葛騰霄

摘 ? 要：以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)為實(shí)踐目標(biāo)，結(jié)合“電容器的電容”闡述了教學(xué)目標(biāo)的制訂策略，從深度理解、批判性思維、知識(shí)遷移等深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)出發(fā)，討論了在課堂中促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，同時(shí)對(duì)教材內(nèi)實(shí)驗(yàn)的課堂呈現(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化。指向深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)策略如下：在學(xué)生熟悉的情境中創(chuàng)造新現(xiàn)象，為學(xué)生的深度理解打好感性基礎(chǔ)；精細(xì)建模促成深度理解，現(xiàn)象解構(gòu)培養(yǎng)批判性思維；問題意識(shí)引領(lǐng)遷移思維，科學(xué)探究助力思維外顯。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；教學(xué)目標(biāo)；電容器的電容；批判性思維；探究遷移；實(shí)驗(yàn)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（2023）7-0014-5

深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者能以深度理解為起點(diǎn)，以解決復(fù)雜問題或項(xiàng)目為目標(biāo)，以新情境中的遷移為導(dǎo)向，主動(dòng)地、批判性地整合新知識(shí)。在新課標(biāo)、新教材、新高考的背景下，如何制訂教學(xué)目標(biāo)，才能豐富知識(shí)的生成過程，提高學(xué)習(xí)者的理解深度？如何突破難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的批判性思維？如何促進(jìn)學(xué)生在新情境中的定向遷移？這些問題都值得探討。

1 ? ?指向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)制訂

1.1 ? ?通過課程標(biāo)準(zhǔn)確定基本點(diǎn)、重點(diǎn)與難點(diǎn)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中關(guān)于本節(jié)的要求如下：“觀察常見的電容器。了解電容器的電容，觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說明電容器的應(yīng)用?！保郏保菀笾薪虒W(xué)目標(biāo)的基本點(diǎn)明確，但相較于2003版課標(biāo)，2020年修訂版課標(biāo)新增了“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”，并將之列為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)之一。從核心素養(yǎng)角度來說，這一改動(dòng)提高了對(duì)“觀察”“問題”“解釋”等要素的要求，即強(qiáng)化了“科學(xué)探究”，應(yīng)作為重點(diǎn)考慮。難點(diǎn)在電容器模型的建構(gòu)與電容概念的理解。鑒于課時(shí)時(shí)長有限，在充分保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)長的基礎(chǔ)上，教材中的拓展學(xué)習(xí)如“探究平行板電容器電容大小的影響因素”等內(nèi)容可視時(shí)間情況決定是否在第一課時(shí)開展。

1.2 ? ?結(jié)合單元設(shè)計(jì)理念確定課時(shí)目標(biāo)

深度學(xué)習(xí)的起點(diǎn)是深度理解，深度理解的前提是有充分的感性體驗(yàn)，特點(diǎn)是能對(duì)對(duì)象建立多點(diǎn)、多層次的認(rèn)知聯(lián)結(jié)，即納入自身的網(wǎng)狀認(rèn)知體系。因此，單節(jié)的教學(xué)目標(biāo)必須考慮其與體系的聯(lián)系?！皢卧O(shè)計(jì)”是“核心素養(yǎng)—課程標(biāo)準(zhǔn)—單元設(shè)計(jì)—課時(shí)計(jì)劃”教學(xué)設(shè)計(jì)鏈環(huán)的中觀層面，也是具體課時(shí)目標(biāo)的依據(jù)與引導(dǎo)。人教版教材把本節(jié)歸入《靜電場(chǎng)中的能量》一章，這是一種以“大概念（能量）”為中心，以意義或邏輯聯(lián)結(jié)為線索的內(nèi)容統(tǒng)整模式，便于學(xué)生完成從小概念到大概念的拼圖，進(jìn)而完成認(rèn)知圖式的自主建構(gòu)，體現(xiàn)了單元設(shè)計(jì)理念。本單元概念結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

分析本單元的概念結(jié)構(gòu)可知，“電容器的電容”在本單元肩負(fù)著在現(xiàn)實(shí)中展現(xiàn)靜電場(chǎng)的能量、討論如何存儲(chǔ)電荷（能量）、定義儲(chǔ)存能力的重任，是理論聯(lián)系實(shí)際的重要一環(huán)。同時(shí)在內(nèi)容安排上，新版人教版教材主要擴(kuò)充了情境創(chuàng)設(shè)（開頭提供電容器實(shí)物圖與問題引導(dǎo)）、實(shí)驗(yàn)探究和對(duì)“電容”概念誕生過程的思辨三方面內(nèi)容，分別對(duì)應(yīng)著科學(xué)思維（建模）、科學(xué)探究和物理觀念等學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。因此，本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

