杭建英

摘 要：?jiǎn)卧O(shè)計(jì)考慮學(xué)科的邏輯性與學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的融合，漸進(jìn)建構(gòu)核心概念形成物理觀念；關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，通過過程保障學(xué)生體驗(yàn)的發(fā)生，逐步提升學(xué)生的思維能力；教學(xué)過程滲透常態(tài)理念、建模思想，發(fā)展實(shí)踐創(chuàng)新能力，發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)卧O(shè)計(jì)；物理觀念；核心技能；建模；實(shí)踐創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）4-0073-5

“蘇科版”《物理》教材設(shè)置“綜合實(shí)踐活動(dòng)”欄目，提供創(chuàng)新性的研究課題，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生采用多樣化的學(xué)習(xí)方式和多途徑利用教學(xué)資源，讓物理知識(shí)的學(xué)習(xí)更貼近生活。內(nèi)容具有一定的綜合性，與生活和社會(huì)有較緊密的聯(lián)系，有利于發(fā)展學(xué)生的個(gè)性和特長(zhǎng)。它能使學(xué)生經(jīng)歷相對(duì)完整的探究過程和獲得開放性的技術(shù)訓(xùn)練，從而培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、提高實(shí)踐能力。顯然它不是一個(gè)簡(jiǎn)單的課題，它的教育價(jià)值也很難在一堂課上得以充分體現(xiàn)。它應(yīng)該是學(xué)生通過一個(gè)單元的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)知識(shí)的漸進(jìn)建構(gòu)、掌握了必備技能及足夠強(qiáng)烈的探究興趣之后，才能較好地開展的綜合性的實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)，而這恰恰是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。因此，要切實(shí)有效地開展綜合實(shí)踐活動(dòng)，教師要從指向核心素養(yǎng)的單元設(shè)計(jì)開始。

物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面的要素構(gòu)成。其中，物理觀念代表知識(shí)的內(nèi)化與升華，是其他核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，科學(xué)思維和科學(xué)探究是關(guān)鍵能力，科學(xué)態(tài)度和責(zé)任是必備品格。四個(gè)方面相互依賴、共同發(fā)展。因此，在單元設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)圍繞這四個(gè)方面，構(gòu)建核心概念，形成物理觀念；強(qiáng)化科學(xué)思維，發(fā)展探究技能；結(jié)合生活實(shí)際，培養(yǎng)核心品格，才能讓實(shí)踐創(chuàng)新水到渠成。本文以“電路初探”單元為例，對(duì)此進(jìn)行討論。

1 在活動(dòng)中構(gòu)建核心概念形成物理觀念，為實(shí)踐創(chuàng)新儲(chǔ)備知識(shí)

電，是現(xiàn)代社會(huì)須臾不可離的“空氣和水”。電路，對(duì)學(xué)生來說是既熟悉又陌生，時(shí)刻看到各種“有電”的現(xiàn)象，卻不明白“電”為何物？且常常因各種“有電危險(xiǎn)”的警示標(biāo)志，對(duì)“電”敬而遠(yuǎn)之。因此，關(guān)于“電”，學(xué)生其實(shí)沒什么概念，他們只知道“燈亮了”“電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)了”“電腦打開了”……就是有電了。電流真實(shí)存在，卻難以見到其具體形態(tài)。如何才能讓學(xué)生有實(shí)踐創(chuàng)新的可能呢？本單元活動(dòng)豐富，層層遞進(jìn)，共有7個(gè)活動(dòng)、2個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)和1個(gè)綜合實(shí)踐活動(dòng)。從最緊密的生活現(xiàn)象開始熟悉用電器，通過拆接手電筒了解電路的基本組成，知道用電器工作是因?yàn)橛须娏髁鹘?jīng)用電器；嘗試讓1個(gè)燈亮起來，深度觀察各電路元件的構(gòu)造，知道如何形成通路；通過讓2個(gè)燈亮起來，嘗試不同方式連接，再探究得出串并聯(lián)電路電流、電壓的特點(diǎn)。在不同活動(dòng)中使學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)了電流，在認(rèn)識(shí)電流的過程中為了幫助學(xué)生建構(gòu)電流的概念，我們通常將“電流”與“水流”相類比。當(dāng)學(xué)生將電流與生活中常見的水流相類比時(shí)，又容易產(chǎn)生幾種錯(cuò)誤的理解。

