張宇 劉文慧

摘?要：以“電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況”為例，闡述了基于學(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)行課前學(xué)習(xí)診斷的教學(xué)整合策略，主要包括：從宏觀層面構(gòu)建高中學(xué)段電磁感應(yīng)主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階路徑;基于進(jìn)階假設(shè)從微觀層面分析具體教學(xué)內(nèi)容;基于概念理解的發(fā)展層級模型進(jìn)行課前學(xué)習(xí)診斷;基于課前學(xué)習(xí)診斷確定學(xué)習(xí)進(jìn)階的關(guān)鍵點(diǎn);基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的課前學(xué)習(xí)診斷進(jìn)行教學(xué)整合設(shè)計(jì).

關(guān)鍵詞：課前學(xué)習(xí);教學(xué)整合;學(xué)習(xí)進(jìn)階;診斷教學(xué)

文章編號：1008-4134（2020）07-0022中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

基金項(xiàng)目：北京市教育科學(xué)“十三五”?規(guī)劃2018年度一般課題“基于課前學(xué)習(xí)診斷的教學(xué)整合模式研究”（項(xiàng)目編號：CDDB18155）;北京市西城區(qū)教育科學(xué)規(guī)劃2018年度教師專項(xiàng)課題“高中物理課前自主學(xué)習(xí)資源開發(fā)與指導(dǎo)策略研究”.

作者簡介：

張宇（1992-），女，北京人，碩士，中學(xué)二級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)研究;

劉文慧（1978-），女，山西人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)研究.

“整合與發(fā)展”已經(jīng)成為當(dāng)代基礎(chǔ)教育改革的核心理念.“整合”是通過圍繞大概念組織知識內(nèi)容，構(gòu)建概念之間的聯(lián)系，使以往科學(xué)課程中的零散概念達(dá)成整合，“發(fā)展”則是在概念體系的基礎(chǔ)上，通過學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究與設(shè)計(jì)，提出適合不同年齡階段學(xué)生認(rèn)知發(fā)展表現(xiàn)期望，使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)隨著學(xué)習(xí)進(jìn)階的延伸實(shí)現(xiàn)連貫一致的進(jìn)階發(fā)展[1].但是長期以來，我國科學(xué)教育存在過度重視“知識點(diǎn)”教學(xué)，而相對忽視學(xué)生知識體系的構(gòu)建和基于教學(xué)的核心素養(yǎng)培育規(guī)劃，使得學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展受到“知識為本”的桎梏[2].因此，在發(fā)展核心素養(yǎng)的要求下，以整合的概念體系為核心、圍繞少數(shù)概念進(jìn)行深入探究的學(xué)習(xí)進(jìn)階，已成為科學(xué)教育研究的共識.本文試圖以學(xué)習(xí)進(jìn)階為工具，以“電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況”為例，闡述基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的課前學(xué)習(xí)診斷教學(xué)整合思路，希冀對當(dāng)前物理教學(xué)有所裨益.

1?從宏觀層面構(gòu)建高中學(xué)段電磁感應(yīng)主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階路徑

依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的相關(guān)內(nèi)容，構(gòu)建“電磁感應(yīng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階假設(shè)，如圖1所示.圖1中的學(xué)習(xí)進(jìn)階假設(shè)是以認(rèn)知復(fù)雜度作為變量，復(fù)雜度的增加主要體現(xiàn)在對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的認(rèn)識從定性到定量、由宏觀到微觀、從現(xiàn)象到本質(zhì)逐步深入.L1-L4層級是奧斯特、法拉第等物理學(xué)家們基于自然界中電與磁的對稱性思考，逐步探索，在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上總結(jié)得出的定性認(rèn)識，而L5層級揭示了感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流大小的定量表達(dá)，屬于定量認(rèn)識;L1-L5層級屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象宏觀規(guī)律的描述，而L6-?L7層級則從微觀角度“電源內(nèi)部通過非靜電力對電荷做功實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化”揭示了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的本質(zhì)原因.通過以上分析，不難發(fā)現(xiàn)L6層級在進(jìn)階假設(shè)中起到了承上啟下的作用.

進(jìn)一步根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材內(nèi)容，確定學(xué)習(xí)進(jìn)階中L6層級?“產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的本質(zhì)原因”所包含的若干物理知識，見表1.

