初中電學復習課中高階思維能力培養策略

摘?要：在復習教學中，教師要注意知識點的查漏補缺，更要關注學生能力的培養.讓學生在復習課中將知識融會貫通，并且讓學生在解決問題的過程中提高分析、評估、創造等高階思維是復習課的更高境界.本文以初中電學復習課的教學片斷為例，總結出一些高階思維能力的培養策略.

關鍵詞：復習課;高階思維;深度學習

文章編號：1008-4134（2020）02-0012?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：葛元鐘（1975 - ），男，浙江杭州人，碩士，中學高級教師，研究方向：初中課堂任務驅動教學的研究.

復習課教學是每個教師都要面對的一種課型，對學生知識的梳理和建構非常重要;復習課教學對教師是極大的考驗：教師要了解學情，了解知識體系，幫助學生建立自己的知識體系;此外，教師還要根據學生實際情況優化教學策略.

1?問題提出

在科學學科中，學生普遍認為電學比較難學，題目做了許多但成績很難提高.在初三復習階段，通過對學生的調查，發現在電學復習中存在以下幾個方面的問題，值得大家關注和研究.

1.1?分析電路缺少方法

學生不能分析動態電路.電路的呈現形式發生改變，特別是分析解決由多個開關、滑動變阻器組成的動態電路時，不知化繁為簡的方法.

1.2?教材內容理解膚淺

學生對教材的理解一知半解.比如焦耳定律這一知識點的學習，由于課本中的實驗儀器和實驗室里的實驗儀器存在不同，實驗方法也略有不同，學生不知所措.再如學習到電動機的啟動電流等結構不良領域的知識時，理解不夠深入，一知半解.

1.3?已知條件張冠李戴

學生在審題時出現張冠李戴的現象.比如電壓，已知條件中有這樣幾種表達：“額定電壓”“實際電壓”“R1兩端電壓”“總電壓”“電源電壓”等等，動態電路中由于電路連接發生改變后各用電器兩端的電壓也將發生改變，數據更易出錯.

這些問題反映出學生的比較、分析、評價等高階思維能力薄弱，這是學生的根本問題.如若只是不斷地進行重復訓練，那是治標不治本，不僅無益于學生對于知識的深化掌握，還會使學生產生厭煩情緒.

因此，本文采用恰當的教學策略，進行深度學習，培養學生學習興趣，提高學生分析問題及解決問題的高階思維能力.

2?高階思維能力的培養策略

2.1?等效分析

近幾年來國內外教育界人士越來越重視高階思維能力的培養.高階思維是處于較高認知水平層次上的心智活動或認知能力.

高階思維能力是人思維水平的重要衡量標準，也是創新能力、問題解決能力、決策能力的核心，它已逐步成為中學物理教學中重點關注和培養的內容.復雜電路的分析要用到等效的高階思維.畫出等效電路圖的方法有：節點移動法、整體法和隔離法.

無論用哪種方法都是在保證某種效果相同的前提下，抓住問題的本質，將復雜的物理過程轉化、等效為簡單的、易于研究的物理過程.巧用隔離、等效化簡.

隔離、等效化簡要分三步走：首先要把電路中的電表隔離，初中階段不計電表對電路的影響，隔離電表的做法是“電壓表去掉后該處斷開， 電流表去掉后該處用導線連通”;第二，分析串并聯，要按題意所給條件， 沿電流方向對去掉電表后的用電器逐個分析，若電流只沿一條路徑經過用電器回到電源負極， 則該電路是串聯連接，若電流流到連接點時分為幾條支路， 則該電路為并聯連接;最后，分析各電表測電路中的哪些物理量.

例1?如圖1所示的電路中，電源電壓保持不變，開關閉合后，滑動變阻器的滑片P向左移動時，三個電表的示數變化情況是（ ?）

A.的示數變小，的示數變大，的示數變小

B.的示數變大，的示數變小，的示數變大

C.的示數變小，的示數不變，的示數變大

D.的示數變大，的示數不變，的示數變小

第一，把電路中的電表“去掉”，通過對電流表電壓表的隔離分析，圖1就可以等效圖2;其次，分析圖2判斷出是串聯電路;最后，分析出電壓表測電源的電壓，電壓表測變阻器兩端的電壓，電流表測電路中的電流.