1.1 誤以為電流的產(chǎn)生有先后

信息快遞理論告訴我們當(dāng)直流電源對(duì)用電器供電，電流的方向是由電源的正極經(jīng)用電器到負(fù)極。這里很明確地指出“正極到負(fù)極”指的是“方向”，不表示“先后”。學(xué)生容易錯(cuò)誤地想象成電荷從正極奔流而出回到負(fù)極，形成電流。所以教師在類比時(shí)，要指出電路中充滿了電荷，就像水管中充滿了水一樣，一旦發(fā)生定向移動(dòng)，整個(gè)電路同時(shí)產(chǎn)生電流。

1.2 誤以為電流從正極到負(fù)極逐漸減弱

如圖1，在“探究串聯(lián)電路電流特點(diǎn)”時(shí)，最直觀的方法是三處同時(shí)接入電流表，無論兩燈規(guī)格是否相同，三個(gè)電流表示數(shù)始終相同，尤其是當(dāng)兩燈規(guī)格不同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)兩燈亮度其實(shí)不同，但電流完全相同。盡管這個(gè)現(xiàn)象和他們的前概念有沖突，但事實(shí)面前他們還是心悅誠(chéng)服地接受了“串聯(lián)電路中，電流處處相等”的結(jié)論，再次說明電流不會(huì)遞減。

1.3 誤以為并聯(lián)支路越多，各支路電流越小

探究“并聯(lián)電路電流特點(diǎn)”時(shí)，學(xué)生比較容易通過實(shí)驗(yàn)探究得出：并聯(lián)電路中，干路電流等于各支路電流之和。但知識(shí)內(nèi)化還是需要過程的。雖然能通過實(shí)驗(yàn)記住公式和結(jié)論，但學(xué)生還是容易不自覺地將電流和水流相類比，認(rèn)為“干路電流不變，支路越多，各支路分到的電流越少”這樣的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。這個(gè)思維的障礙，在分析論證時(shí)，教師可以利用三個(gè)電流表同時(shí)接入并聯(lián)電路，設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)來模擬并聯(lián)支路逐漸增多的過程中干路及支路電流的變化情況（如圖2）。

步驟1：只閉合開關(guān)S，燈L2亮，A、B兩處電流相等，即IA=IB；

步驟2：再閉合開關(guān)S1，兩燈都亮，且L2亮度幾乎不變，電流表A2示數(shù)也幾乎不變，電流表A3示數(shù)變大，此時(shí)IA=IB+IC 。

可見，增加一條支路，對(duì)原有支路幾乎不影響，但干路電流增大了。并聯(lián)電路中每一條支路都可看成直接與電源相連形成通路的，干路只是各支路的公共通道。

知道“電路”，認(rèn)識(shí)“電流”，并非僅僅指它的定義。物理的特點(diǎn)是，看到一個(gè)名詞，腦子里反應(yīng)出的應(yīng)該是一張圖、一個(gè)模型甚至是一個(gè)具體的動(dòng)態(tài)的過程。如果只是記住幾個(gè)名詞、規(guī)律、公式，即便再豐富的活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)，也只是機(jī)械的識(shí)記或是缺乏思考的模擬和操作，學(xué)生能力的缺乏必將在實(shí)踐中顯露出來。

2 在反思中提高核心技能，發(fā)展科學(xué)思維，為實(shí)踐創(chuàng)新提供能力

在豐富的活動(dòng)中學(xué)生掌握了很多技能：（1）根據(jù)實(shí)物電路，能用規(guī)定的電路器件符號(hào)畫出簡(jiǎn)單電路圖；（2）能看懂串、并聯(lián)電路圖，并連接實(shí)物電路；（3）會(huì)正確使用電流表、電壓表。但是，在這一系列的活動(dòng)中，學(xué)生一定也遇到了不少問題。例如，有時(shí)燈不亮，有時(shí)電表沒有示數(shù)等。有的學(xué)生可能一堂課下來，因?yàn)楦鞣N原因電路都沒連接成通路，既沒得到及時(shí)的幫助，自己也找不出原因，更沒有興趣去自主探究與創(chuàng)新。所以，教師在教學(xué)過程中不僅要及時(shí)關(guān)注他們的探究行為，引導(dǎo)學(xué)生反思、總結(jié)并及時(shí)給予診斷分析，也要將促使實(shí)驗(yàn)成功的技能逐步滲透在教學(xué)過程中。主要提倡兩種方法。

