科學(xué)預(yù)設(shè) 促進(jìn)生成

李軒 彭朝陽 李立琛

摘? ?要：基于生成性學(xué)習(xí)理論，采用科學(xué)預(yù)設(shè)、促進(jìn)生成的教學(xué)模式，既關(guān)注教又關(guān)注學(xué)。以“閉合電路的歐姆定律”教學(xué)設(shè)計為例，通過“情境激疑、鼓勵探究、延展思維、促進(jìn)遷移”等教學(xué)流程，培養(yǎng)學(xué)生生成性思維，繼而助力學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。

關(guān)鍵詞：生成性學(xué)習(xí)；生成性思維；核心素養(yǎng)；科學(xué)思維

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）8-0073-5

１? ? 生成性學(xué)習(xí)

１９７４年，美國學(xué)者維特羅克在《作為生成過程的學(xué)習(xí)》中寫到：“學(xué)習(xí)過程是由學(xué)習(xí)者內(nèi)屬的個體自主建構(gòu)，不是對外部信息輸入過程的完全接納；而學(xué)習(xí)活動進(jìn)行的支撐是學(xué)習(xí)主體的原有認(rèn)知與從外界環(huán)境中接受的感覺信息相互作用，是主動構(gòu)建有意義信息的生成過程”［１］。

維特羅克理論的意義在于：第一，針對學(xué)習(xí)者所必需的主動性，需要從主動接受信息過渡到納入信念體系，繼而更好地實現(xiàn)信息到知識的轉(zhuǎn)換；第二，需要去考慮新舊知識之間、學(xué)習(xí)內(nèi)容與個體之間的關(guān)系，其主動選擇的過程和建構(gòu)信息意義的結(jié)果具有一定的不確定性。

將“生成”理念與學(xué)習(xí)者思維融合所形成的生成性思維，核心在于懂得運(yùn)用創(chuàng)生、延展的思維去看待事物及其發(fā)展。讓學(xué)習(xí)者承認(rèn)生成性思維，就是“不在假定人、教學(xué)有預(yù)先存在的本質(zhì)，而是在活動中敞開其性質(zhì)”［2］，切實遵從在過程中認(rèn)知，且追求學(xué)習(xí)者的內(nèi)在體驗。而提升科學(xué)思維能力則需要學(xué)習(xí)者懂得基于客觀事實以及具有正確的邏輯思維，敢于質(zhì)疑并予以檢驗和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解。由此可見，兩者之間的導(dǎo)向一致。

２? ? 教學(xué)策略

學(xué)生的成長過程，是由教師和學(xué)生的相互作用動態(tài)生成的［3］。要實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、增強(qiáng)創(chuàng)新意識和實踐能力等目的，利用動態(tài)“生成性”的教學(xué)策略以及“以學(xué)生為中心”的培養(yǎng)過程就顯的尤為重要。

２．１? ? 教學(xué)目標(biāo)的定位

教學(xué)目標(biāo)是促進(jìn)有效教學(xué)的關(guān)鍵，應(yīng)使其與學(xué)生的思維相對接。在物理教學(xué)中強(qiáng)化落實培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，教師需要使學(xué)生具備一種“勤學(xué)好問”的質(zhì)疑精神。教師要能夠依據(jù)課堂實時情況，使學(xué)生主動參與教學(xué)互動，引導(dǎo)學(xué)生敢說、敢做、敢出錯，并且能夠?qū)W(xué)生看似“不合理”的想法進(jìn)行有效處理，引導(dǎo)學(xué)生的邏輯思維，落實教學(xué)目標(biāo)。

２．２? ? 教學(xué)流程

筆者結(jié)合生成性學(xué)習(xí)理論以及一線教學(xué)狀況，設(shè)計出如圖1所示的教學(xué)流程圖。

該流程要求教師在教學(xué)設(shè)計中善用提問的方法“逼迫”學(xué)生對事物產(chǎn)生興趣，使其產(chǎn)生疑問并主動求知。所以，筆者在教學(xué)流程中故意設(shè)計“預(yù)設(shè)生成”和“教師準(zhǔn)備”兩個重點步驟。

預(yù)設(shè)就是在教學(xué)中的有目的、有計劃、有組織的預(yù)先設(shè)計的過程。教師要做到精于準(zhǔn)備，在課堂教學(xué)中對學(xué)生的反饋信息進(jìn)行良性捕捉，并結(jié)合課堂實時狀態(tài)，有效處理學(xué)生突發(fā)問題，從而激發(fā)學(xué)生的邏輯思維。同時，還應(yīng)將教學(xué)焦點明確于學(xué)生，通過新知識的學(xué)習(xí)與原有的知識經(jīng)驗相互作用，達(dá)到一種良好的生成學(xué)習(xí)。