本節(jié)涉及的具體知識包括電磁感應(yīng)現(xiàn)象、電動勢、感生電場、電場力、磁場力、非靜電力、感生電動勢和動生電動勢，其中核心概念是電動勢和非靜電力.教學(xué)中需要將靜電場中的電動勢與電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感應(yīng)電動勢（感生電動勢和動生電動勢）進(jìn)行類比整合，引導(dǎo)學(xué)生明確感應(yīng)電動勢的非靜電力來源及其在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的作用.

2?基于進(jìn)階假設(shè)從微觀層面分析具體教學(xué)內(nèi)容

基于北京師范大學(xué)郭玉英物理教育研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的科學(xué)概念理解的發(fā)展層級模型（也就是較短時間內(nèi)具體科學(xué)概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階），筆者針對人教版高中物理選修3-2第四章“電磁感應(yīng)”第5節(jié)“電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況”一節(jié)的具體教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了感應(yīng)電動勢概念理解的發(fā)展層級模型，見表2.

通過以上分析可知，感應(yīng)電動勢概念的理解從低層級向高層級的“躍遷”需要學(xué)習(xí)者主動建立事實(shí)經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)概念之間的聯(lián)系，運(yùn)用類比思想找到產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的本質(zhì)原因，在此基礎(chǔ)上，建構(gòu)科學(xué)概念（電動勢、電磁感應(yīng)）與大概念（能量）之間的關(guān)聯(lián)，體會自然界普遍成立的能量守恒定律，即電磁感應(yīng)現(xiàn)象是能量守恒的一種表現(xiàn)形式，進(jìn)一步完善能量觀念.

3?基于概念理解的發(fā)展層級模型進(jìn)行課前學(xué)習(xí)診斷

進(jìn)階研究是以學(xué)生的學(xué)習(xí)為研究對象，“進(jìn)”用以描述學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展方向，而“階”則要指出發(fā)展過程中的關(guān)鍵點(diǎn)，并提供對應(yīng)的解決方案[3].鑒于此，為了解學(xué)生在感應(yīng)電動勢概念學(xué)習(xí)中存在的“階”，也就是認(rèn)知發(fā)展路徑上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及其成因，筆者依據(jù)“電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況”的具體教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)問題清單對學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)情況進(jìn)行診斷，見表3.課前診斷共分為三部分：第一部分知識回顧是對已有知識（電動勢基本含義）的掌握和理解程度進(jìn)行診斷，幫助教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn);第二部分新課診斷和第三部分口頭訪談是對課前自主學(xué)習(xí)過程中信息獲取能力、新舊知識的關(guān)聯(lián)整合以及對問題情境的分析綜合、推理論證等思維過程進(jìn)行診斷，幫助教師了解學(xué)生認(rèn)知發(fā)展路徑上的關(guān)鍵點(diǎn)，從而選擇合適的教學(xué)策略進(jìn)行精準(zhǔn)的教學(xué)設(shè)計(jì)，改進(jìn)教學(xué).

4?基于課前學(xué)習(xí)診斷確定學(xué)習(xí)進(jìn)階的關(guān)鍵點(diǎn)

概念理解發(fā)展層級的具體表現(xiàn)是對學(xué)生是否達(dá)到某一概念理解層級做出主觀判斷的依據(jù)，評價學(xué)生是否達(dá)到相應(yīng)理解層級的顯性化量尺[2].表4是已有研究在科學(xué)概念理解發(fā)展層級描述基礎(chǔ)上，擬定的科學(xué)概念理解發(fā)展層級的具體表現(xiàn)[4].依據(jù)學(xué)生對問題清單的作答情況，將診斷結(jié)果梳理后填入表4.

基于以上診斷結(jié)果，我們確定了學(xué)生在感應(yīng)電動勢概念學(xué)習(xí)中認(rèn)知發(fā)展路徑上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及其成因：

（1）部分學(xué)生提出用電荷來檢驗(yàn)感生電場的存在，但缺乏將微觀現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成宏觀現(xiàn)象來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察的策略.

（2）僅有50%的學(xué)生知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況及其分類依據(jù)，有40%的學(xué)生能夠準(zhǔn)確找到兩類電磁感應(yīng)現(xiàn)象的非靜電力來源，原因在于學(xué)生沒有建立起感應(yīng)電動勢與非靜電力做功之間的聯(lián)系.