2.1 用導(dǎo)線查斷路故障

其實(shí)，其原理很簡(jiǎn)單，就是用一根完好的導(dǎo)線去替換電路的各組成部分，直至形成通路。學(xué)生完全能接受，并且一旦他們自己查出問題，他們的熱情會(huì)伴著成就感劇增。實(shí)驗(yàn)課上，教師也會(huì)比較省心，他們會(huì)自信地告訴你，他的電路故障可能是什么原因造成的，需要更換什么，教師只需復(fù)查就行。不管正確與否，起碼他們敢于去探索了。

2.2 用電壓表查斷路故障

用電壓表查斷路故障，操作方便又直觀，且電路安全，不會(huì)形成短路。首先，電壓表與電源并聯(lián)，測(cè)是否有電壓；然后，將電壓表與電路各組成部分并聯(lián)，當(dāng)電壓表有示數(shù)時(shí)，即與之并聯(lián)的部分有斷路。

所以，結(jié)合本校學(xué)生的實(shí)際情況，筆者增設(shè)了一堂實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課，除了復(fù)習(xí)一些主要實(shí)驗(yàn)，另要求學(xué)生嘗試設(shè)置故障，體驗(yàn)查故障。實(shí)踐下來發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的興趣很濃，很有成就感，學(xué)物理的興趣也與日俱增。當(dāng)學(xué)生懂得了如何去查故障，不僅發(fā)展了他們分析電路的思維能力，并且有助于他們養(yǎng)成堅(jiān)毅的品格。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)探究過程中若遇到困難，就不會(huì)因?yàn)榫趩识p易放棄，一定會(huì)在相互協(xié)作中試著自己去解決。

3 在拓展中建立常態(tài)理念孕育建模意識(shí)，為實(shí)踐創(chuàng)新指明方向

認(rèn)真研讀“蘇科版”教材，在單元設(shè)計(jì)中整體把控教學(xué)主線的前提下，大膽嘗試拓展，讓教師體會(huì)到了物理真是越教越有趣。

3.1 水果電池常態(tài)取材的優(yōu)勢(shì)

教師在教學(xué)過程中，要依據(jù)教材但不拘泥于教材，教材也給執(zhí)教者提供了靈活再創(chuàng)造的空間。本章第四節(jié)課后“WWW”中，有個(gè)自制水果電池的實(shí)驗(yàn)，實(shí)事求是地說，初三學(xué)生迫于學(xué)業(yè)的負(fù)擔(dān)和壓力，他們憑興趣進(jìn)行自由創(chuàng)作的空間并不是很大。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)如果不做也很可惜，所以，可以選擇演示，作為拓展實(shí)踐內(nèi)容之一。

實(shí)驗(yàn)室有兩個(gè)專門的原電池電極，插入梨、柿子等水果中，產(chǎn)生的電壓很大，有時(shí)可以達(dá)到1 V以上，能用0～3 V量程的電壓表測(cè)量。但是，筆者選用了抽屜里廢棄的銅鑰匙和一塊廢鐵片零件（如圖3），用微電流計(jì)測(cè)量。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常新奇：原來電池就這么簡(jiǎn)單！同時(shí)也進(jìn)一步理解了電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。教師刻意選擇得隨意，目的在于潛移默化地影響學(xué)生——這些材料你也有，你也可以回去試一試。物理教師一定不能刻板，不能過分在意機(jī)械識(shí)記的東西，要盡可能地讓物理課堂生活化。讓學(xué)生感覺到生活即物理，物理即生活，建立常態(tài)理念。另外，若用專用電極，因?yàn)楫a(chǎn)生的電壓較大，當(dāng)改變電極間距時(shí)，由于電壓變化量較小，電壓表往往無法測(cè)出，因而不利于引導(dǎo)學(xué)生深入地猜想和探究。

3.2 建模從孩子心底的童話夢(mèng)開始

環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生逐步構(gòu)建了電路的物理知識(shí)，掌握了電路連接的基本方式和基本技能，對(duì)“電”也由陌生到熟悉，以至于對(duì)電路也產(chǎn)生了一定的興趣。所以，像“病房呼叫電路”“選答器” 等簡(jiǎn)單電路都可以在課堂上完成初步的設(shè)計(jì)。但要引燃學(xué)生內(nèi)心強(qiáng)烈的創(chuàng)作欲望，總還需要關(guān)鍵的一點(diǎn)火苗。