３? ? 基于生成性理念的“閉合電路的歐姆定律”教學(xué)設(shè)計

３．１? ? 剖析學(xué)情，確立目標(biāo)

經(jīng)過前面電勢、電路知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生對于靜電力做功與電荷量、電勢差之間的關(guān)系有了較為深刻的認(rèn)識，可以理解靜電力做功和電勢能變化之間的關(guān)系，并能夠從非靜電力做功的角度研究感應(yīng)電動勢問題，較為熟練地利用功能關(guān)系解決部分電路歐姆定律的有關(guān)電路問題。

根據(jù)新課標(biāo)要求，學(xué)生要熟練掌握并運(yùn)用閉合電路的歐姆定律解析電路各組成部分電學(xué)量的相互聯(lián)系［4］。

３．２? ? 創(chuàng)設(shè)情境，誘發(fā)質(zhì)疑

本教學(xué)設(shè)計利用認(rèn)知沖突以及實驗引入。首先，向?qū)W生展示如圖2所示裝置，并說明兩個電路的差別僅是所用電池不同（左側(cè)電路安裝的是新電池，右側(cè)電路安裝的則是舊電池）。

其次，閉合開關(guān)以后，發(fā)現(xiàn)左側(cè)電路燈泡更亮，據(jù)此，向?qū)W生提出明暗不同的疑問，激發(fā)學(xué)生積極思考后，利用圖3中的對比實驗分別提出問題：

（1）小燈泡為什么能持續(xù)發(fā)光？

（2）小燈泡為什么不一樣亮？

（3）小燈泡為什么會變暗？隨之進(jìn)入本課講解重點——“閉合電路的歐姆定律”。

３．３? ? 問題引領(lǐng)，互動探究

物理觀念的形成和發(fā)展需要教師在學(xué)生原有知識的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生深度理解物理知識群的內(nèi)部關(guān)聯(lián)，并抓住其焦點，提煉其經(jīng)驗，自然而然形成學(xué)生自己獨有的見解。

針對問題（1）：

師：以正電荷為例來描述電流形成的過程，在我們閉合開關(guān)以后，電源兩端就存在電勢差，正電荷在電場作用下，順時針定向移動，形成了電流。但是，此電流是持續(xù)的嗎？為什么能持續(xù)？

預(yù)設(shè)生成：

①學(xué)生認(rèn)為是電源發(fā)揮一定作用，維持電路運(yùn)行。

②學(xué)生認(rèn)為電源起到一種類似于“搬運(yùn)”的作用，在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極搬回到正極，但是對搬運(yùn)介質(zhì)定性有些模糊。

教師準(zhǔn)備：

①若學(xué)生反饋為第一種，教師應(yīng)該繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生針對電源如何發(fā)揮作用進(jìn)行思考，探討其作用過程是怎樣的。

②若學(xué)生反饋為第二種，教師應(yīng)繼續(xù)延伸學(xué)生所說的不確定的物理觀念，教授專業(yè)物理內(nèi)容。

焦點明確：

①電路中電流的形成：導(dǎo)體中的自由電荷（自由電子）在電場的作用下定向運(yùn)動就形成了電流。

②正電荷從電源正極出發(fā)，順時針到達(dá)負(fù)極，迅速中和此處負(fù)電荷，由于關(guān)鍵裝置——電源起到了搬運(yùn)作用，具體是從電源內(nèi)部把正電荷搬回到了正極，所以電源兩端形成了恒定的電勢差。

③上述所說電源起到的搬運(yùn)作用，是需要力來維持的，我們稱之為“非靜電力”。

教師在學(xué)生原有知識的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生深度理解物理知識群內(nèi)部的關(guān)聯(lián)，并抓住其焦點，提煉其經(jīng)驗，引導(dǎo)學(xué)生形成自己獨有的見解。

３．４? ? 延展思維，策動合作

師：不同電源中非靜電力做功的本領(lǐng)是否相同？如何比較其做功本領(lǐng)大小呢？

預(yù)設(shè)生成：

①學(xué)生認(rèn)為做功越多，做功的本領(lǐng)就越強(qiáng)。

②學(xué)生認(rèn)為要想比較做功本領(lǐng)大小，可以利用水泵抽水做功來做樣例，在相同質(zhì)量水的條件下，誰能抽的最高，本領(lǐng)就最大。由此可以類比：在一定條件下，比較做功本領(lǐng)的強(qiáng)弱。