（3）對于課本P20“思考與討論”中問題的分析不太準(zhǔn)確，原因在于學(xué)生沒有建立起宏觀導(dǎo)體棒的運(yùn)動與微觀電荷運(yùn)動之間的聯(lián)系，即導(dǎo)體棒向右運(yùn)動，導(dǎo)體棒中的正電荷也隨導(dǎo)體棒向右運(yùn)動的物理情景.

由以上分析可知，學(xué)生處于在概念理解的發(fā)展層級模型中的關(guān)聯(lián)層級，他們?nèi)狈εc宏觀現(xiàn)象相對應(yīng)的微觀情景構(gòu)建以及知識之間的關(guān)聯(lián)整合，因此本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)確定為從微觀角度理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中非靜電力的作用，提高知識間的關(guān)聯(lián)整合能力，難點(diǎn)是在課堂上整合提升，了解導(dǎo)體棒切割磁感線的情景中洛倫茲力在能量轉(zhuǎn)化過程所起的作用，進(jìn)一步發(fā)展能量守恒的物理觀念.

5?基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的課前學(xué)習(xí)診斷進(jìn)行教學(xué)整合設(shè)計(jì)

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的課前學(xué)習(xí)診斷教學(xué)整合流程如圖2所示.課前，教師采用問題清單（表3）引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并依據(jù)問題清單對學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)情況以及知識儲備進(jìn)行檢測診斷，誘出學(xué)生的想法，了解學(xué)生認(rèn)知發(fā)展路徑上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及其成因，有針對性地設(shè)計(jì)教學(xué);在課堂上，通過師生互動交流，添加、辨析、整合學(xué)生的想法，幫助學(xué)生將碎片化的知識或不規(guī)范的想法轉(zhuǎn)變?yōu)檫B貫、準(zhǔn)確的科學(xué)理解，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行相關(guān)知識的整合，促進(jìn)概念的深層次理解，從而提升學(xué)生的分析推理以及問題解決的能力.

5.1?教學(xué)環(huán)節(jié)一：對問題清單的知識回顧部分進(jìn)行答疑解惑

教師點(diǎn)評展示學(xué)生知識回顧部分的作答情況，幫助學(xué)生理解感應(yīng)電動勢的物理意義，明確非靜電力的作用和功能，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，即找到電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的非靜電力來源.

5.2?教學(xué)環(huán)節(jié)二：對感生電動勢的非靜電力進(jìn)行答疑解惑與整合提升

教師引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)角度論證感生電場的存在，豐富對場的認(rèn)識，幫助學(xué)生提升推理論證以及知識之間的關(guān)聯(lián)整合能力，最后通過無線充電的生活應(yīng)用幫助學(xué)生建立“場可以傳遞能量”的物理觀念.問題引導(dǎo)如下.

提問1：通過課前學(xué)習(xí)，大部分同學(xué)已經(jīng)知道了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種情況分別指感生電動勢和動生電動勢，你們是從教材中的哪部分內(nèi)容獲取得到這個信息的？

提問2：通過閱讀，大家已經(jīng)知道了磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場，這種電場與靜電場不同，我們把它叫做感生電場，場是看不見摸不著的，我們怎么來證明感生電場的存在呢？課前學(xué)案中，同學(xué)們給出兩套方案，有18位同學(xué)認(rèn)為在變化的磁場中加入一個試探電荷，觀察其運(yùn)動情況;有8位同學(xué)認(rèn)為在感生電場中放入閉合導(dǎo)體，檢驗(yàn)是否有感應(yīng)電流.提出第一種方案的同學(xué)請舉手示意.

提問3：為什么想到用電荷來檢驗(yàn)感生電場？

提問4：?你認(rèn)同他的觀點(diǎn)嗎？那你為什么選擇了閉合導(dǎo)體呢？電荷是一個微觀的研究對象，它的移動并不容易觀察，需要把微觀現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成宏觀現(xiàn)象來進(jìn)行觀察.

小結(jié)：因?yàn)殡妶鰧﹄姾捎辛Φ淖饔?，所以放在感生電場中的電荷會受到感生電場的力的作用而運(yùn)動起來，由于電荷的運(yùn)動不易觀察，所以需要將微觀現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為宏觀現(xiàn)象來進(jìn)行觀察，所以我們最終確定的檢驗(yàn)工具就是閉合導(dǎo)體.