拓展研究中，樓梯燈的設(shè)計(jì)要用兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)，這樣的開關(guān)學(xué)生從沒涉及過，讓他們自行設(shè)計(jì)也是不太可能。所以，筆者自己設(shè)計(jì)了一個(gè)學(xué)生生活中非常熟悉的、內(nèi)外都能獨(dú)立控制的“床頭燈”的電路模型（如圖4）。孕育建模興趣，從孩子們心底的童話夢(mèng)開始。課堂教學(xué)片段如下：

師：這是一個(gè)房間，有一扇窗、一張床還有一盞床頭燈。

（仿佛共同步入一個(gè)神秘又可愛的童話世界，學(xué)生已然愉悅。）

師：如果這盞燈是由一個(gè)普通開關(guān)控制的話，天黑了，我們得抹黑走到床頭，摸索尋找開關(guān)……你們房間的燈是這樣打開的嗎？

生（恍然大悟，有點(diǎn)激動(dòng)）：不是的！不是的！可以在門外開的。

（教師走到左側(cè)門外，向上撥動(dòng)開關(guān)，燈亮了。）

師：燈亮了，走進(jìn)房間，接下來準(zhǔn)備關(guān)燈睡覺了。

（教師走到右側(cè)床邊，向下?lián)軇?dòng)開關(guān)，燈滅了。學(xué)生非常熟悉這樣的場(chǎng)景，都開心地笑了。）

師：這時(shí)，你媽媽想來看看你。

（教師又走到左側(cè)門外，向下?lián)軇?dòng)開關(guān)，燈又亮了，學(xué)生歡呼。）

有學(xué)生開始插嘴：我覺得太刺眼了，又把燈關(guān)了！

（教師按學(xué)生意思，走到右側(cè)床邊向上撥動(dòng)開關(guān)，燈又滅了，學(xué)生非常欣喜又好奇。教師重復(fù)以上操作，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察。）

師：同學(xué)們！仔細(xì)看，仔細(xì)想，當(dāng)兩個(gè)開關(guān)處于什么位置時(shí)，燈會(huì)亮??？

（同學(xué)們聚精會(huì)神，然后發(fā)現(xiàn)了。）

生：當(dāng)兩個(gè)開關(guān)同時(shí)撥到上面，或同時(shí)撥到下面時(shí)。

（教師板畫如圖5，介紹兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)。）

師：當(dāng)開關(guān)同時(shí)接1和1'或2和2'時(shí)，燈就會(huì)亮，說明什么呢？

生：內(nèi)部應(yīng)該已有導(dǎo)線連接好了。

（教師補(bǔ)畫兩根導(dǎo)線，連接1、1'和2、2'，然后將此電路模型翻轉(zhuǎn)，向同學(xué)們展示其內(nèi)部連接，同學(xué)們歡呼鼓掌。）

師：其實(shí)這個(gè)電路模型結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，花個(gè)十幾分鐘時(shí)間就可以做好了。同學(xué)們，你們想不想試一試呢？你們一定也可以的！下周一單元測(cè)驗(yàn)，100分文本測(cè)試，再附加10分設(shè)計(jì)一個(gè)電路模型，要求畫出電路圖及簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)思路，自愿完成。利用你們自備的電學(xué)盒器材，可以選做書上提供的課題，也可以設(shè)計(jì)任何你喜歡的電路?？梢哉故灸銈儶?dú)特的個(gè)性設(shè)計(jì)，沒有器材的同學(xué)也可以選擇同學(xué)合作完成，可以從模型的科學(xué)性、設(shè)計(jì)的新穎性、工藝水平和演示效果等幾方面來完善你的設(shè)計(jì)。

此時(shí)，同學(xué)們的眼中放出異樣的光彩，那神采也持續(xù)地鼓舞著筆者。

4 在評(píng)價(jià)中拓寬維度鼓勵(lì)多元智能，為實(shí)踐創(chuàng)新強(qiáng)化動(dòng)機(jī)