開關閉合，滑動變阻器的滑片P向左移動時電源兩端的電壓保持不變，電壓表的示數不變;P向左移動時，接入電路中的電阻變小，電路中的總電阻變小，電路中的電流變大;由U=IR可知，R兩端的電壓變大，因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，故滑動變阻器兩端的電壓的示數變小.故選D.

2.2?節點移動，等效電路

等效思維是從事物的等同效果這一基本點出發的，其目的是通過轉換思維活動的作用來降低思維活動的難度，是處理物理問題的一種重要的思維方法.導線和導線的接點是節點，節點的移動不經過用電器就不會改變電路，節點移動前后電路是等效的.通過節點移動，可以較快地畫出等效電路圖.

如圖3所示，在導線和導線的接點分別標出a、b、c、d，這四個點就是電路的節點.按規則移動這些節點可以得到圖4電路，圖4電路就是節點法畫出的更直觀的等效電路圖.

將圖4進一步進行節點移動可得圖5、圖6.這樣三個小燈泡的連接方式就更加明顯了.在這個變換中，多次運用了等效思維.

2.3?深度學習

斯皮羅（R.J.Spiro）把知識分為結構良好領域的知識與結構不良領域的知識.在物理教學中，有些知識的結構就很有規則性與確定性，學生學習起來就比較容易.但是，在物理實驗教學中，很多物理知識是在現實情境中進行學習與思考，往往具有不良的知識結構特點.對于這些結構不良領域的知識，應該用各種方法，各種角度帶領學生進行深度學習.

1976年，深度學習由馬頓（Ference Marton）等學者依據對閱讀學習的層次問題進行實驗研究而提出的.之后將深度學習界定為學生全身心主動投入、涉及高階思維能力獲取并且具有較強遷移能力的一種學習過程或狀態.

朗威DISLab系統能及時處理實驗中的量的變化以及函數模型的建構，能較大地調動學生的學習積極性，對提高物理課堂教學質量有很好的推進作用.基于此，在電學復習課中，對部分電學實驗進行改進與創新，通過深度學習激發學生的興趣，積極參與活動，引發學生思考，從而培養高階思維能力.

2.3.1?對電能表額定電流的解釋

科學教材中介紹電能表如圖7所示：其中10（20）A表示該電能表的額定電流為10A，在短時間內使用時電流可允許大一些，但不能超過20A.

學生對短時間內使用沒有概念，是一秒鐘，還是一分鐘？利用朗威DISLab技術對電動機的啟動電流進行研究，不僅對電動機問題進行深度學習，同時可以對短時間使用有一個大約的判斷.測量并記錄了電動機開始啟動到正常運轉這一段時間的電流變化，如圖8所示：A點是電動機啟動時的最大電流，B點是電動機的正常工作電流，二者相差有一倍左右.通過朗威DISLab技術的介入，學生可以明確這樣幾點：首先，啟動過程是很快的，在這個實驗中大約05秒，如果電動機功率大些，啟動時間可能還要更久一些;其次，啟動電流大約是正常工作電流的2-3倍，從這個角度上學生比較容易理解“電能表的額定電流為10A，在短時間內使用時電流可允許大一些，但不能超過20A.”這一句話;最后，可以發現電動機在穩定工作的時候電流也是有細微變化的.如果給學生設計這樣的實驗進行深度學習，學生不僅可以更輕松地理解課本上的知識，還可以掌握一些課外知識，讓他們的學習更有樂趣.

2.3.2?有關焦耳定律實驗的補充

教材上有關焦耳定律的實驗裝置如圖9所示.是用玻璃管內液面上升的高度來表示電流熱效應產生的熱量.然而實驗室里與教材配套的實驗器材如圖10所示，中考中也頻頻出現這套焦耳定律的裝置.

通過列表比較（見表1），學生對實驗原理，實驗步驟，實驗結果的表達等都會有一個比較深刻的理解.

兩種實驗方法的觀察指標：其一是玻璃內液體的上升高度，其二是U型管內的高度差.間接地反映燒瓶內液體溫度的變化，從而反映電流的熱效應.

通過研究，我們利用朗威DISLab套件（如圖11所示）對焦耳實驗進行實驗創新，并幫助學生對多種實驗思路進行總結分析，進行深度學習.