演示實(shí)驗(yàn)1：這是一個線圈，要產(chǎn)生變化的磁場，需要給這個線圈通什么樣的電流呢？如何檢驗(yàn)回路中是否有電流呢？注意觀察小燈泡是否發(fā)光.實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示.

提問5：基于現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象你能否猜想這個感生電場的場線是什么形狀呢？你猜想的依據(jù)是什么？根據(jù)麥克斯韋理論這個場的場線確實(shí)是環(huán)形的.所以我們把感生電場也叫做渦旋電場.

演示實(shí)驗(yàn)2：穩(wěn)定的磁場真的不能激發(fā)感生電場嗎？如果給線圈接恒定電流，恒定電流在空間中激發(fā)穩(wěn)定的磁場，我們一起來看.

小結(jié)：通過實(shí)驗(yàn)，我們驗(yàn)證了變化的磁場確實(shí)能夠在空間中激發(fā)感生電場，回路中的自由電荷在感生電場力的作用下發(fā)生定向移動形成電流，因此，回路中感生電動勢對應(yīng)的非靜電力就是感生電場力.

提問6：現(xiàn)在老師把小燈泡取下，線圈中還有感應(yīng)電動勢嗎？怎么檢驗(yàn)?zāi)兀?/p>

演示實(shí)驗(yàn)3：用數(shù)字萬用表測量線圈的電動勢，如圖4所示.可見感生電動勢不依賴于導(dǎo)體是否閉合而存在，只要空間中存在感生電場，導(dǎo)體中就有感生電場力搬運(yùn)電荷，使導(dǎo)體兩端形成電勢差.那么這個導(dǎo)體就有了對外供電的能力，就可以充當(dāng)電源了.它一旦和外電路構(gòu)成閉合回路，感生電場力就會源源不斷地搬運(yùn)電荷，就能夠形成感應(yīng)電流.感生電動勢的大小如何計(jì)算？

應(yīng)用：今天我們通過研究認(rèn)識了變化的磁場可以激發(fā)感生電場，借助感生電場可以完成能量的傳遞，這一規(guī)律在生活中有很多實(shí)際應(yīng)用，比如手機(jī)無線充電，如圖5所示.

5.3?教學(xué)環(huán)節(jié)三：對動生電動勢的非靜電力進(jìn)行答疑解惑與整合提升

教師引導(dǎo)學(xué)生分析教材導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動所產(chǎn)生的動生電動勢的非靜電力來源以及洛倫茲力在能量轉(zhuǎn)化過程中起到的作用，幫助學(xué)生形成電磁感應(yīng)中的能量觀.

提問1：導(dǎo)體棒在切割磁感線運(yùn)動時，自由電荷為什么會受到洛倫茲力？

小結(jié)：看來導(dǎo)體內(nèi)搬運(yùn)電荷的非靜電力就是洛倫茲力.如果我們用導(dǎo)線將導(dǎo)體棒與外電路連接構(gòu)成閉合回路，讓導(dǎo)體棒勻速切割，這樣洛倫茲力就會源源不斷地把正電荷從導(dǎo)體棒的一端搬運(yùn)到另一端，這樣回路中就有感應(yīng)電流了.

學(xué)生活動：根據(jù)電動勢的定義來推導(dǎo)動生電動勢的表達(dá)式.

學(xué)生小組討論：在這個情境中洛倫茲力提供非靜電力，它的作用是搬運(yùn)電荷做功，可是上一章在磁場的學(xué)習(xí)中，洛倫茲力不做功，這里是否存在矛盾？?學(xué)生就此問題進(jìn)行表達(dá)交流.

6?結(jié)束語

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的課前學(xué)習(xí)診斷為教師進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的整合實(shí)施提供了重要依據(jù)，以理性認(rèn)識作為教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)可以較大提升課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的科學(xué)化水平[2].需要特別指出的是，基于課前學(xué)習(xí)及其診斷的教學(xué)整合，不僅是教學(xué)內(nèi)容的整合，更是學(xué)習(xí)方式和教學(xué)方式的整合，主要聚焦兩個方面：課前關(guān)注學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，主動建立新舊知識之間的聯(lián)系，有意識地帶著問題進(jìn)入課堂;課上側(cè)重答疑解惑以及知識內(nèi)容的整合提升，幫助學(xué)生進(jìn)一步深入理解核心概念以及概念之間的聯(lián)系，討論結(jié)論得出的依據(jù)和推理過程，真正把對學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展落到實(shí)處.

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2020-01-07）