教師準(zhǔn)備：

①若學(xué)生反饋為第一種，教師應(yīng)該利用學(xué)生熟悉的樣例來糾正學(xué)生已有認(rèn)知，作比較時，需要統(tǒng)一好目標(biāo)過程量。

②若學(xué)生反饋為第二種，教師應(yīng)該拓展學(xué)生思維，引出用比值來定義非靜電力做功的本領(lǐng)，隨之引出關(guān)于電動勢的物理概念。

焦點明確：

①在電源內(nèi)部，電源移動電荷，增加電荷的電勢能，在物理學(xué)中，人們常用非靜電力所做的功和隨其移動的電荷量之比來表征電源的這種特性——電動勢。

②電動勢，在數(shù)值上等于在電源內(nèi)部，由負(fù)極移送１庫侖的正電荷到正極非靜電力所做的功。如果非靜電力做功用Ｗ表示，移動電荷量用ｑ表示，則電源電動勢E=W/q。

③與電勢差公式U=W/q作對比：ａ．?dāng)?shù)值上，電勢差等于移送單位正電荷靜電力所做的功；電動勢等于非靜電力把單位正電荷從負(fù)極移動到正極時所做的功。ｂ．物理意義上，電勢差反映將電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)；電動勢反映將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領(lǐng)。ｃ．決定因素上，電勢差由電場本身決定，而電動勢由電源本身決定。

④電動勢只與非靜電力自身特性有關(guān)，與外電路無關(guān)。

針對問題（2）：

師：在閉合回路中，閉合開關(guān)以后，電源將在外電路當(dāng)中形成一個恒定電場，電流的方向與恒定電場的方向是一致的，正電荷將從電勢高的位置流向電勢低的位置。既然電源內(nèi)阻是一個純電阻，經(jīng)過等效以后可知，流過內(nèi)阻的電流應(yīng)向左，電勢向左減小，但是我們看圖4的右側(cè)圖中，電源內(nèi)部電場線方向向右，順著電流方向電勢在增加，這是為什么呢？

預(yù)設(shè)生成：

①學(xué)生認(rèn)為，在化學(xué)上我們曾介紹過電池內(nèi)部的構(gòu)造，在兩極處具有化學(xué)反應(yīng)層，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，用來提升電勢。

②學(xué)生認(rèn)為電源兩極處確實發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致電勢躍升，但電流流過電源時也存在電勢降落。

教師準(zhǔn)備：

①若學(xué)生反饋為第一種，教師則引導(dǎo)學(xué)生脫離固有思維，思考電源內(nèi)部和內(nèi)阻電勢實際狀態(tài)。

②若學(xué)生反饋為第二種，教師則繼續(xù)延伸學(xué)生所想，利用圖5柱體圖描述閉合電路中電勢的變化。

焦點明確：

①在外電路中，沿電流方向電勢降低。

②圖5的物理意義：在閉合電路中，電源正極電勢高而電源負(fù)極電勢低，電源充當(dāng)一個能夠?qū)⒄姾蓮碾妱菽艿吞幰苿拥诫妱菽芨咛幍妮d體。這個過程中正電荷需要突破勢壘，讓電勢能突然升高，從而維持閉合電路中的穩(wěn)定電流。簡言之，電源內(nèi)部存在電阻，沿電流方向電勢降低，但總體上電勢沿電流方向存在“躍升”。

針對問題（3）：

師：我們把外電路當(dāng)中的用電器稱為負(fù)載，負(fù)載的阻值變化會引起負(fù)載兩端電壓（路端電壓），也就是外電壓發(fā)生改變。改變的原因是由于外阻的變化會引起總電阻的變化（要注意一般情況下可認(rèn)為電動勢Ｅ和ｒ是保持不變的）。當(dāng)外阻增大時，從I=E/（R+r），U外=IR=E-Ir，可推導(dǎo)出U外增大。以這個角度看待問題（3），就可繼續(xù)推導(dǎo)出閉合開關(guān)之后，R外減小，U外減小，亮度隨之變暗。

焦點明確：路端電壓與負(fù)載之間的聯(lián)系在于Ｒ增大時，路端電壓隨電流減小而增大；Ｒ減小時，路端電壓隨電流增大而減小。

３．５? ? 操作可視，推動遷移

在以上基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生探究“閉合電路電流、電源電動勢以及內(nèi)外電路電阻之和”三者間的關(guān)系。