2 ? ?指向深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)策略

指向深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)策略總體應(yīng)能將深度學(xué)習(xí)中“深度理解”“批判性整合”“遷移應(yīng)用”等要素與教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)內(nèi)容相匹配，使學(xué)生能夠充分發(fā)揮主動(dòng)性，獲得深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐價(jià)值［２］。本節(jié)內(nèi)容的總體設(shè)計(jì)如圖２所示［３］。

2.1 ? ?熟悉的情境、新鮮的現(xiàn)象，為深度理解打好感性基礎(chǔ)

如圖3所示，用鋁箔緊密包裹一個(gè)裝滿水且表面平整的塑料瓶，將鱷魚夾導(dǎo)線的一端改為裸線插入鉆了小孔的瓶蓋直到浸入水中，用熱熔膠將連接處固定。另取一根導(dǎo)線同樣將一端改為裸線并將線絲盡量散開，用絕緣膠布把線絲緊密固定于鋁箔外表面，這樣便制成了簡(jiǎn)易的萊頓瓶。在課堂剛開始時(shí)戴上絕緣手套。

師：這里有個(gè)裝滿水的瓶子，下面我開始繼續(xù)朝里邊裝東西。

先將兩個(gè)鱷魚夾靠近，沒有任何反應(yīng)。再將感應(yīng)起電機(jī)（圖4）中的兩個(gè)放電叉調(diào)整到豎直向上的方向，把兩個(gè)鱷魚夾夾到放電叉頂端，搖動(dòng)手柄為萊頓瓶充電數(shù)秒。

師：我已經(jīng)裝好了。

生：裝了什么？

小心取下鱷魚夾，將兩個(gè)夾子的尖端舉起并慢慢靠近直到聽見“啪”的一聲，同時(shí)有明顯的電火花。

師：我向瓶子里裝了什么？

生：電荷。

師：這個(gè)瓶子原本是水的容器，現(xiàn)在它還可以被稱為什么？

生：電容器。

師：這樣的裝置竟然可以儲(chǔ)存電荷，還能利用電荷展現(xiàn)這么大的威力，我們把它拆開，一起來仔細(xì)看看它的構(gòu)造。類似的結(jié)構(gòu)我們可以把它做成最簡(jiǎn)單的形式，如圖5（a）所示。若圖5（b）表示一個(gè)電容器，請(qǐng)大家談?wù)劉佗冖鄹鞔硎裁?？如圖5（c）所示，請(qǐng)大家驗(yàn)證工業(yè)成品構(gòu)造原理與模型是否一致。

深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者能以深度理解為起點(diǎn)，而對(duì)電容器進(jìn)行深度理解建立在基于實(shí)物的恰當(dāng)建模之上。教材提供了電容器實(shí)物圖與問題作為情境，但工業(yè)成品與理論模型差別較大，且很難看出它是否容納了電荷，學(xué)生能體會(huì)到的與原有認(rèn)知的關(guān)聯(lián)較少，后續(xù)討論建模時(shí)便缺少知識(shí)的生成過程。

本情境中，感應(yīng)起電機(jī)是靜電實(shí)驗(yàn)常用器材，水容器的結(jié)構(gòu)是基本常識(shí)。兩者經(jīng)過簡(jiǎn)單的改造與組合就能將不易展示的靜電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為具有明顯現(xiàn)象的光能與聲能，在完成單元設(shè)計(jì)層面教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，很好地激發(fā)了學(xué)生的探究熱情。另一方面，自制器材易拆解改造，便于學(xué)生觀察物理結(jié)構(gòu)。這正好為學(xué)生自主建立平行板結(jié)構(gòu)的電容器模型提供了實(shí)物參照。最后再請(qǐng)學(xué)生觀察被拆解的成品可以達(dá)到充分夯實(shí)認(rèn)知基礎(chǔ)、鞏固模型的效果。