學(xué)生的智力是多元的，以一種方式來要求和評(píng)價(jià)他們真的是不太科學(xué)，教師應(yīng)該發(fā)現(xiàn)每一個(gè)孩子的可愛之處，不以分?jǐn)?shù)給他們貼上標(biāo)簽。另外，在分?jǐn)?shù)不可回避的前提下，教師也應(yīng)盡可能給他們更多展示自己與眾不同某一方面思維特征的機(jī)會(huì)，對(duì)他們的個(gè)性和特長(zhǎng)給予肯定和鼓勵(lì)。

所以，教師要多方面鼓勵(lì)孩子：（1）不要有壓力，做自己喜歡的東西就行；（2）每個(gè)人擅長(zhǎng)的思維不同，有人擅長(zhǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评?、理論分析，可能你是個(gè)不拘小節(jié)，更喜歡靈感和創(chuàng)意的人；（3）不要覺得難以創(chuàng)新，哪怕是個(gè)簡(jiǎn)單電路，你也可以從制作工藝、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)等方面來完善。即使是一樣的電路，不同的人做出來的東西一定是不一樣的。

內(nèi)在強(qiáng)烈的興趣和外因分?jǐn)?shù)的激勵(lì)，強(qiáng)化了學(xué)生的創(chuàng)作動(dòng)機(jī)。跟學(xué)生的作品相比，筆者制作的電路模型不過是個(gè)小小的引導(dǎo)而已。學(xué)生的創(chuàng)意真是噴薄而出，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了筆者的想象。我們的學(xué)生不是沒有能力，只是少有展示的空間和機(jī)會(huì)。他們創(chuàng)新的熱情與個(gè)性讓筆者感動(dòng)，激動(dòng)了很久。不過三五天的時(shí)間，他們交出了六十幾件作品。有的電路相當(dāng)復(fù)雜，甚至超出了目前的知識(shí)水平，說明他們有興趣自己去探究了。所以說，一旦內(nèi)在興趣被點(diǎn)燃了，思考是無處不在的。以下簡(jiǎn)單展示幾件學(xué)生作品：

作品一（圖6）：利用單刀雙擲開關(guān)改變電源電壓（探究串并聯(lián)電路時(shí)，多次實(shí)驗(yàn)的方法之一，改變電源電壓），設(shè)計(jì)的兩檔臺(tái)燈，利用所學(xué)知識(shí)，思路新穎，也注重細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，臺(tái)面上還利用“光的直線傳播”映出兩棵椰子樹的影子。

作品二（圖7）：溫馨的樓道燈設(shè)計(jì)，利用兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)，生動(dòng)簡(jiǎn)潔，有很強(qiáng)的情境感，富于聯(lián)想。并有一句頗具人文氣息的配詞“世上最美好的便是回家的路”，很能打動(dòng)人。

作品三（圖8）：一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的手電筒。平日電池電量充裕時(shí)可將單刀雙擲開關(guān)向左閉合使用。電池電量所剩無幾時(shí)，可以將開關(guān)向右閉合，通過手搖發(fā)電機(jī)發(fā)電，手電筒即可使用。單刀雙擲開關(guān)用得巧妙，設(shè)計(jì)新穎，效果也不錯(cuò)。雖說知識(shí)點(diǎn)超前了，但通過他的自主學(xué)習(xí)和探究，他做到了。

指向核心素養(yǎng)教學(xué)觀的終極目標(biāo)應(yīng)是把學(xué)生培養(yǎng)成掌握必備觀念和技能、思維靈活自由、具備協(xié)作創(chuàng)新能力的人。確保綜合實(shí)踐活動(dòng)能切實(shí)有效地開展是單元教學(xué)的終極目標(biāo)，也是教學(xué)有效性的充分體現(xiàn)。所以，教師單元設(shè)計(jì)時(shí)要注重學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在邏輯性與學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的融合，使學(xué)生順利實(shí)現(xiàn)核心概念的漸進(jìn)建構(gòu)，漸次形成物理觀念；同時(shí)，通過活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，發(fā)展核心技能，指向核心素養(yǎng)。通過綜合實(shí)踐活動(dòng)，讓絕大多數(shù)學(xué)生體驗(yàn)了創(chuàng)作的樂趣、培養(yǎng)了持久的物理學(xué)習(xí)興趣、感受到了自身的成長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳昇，李容.物理教師教學(xué)用書（九上）[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2017.