師：我們可以繼續(xù)將外電壓用U外=Ｅ－Ｉｒ的形式來描述，Ｉｒ就是U內(nèi)，U外就是路端電壓，U外和Ｉ的關(guān)系是怎樣的呢？我們嘗試著做一下閉合電路的路端電壓U外和流過電源電流Ｉ變化的圖像。①在理論上U外=E-Ir應(yīng)該是什么圖線？②進(jìn)行實際的實驗操作是否與理論得出的圖線相吻合？

預(yù)設(shè)生成：

①學(xué)生認(rèn)為公式中的Ｅ和ｒ是不變的。

②學(xué)生認(rèn)為可以寫成類似于一次函數(shù)形式：U外=E-rI。

教師準(zhǔn)備：

①若學(xué)生反饋為第一種，教師則引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科的思考，利用其他學(xué)科的知識進(jìn)行解釋。

②若學(xué)生反饋為第二種，教師需讓學(xué)生明確我們要找的是U外和Ｉ的關(guān)系，并進(jìn)行線性關(guān)系的確認(rèn)。

焦點明確：

①U外=E-Ir是一條傾斜直線。

②橫軸截距為E/r，此時路端電壓為０，也可以認(rèn)為外電阻為０，經(jīng)常出現(xiàn)在將電源兩極直接用導(dǎo)線短路時（電源內(nèi)阻特別小，短路電流比較大，我們一般需避免將電源兩端直接短路，防止電流過大引起火災(zāi)）。

③縱軸截距為Ｅ，這是電路當(dāng)中總電流Ｉ＝０之時，相當(dāng)于開關(guān)斷開時的狀態(tài)——斷路。

以上是通過理論得到的結(jié)果。

實際實驗結(jié)論是否與理論得出的圖線相吻合？

預(yù)設(shè)生成：用定值電阻代替小燈泡，如圖6所示。

注意：用定值電阻代替小燈泡，一是為了減少探究中所關(guān)注的對象，突出研究主題的同時降低學(xué)生探究難度；二是由于小燈泡的阻值偏小，支路過多容易導(dǎo)致電流過大，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差可能性增大。

安裝圖6所示的測量電路，分小組進(jìn)行實驗。操作滑動變阻器劃片處于不同位置，測量記錄出六組有關(guān)干路電流和路端電壓的數(shù)據(jù)。接著各小組使用電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到路端電壓與干路電流的線性關(guān)系，如圖7所示。

焦點明確：

①數(shù)據(jù)處理：通過Ｅｘｃｅｌ軟件中數(shù)據(jù)處理的顯像功能，將U外，Ｉ值分別定義到平面直角坐標(biāo)系Ｙ軸與Ｘ軸，并將測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)中描點，擬合之后得出一條與坐標(biāo)軸有交點的直線。進(jìn)而對于閉合電路的路端電壓U外和流過電源電流Ｉ的關(guān)系進(jìn)行可視化探究。

②U外-Ｉ圖像蘊(yùn)含的物理意義：ａ．縱軸截距代表電源電動勢數(shù)值（表示電路斷路狀態(tài)）；ｂ．橫軸截距代表電源的短路電流（I=E/r）；ｃ．函數(shù)直線斜率的絕對值代表電源內(nèi)阻。

４? ? 結(jié)? 論

本文案例通過創(chuàng)新傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計，將以往的“技能—方法”持續(xù)完善地推進(jìn)至“素養(yǎng)—思維”，在教學(xué)過程中落實了生成性理念，帶動學(xué)生生成性學(xué)習(xí)的發(fā)生。

教學(xué)是需要預(yù)設(shè)的，但是在教學(xué)設(shè)計當(dāng)中必須思考到設(shè)計中的變化、非線性的發(fā)展。所以，教師務(wù)必要基于了解學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容和學(xué)生的思維習(xí)慣進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。只有進(jìn)行充分、科學(xué)的預(yù)設(shè)準(zhǔn)備，才能帶動課堂的有效生成。

參考文獻(xiàn)：

［１］譚敬德，陳清，張艷麗．維特羅克生成學(xué)習(xí)理論認(rèn)識論特征分析及其對教學(xué)設(shè)計的指導(dǎo)意義［Ｊ］．電化教育研究，２００９（８）：２２－２５．

［2］遲艷杰．教學(xué)本體論的轉(zhuǎn)換——從“思維本體論”到“生成論本體論”［Ｊ］．教育研究，２００１（５）：５７－６１．

［3］葉瀾．讓課堂煥發(fā)出生命活力——論中小學(xué)教學(xué)改革的深化［Ｊ］．教育研究，１９９７（９）：３－８．

［4］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn) （２０１７年版２０２０年修訂）［S］．北京：人民教育出版社，２０２０．

（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）