生體會物理服務(wù)于生產(chǎn)生活的特點，進一步激勵學(xué)生學(xué)好物理基礎(chǔ)知識，為將來的科技發(fā)展助力，潛移默化中滲透科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.

圖2 教學(xué)設(shè)計中的核心問題和流程

3.3 探尋合理研究方法，促進學(xué)生對新知識的自主構(gòu)建

（1）類比法：電流類比成水流，電源類比為水泵，借助實驗演示電路中的抽象物理過程，教學(xué)片斷1.

教師：如何形成持續(xù)不斷的電流比較抽象，我們先來看看如何能夠形成持續(xù)的水流吧.大家看看我們初中學(xué)過的連通器模型，要在容器之間的導(dǎo)管中形成水流，需要什么樣的條件？

學(xué)生1：兩邊容器的液面要有高度差.

教師在左側(cè)容器中注水，水通過連接導(dǎo)管流向右側(cè)容器，但停止加水，水很快不再流動.

教師：如何形成持續(xù)不斷的水流？

學(xué)生2：不斷在左側(cè)注水.

教師：好主意，不過這么小的容器，水很快就漫出來了，還能另辟蹊徑嗎？

學(xué)生3：通過水泵不斷把右側(cè)容器的水抽到左側(cè)容器中，使得兩邊容器水面始終存在一定高度差.

教師將小型水泵放入右邊容器，通過導(dǎo)管將水源源不斷地抽到左側(cè)容器中.為方便觀察，在水中滴入一些黑色墨水（如圖3所示）.

圖3 借助水泵模擬閉合電路中產(chǎn)生持續(xù)電流

至此，電路中的一些抽象的概念都有了具體對應(yīng).要形成電流（水流）需要有電勢差（高度差），電源（水泵）通過不斷把已經(jīng)中和的電荷輸送回原電極（把水泵回原容器）形成穩(wěn)定的電勢差，從而形成持續(xù)不斷的電流.

多數(shù)教師在講電源和電流的時候會口頭進行類似對比，但我們還是提倡能夠做的實驗盡量給學(xué)生現(xiàn)場演示.就知識的理解和掌握來看，學(xué)生親身體驗的效果遠遠大于聽講.做這樣一個“水流”的小實驗并不復(fù)雜，但卻能幫助學(xué)生建立電路中幾個主要的抽象概念，它產(chǎn)生的效果可能會超出我們的預(yù)期.物理實驗是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的最好的方法，我們應(yīng)該在教學(xué)設(shè)計中多穿插一些新穎、趣味性的物理實驗.

（2）類比法：車流量的大小—電流大?。娏鲝姸龋?，教學(xué)片斷2.

教師：每天到了上下班高峰期高架上就很堵，交管部門為了采取有效措施，需要對高峰期的車流量做一個梳理，如何確定通行汽車的車流量大小？

學(xué)生：需要在一個測量點上統(tǒng)計通過的車輛數(shù).

教師：車輛數(shù)越多，車流量就越大嗎？

學(xué)生：不是，還跟時間有關(guān)，時間越長通過的車子總歸越多.

教師：那怎樣定義車流量？

學(xué)生：用觀察點上統(tǒng)計的通過的車輛數(shù)除以時間，得到單位時間內(nèi)通過的車輛數(shù)就可以反映車流量的大小了.

教師：對呀，這不就是我們之前學(xué)電場時用過的比值定義法嗎？我們在討論電場強度和電勢的時候都用到這個方法.那么今天我們也想通過比值定義法來定義電流的大小——電流強度，同學(xué)們思考一下.

學(xué)生：用通過觀察點的電荷數(shù)除以時間定義電流強弱.

教師：電路中的觀察點在哪兒？如何統(tǒng)計電荷數(shù)？請大家閱讀教材幫我解決這兩個問題.

學(xué)生：在定義電流的時候，所謂的觀察點在定義中為“某一橫截面”，無法統(tǒng)計電荷個數(shù)，因此定義中用“電荷量”來替代.

通過解決每個人都有生活經(jīng)歷的汽車流量大小問題幫助學(xué)生定義電流強度.這樣的教學(xué)設(shè)計體現(xiàn)了“研究”的特點.多數(shù)的概念和知識都是根據(jù)需要而“研究”獲得的.遇到問題，嘗試解決問題，在這個過程中進行適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)抽象就形成了物理上的概念和規(guī)律.在我的印象中，很多學(xué)生在經(jīng)過高三多輪復(fù)習(xí)后，對于電流強度的定義式印象還不深，涉及到這個概念的習(xí)題正確率都不高.經(jīng)歷解決問題的過程，體驗“研究”的需要，是有效解決抽象概念容易遺忘的一個有效途徑.