2.2 ? ?精細(xì)建模促成深度理解，現(xiàn)象解構(gòu)培養(yǎng)批判性思維

批判性思維是“科學(xué)思維”的重要組成部分，它來源于對(duì)事物成立前提的追問和對(duì)矛盾的分析?！坝^察電容器的充、放電現(xiàn)象”本身的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較復(fù)雜，如圖6所示，以充電為例：將開關(guān)S與“1”端相連，電流表指針右偏，先迅速增大，后慢慢變??；電壓表示數(shù)逐漸增大且先快后慢。

學(xué)生認(rèn)可這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是容易的，但關(guān)鍵在于學(xué)生是否實(shí)現(xiàn)了批判性認(rèn)知，即學(xué)生是否能夠辯證地看待已有的簡(jiǎn)單模型，并進(jìn)一步建立精細(xì)模型以解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，理解工作原理。采用遞進(jìn)式的問題鏈對(duì)復(fù)雜現(xiàn)象進(jìn)行拆解和討論是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的有效方法。

觀察完畢后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)照?qǐng)D7（a）所示的電路圖討論以下問題：

Q1：充電開始后上、下極板將會(huì)帶上何種電荷？

Q2：電流歸零前極板上的帶電量會(huì)如何變化？什么時(shí)候不再變化？

Q3：電壓表為什么有示數(shù)？充電示數(shù)增大說明什么？示數(shù)什么時(shí)候穩(wěn)定？

Q4：為什么開始電流較大，而后逐漸減??？

Q5：電容器充電過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？

設(shè)計(jì)思路：Q1啟發(fā)學(xué)生將現(xiàn)象解釋與之前的平行板電容器模型聯(lián)系起來，找到深入理解的切入點(diǎn)。

Q2聚焦電流和極板帶電量之間的關(guān)系。這實(shí)際上是解決引入階段學(xué)生就有的潛在疑惑：水容器容納水是肉眼可見的，但電容器容納的電荷放在哪里？它的內(nèi)部有什么變化？

Q3是進(jìn)一步建構(gòu)電容器模型的核心問題。剛剛學(xué)習(xí)了第九章《靜電場(chǎng)及其應(yīng)用》的學(xué)生明白電壓即電勢(shì)差，應(yīng)該有對(duì)應(yīng)電場(chǎng)，但之前的模型中沒有。于是問題的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變?yōu)椋阂笏季S能綜合最近所學(xué)批判性地重建含電場(chǎng)的電容器模型，如圖6（b）所示。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)重要信息：電容器所帶的電荷量與兩極板間的電勢(shì)差在變化時(shí)有很強(qiáng)的同步性，為下面定量測(cè)量?jī)烧哧P(guān)系做邏輯上的鋪墊。

Q4是學(xué)生批判性建立新模型后的自洽性分析問題?？梢宰寣W(xué)生立足于Q3的討論，借助電路性質(zhì)UR=U1-U2討論定值電阻中的電流變化。

Q5是本節(jié)在單元設(shè)計(jì)層面的點(diǎn)題之問，學(xué)生在批判性地考量模型與實(shí)驗(yàn)事實(shí)之后應(yīng)該對(duì)此有了比較好的判斷。

2.3 ? ?問題意識(shí)引領(lǐng)遷移思維，科學(xué)探究助力思維外顯

“問題”是科學(xué)探究的起點(diǎn)，也是學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行知識(shí)遷移的起點(diǎn)。學(xué)生只有在情境中明確地感知到問題所在，才會(huì)出現(xiàn)主動(dòng)遷移的心理動(dòng)機(jī)。因此，讓學(xué)生在情境中察覺問題，通過討論、實(shí)驗(yàn)探究等活動(dòng)展現(xiàn)遷移思維是我們幫助學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)定向遷移的有效策略。

本節(jié)中，“電容器兩極板間電勢(shì)差U跟所帶電荷量Q有何定量關(guān)系？”這個(gè)問題的產(chǎn)生情境正是上文中對(duì)Q3的討論過程。因此，在討論Q3時(shí)我們可以順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生明確感知此問題，產(chǎn)生問題解決動(dòng)機(jī)。