朗威DISLab套件里的幾個電阻是按如圖12所示進行連接的，每個電阻邊上都有一定質量的油，用溫度傳感器可以實時地測量出燒瓶的溫度變化.在朗威DISLab軟件的幫助下，可以將二組實驗一起完成，并在電腦上紀錄一組連續的數據（圖13）.觀察R2，R3二條數據線，可以研究產生的熱量與電阻之間的關系;觀察R1， R2二條數據線，可以研究產生的熱量與電流之間的關系.對數據線進行分析，可以比較順利地得出結論.

2.4?表格評價

由于滑動變阻器滑片移動時或電路中開關狀態改變時而使電路中的電流發生改變，這樣的電路稱之為動態電路.動態電路的分析一直是一個難點.對學生而言，動態電路難在前后二個狀態的分析比較，首先分析一下兩種典型的動態電路，如圖14所示.

從圖14中得出：不管是開關斷開還是閉合，還是滑片移動，其實質都是為了改變電路的總電阻，從而引起電路中電流的變化，無論串、并聯電路，部分電阻增大，R總增大，而U總不變，I總與R總成反比.

為了讓學生能更好地分析動態電路，本文引入了表格法對動態電路的分析過程進行評價，以增加解題準確率.表格法就是根據題意將已知條件都找出來填入表格，然后根據電路的特點和規律找出從已知量到未知量之間的聯系，再確定先算哪步后算哪步，學生亦步亦趨順利完成整個題的解答方法.

例2?如圖15所示，R1為定值電阻，R2為滑動變阻器，電源電壓U不變.當滑動變阻器的滑片P滑到a端和b端時，R1消耗的功率之比為9∶1;且滑片P滑到a端時，電流表示數為6A， 滑片P滑到b端時，電壓表的示數為8V.求：電阻R1和R2阻值各為多少？電源電壓多大？（2Ω 4Ω 12V）

分析電路可得：滑片P在a端時，電路中只有R1，滑片P在b端時，R1和R2是串聯.

已知當滑動變阻器的滑片P滑到a端和b端時，R1消耗的功率之比為9∶1，可得，在a處和在b處時，R1兩端的電壓之比為3∶1;

假設在a處時，R1兩端的電壓為3，則總電壓為3;則在b處時，R1兩端的電壓為1，R2兩端的電壓為2，R1和R2兩端的電壓比為1∶2。

將分析結果記錄在表2中.

在表2中可得：滑片P在b端時，R1和R2是串聯，R1和R2兩端的電壓比為1∶2，則總電壓U和U1，U2的比為3∶1∶2.

又已知R2兩端的電壓為8V，根據比例得，總電壓U為12V，R1 兩端的電壓為4V.

將分析結果記錄在表3中.

從表3可得滑片在b端時：總電壓U為12V， R1兩端的電壓為4V，則R2兩端的電壓為8V;

滑片在a端時，R1兩端的電壓為總電壓12V，電流為6A，根據歐姆定律可得R1為2Ω;

滑片在b端時，R1的電阻不變，仍為2Ω，因為U1∶U2= R1∶R2，可解得R2=4Ω.

將計算結果記錄在表4中.

教學不僅是知識的傳遞，更是知識的處理與轉換，表格法將電學物理量條理化， 將物理知識與數學方法完美結合，借助表格理清已知量和未知量之間的關系，對學生研究問題的思維有很好的啟迪作用.在概念和規律的辨析中，評價是以分析為基礎的，但是分析不能替代評價.如果學生掌握了動態電路的分析評價，遇到這類題目就會知道解題的方向，不會盲目地亂套公式和特點去解題.

3?結束語

在復習課上，教師不僅要根據學生已有的知識、經驗進行適當引導，幫助學生構建知識網絡，復習課還要抓住這樣幾個關鍵性的問題：教會學生分析電路的方法，讓學生解題有思路;對于電學知識中的結構不良領域，要進行深度學習，讓學生深化理解知識，從而不斷加強問題的解決能力;對于復雜電路、變化電路，除了常規的分析方法解決問題外，還可以用表格法進行評價、以檢驗自己的解題思路.

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（收稿日期：2019-10-15）