3.4 通過自制教具，將抽象問題形象化，降低“研究”的難度

教學(xué)設(shè)計中通過黑板磁吸讓學(xué)生模擬自由電荷在電路中的定向移動（如圖4 所示）.在沒有電源的情況下，正負電荷（分別用紅色和藍色磁吸表示）很快完成中和，電路中只有短暫電流.電路中連接電源后，一方面外電路中負電荷不斷與正電荷中和，另一方面電源不斷的把正電荷輸送回電源正極，維持電路中的電勢差.上述兩個過程都可以讓學(xué)生在黑板上動態(tài)展示.初中物理教學(xué)更多是以實驗幫助學(xué)生建立概念掌握知識，注重對生活現(xiàn)象的觀察，形成初步的物理概念，不追求過高的推理和論證.高中教師往往高估了學(xué)生抽象思維的能力，認為電路的知識初中已經(jīng)學(xué)過了，教師口頭復(fù)習(xí)一下即可.事實上，由學(xué)生通過親自操作實驗，將自己觀察的結(jié)果進行歸納總結(jié)形成的物理概念，其深刻性完全有別于教師灌輸?shù)母拍?通過課堂中的“研究”過程提升學(xué)生的概括能力、抽象思維能力，正是當(dāng)前課改提升學(xué)生“核心素養(yǎng)”的內(nèi)在要求.

圖4 通過黑板磁吸模擬閉合電路中的電流

4 “學(xué)習(xí)即研究”觀點下物理課堂教學(xué)的思考

4.1 創(chuàng)新實驗，以情境誘發(fā)思考

情境是激發(fā)興趣和探索欲的土壤.真實、新穎和富有趣味性的情境在認知過程中起到展示現(xiàn)象、引發(fā)思考、激發(fā)興趣的作用，是真實學(xué)習(xí)活動的開始.本節(jié)課的“引入實驗”利用了紙電路讓小燈泡閃光和持續(xù)發(fā)光，引發(fā)學(xué)生的好奇心，同時也制造了思維沖突，很自然地讓學(xué)生在體驗中領(lǐng)悟了電源在電路中所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧?，為本?jié)課的學(xué)習(xí)和研究引發(fā)出問題的火花.沒有情境的課堂，往往是欠缺學(xué)生主體意愿和思維碰撞的課堂.這種情況下掌握的知識是被人為灌輸?shù)模遣焕慰康?物理學(xué)習(xí)的重要價值是發(fā)現(xiàn)，而不是簡單的給予.

4.2 充分利用學(xué)生已掌握的知識，通過類比的方法幫助學(xué)生構(gòu)建抽象知識

因?qū)W生缺乏電場中各個概念的直接生活體驗，所以相關(guān)概念和知識顯得抽象晦澀.本節(jié)課充分利用學(xué)生已經(jīng)熟練掌握的知識，通過類比的方法讓學(xué)生自主研究、構(gòu)建新的抽象概念.比如通過水位差類比電勢差，通過水流、車流類比電流，通過水流分叉類比并聯(lián)電路，通過重力場類比電場……這大大降低了學(xué)生掌握新知識的難度.我們一直期望學(xué)生學(xué)習(xí)物理能少一些死記硬背，但如果學(xué)生不能理解所學(xué)內(nèi)容，必然導(dǎo)致囫圇吞棗機械記憶的問題.在教學(xué)設(shè)計中引導(dǎo)學(xué)生通過已學(xué)知識主動研究未知抽象知識是破解這一難題的一個方法，也符合“學(xué)習(xí)即研究”的觀點.

新一輪課改的目標是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).這一目標如何落實需要我們一線教師不斷實踐、思考和總結(jié).毫無疑問，課堂是落實這一重任的主要陣地.當(dāng)前教師已基本拒絕了上課“滿堂灌”的思想，有明確提升自己課堂魅力的意識，能夠通過一些精彩的實驗或情境設(shè)計激發(fā)學(xué)生興趣，注重師生互動.然而多數(shù)情況下，我們的課堂還達不到提升學(xué)生學(xué)科關(guān)鍵能力、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，而“學(xué)習(xí)即研究”觀點的核心是把學(xué)習(xí)的過程看作是研究的過程，特別注重在真實的物理情境和學(xué)生的親身體驗中實現(xiàn)知識的自主建構(gòu)，在科學(xué)探究的過程中形成正確的物理觀念、科學(xué)的思維方式和積極的科學(xué)態(tài)度，故“學(xué)習(xí)即研究”的觀點無疑給我們課堂改革指明了一個方向.