教材提供了倍分法實(shí)驗(yàn)方案（圖8），方案隱含了對(duì)學(xué)生能將倍分法遷移到新實(shí)驗(yàn)中的能力要求。但在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)能主動(dòng)想到用倍分法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生很少，能自主設(shè)計(jì)出合適電路的學(xué)生更少。究其原因，一是基于倍分法的實(shí)驗(yàn)在本節(jié)之前僅在“庫侖扭秤”等少數(shù)非學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)中被提到過；二是學(xué)生剛剛建立電容器模型，對(duì)它的性質(zhì)還不夠熟悉，想不到電量可以倍分。因此，如果希望學(xué)生主動(dòng)遷移，首先要幫助學(xué)生領(lǐng)會(huì)主要困難是電量難以定量測(cè)量，其次是幫助學(xué)生回顧倍分法在庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，凸出對(duì)比兩個(gè)情境中實(shí)現(xiàn)“倍分”的核心條件，由學(xué)生自己找出事物之間的聯(lián)系，并找到在新情境下實(shí)現(xiàn)“倍分”的合理方案，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)遷移與深度學(xué)習(xí)。

片段一：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比實(shí)現(xiàn)“倍分”的核心條件。

師：如果我們能直接測(cè)得多組電量、電壓值，大家覺得怎樣確定兩者的定量關(guān)系最直觀？

生：可以描點(diǎn)作圖分析圖像。

師：對(duì)這兩個(gè)物理量的測(cè)量有沒有困難？

生：電量不好定量測(cè)量。

師：我們知道庫侖做扭秤實(shí)驗(yàn)時(shí)也無法準(zhǔn)確知道帶電量的大小，他是如何看待這個(gè)問題并處理的呢？（庫侖扭秤配圖）

生：用相同的不帶電小球觸碰帶電小球，使電量每次減半，然后找比例關(guān)系。

師：大家有什么啟發(fā)嗎？

生：如果測(cè)不出電容器電荷量的準(zhǔn)確值，只要能讓它按比例變化也可以作圖尋找Q與U的定量關(guān)系。

師：按照這個(gè)思路，怎樣的東西能恰好分去電容器一半的電量？

生：另一個(gè)一模一樣但不帶電的電容器。

師：另一個(gè)電容器已經(jīng)放在器材盒中，稍后可取用。目標(biāo)電容器所帶的電荷量減半后，如何再減半？

生：再用不帶電的電容器觸碰一次。

師：是否需要再另外準(zhǔn)備一個(gè)電容器？

生：不需要，把剛才用于分走電荷的電容器放完電就行了。

片段二：巧借學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新操作助力思維外顯［４］。

師：請(qǐng)大家充分利用剛才“觀察電容器充放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)的電路（圖8中已采用數(shù)字式電壓表），設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案探究U與Q的關(guān)系，記錄數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)作圖。

一段時(shí)間后與學(xué)生討論方案并共同完成步驟：（1）再次閉合開關(guān)充電；（2）斷開開關(guān)；（3）記錄電壓值；（4）將一個(gè)不帶電的電容器與電路中已帶電的電容器觸碰幾秒后拿開（提醒學(xué)生注意電容器的長腳碰長腳，如圖9所示），記錄此時(shí)的電壓值；（5）將拿開的電容器放電（兩腳同時(shí)向?qū)w表面一碰即可）。重復(fù)（4）（5）兩步直到記錄５～６組數(shù)據(jù)為止。最終記錄的數(shù)據(jù)如圖10（a）所示，假設(shè)Q0=1，請(qǐng)學(xué)生利用Excel結(jié)合數(shù)據(jù)作出圖像。擬合后的圖像如圖10（b）所示。

設(shè)計(jì)思路：這樣我們把前后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系從平行改為遞進(jìn)，合二為一，分步聚焦探究重點(diǎn)，在給予學(xué)生更充分思考時(shí)間的同時(shí)，著重幫助學(xué)生打通從思維遷移到動(dòng)手探究的實(shí)踐路徑［5］，增強(qiáng)了學(xué)生的參與度，為學(xué)生實(shí)現(xiàn)主動(dòng)遷移提供了良好的過程展現(xiàn)支撐。

3 ? ?反思與建議

隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的施行，“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”在順序上成為了高中第一個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)。相比于初中的電學(xué)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的電路比較復(fù)雜，還有新元件，學(xué)生需要更多的時(shí)間探究。如果采用的是電解電容器，還應(yīng)不斷提醒學(xué)生注意長短腳連接、不要同時(shí)用手接觸長短腳等問題。

過程性評(píng)價(jià)可滲透于實(shí)驗(yàn)步驟之間。如評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)電容器平行板模型的理解是否逐漸深入，可在討論完充電過程以后，先請(qǐng)學(xué)生根據(jù)模型預(yù)測(cè)斷路后電壓表與電流表的表現(xiàn)，再讓他們操作驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯 ? ?趙保鋼）