高中物理“教-學-評一體化”課堂教學探索
——以“示波器的原理——帶電粒子在電場中的偏轉”為例

付鸝娟

(北京市第一0一中學 北京 100091)

1 問題的提出

《普通高中物理課程標準(2017年版)》頒布以來，很多一線教師都在積極探索把核心素養的培養落實到課堂上的有效策略.在中國知網上，用“物理”并含“核心素養”作為主題詞，搜索2017年至2019年期間發表的文章，共有1 557篇，其中涉及課堂教學的，多是基于學生核心素養提升的教學案例，這些案例關注的幾乎都是教師的“教”，而這些關于教的論述無法回答學生在這樣的過程中獲得了什么，改變了什么.

因此，教師不僅要實現從“關注教師的教”到“關注學生的學”的轉變，而且要深度思考，如何通過合理的評價方式讓學生及時地知道自己學的怎么樣等“對學生的評”的問題，這就需要在課堂教學中實現“教-學-評一體化”.

“教-學-評一體化”的課堂具有什么特征？如何設計？如何用評價促進學生思維發展？

本文旨在通過具體的教學案例，回答對上述問題的初步思考.

2 “教-學-評一體化”的內涵及課堂設計路徑

“教-學-評一體化”是指圍繞教學目標，教師的教學、學生的學習以及教師對學生的評價組成一個有機的整體，“教與學”“教與評”“評與學”之間相互影響、彼此制約.要實現“教-學-評一體化”，教師不僅要把教的內容，學習活動，學習評價3個要素作為一個系統進行整體設計，而且要保證3個要素內在的一致性.

傳統的課堂，教師對“教學目標是否實現?”“學生能力發展如何？”等問題的回答往往基于經驗和測試.“教-學-評一體化”課堂力求通過學習評價科學地反饋目標達成情況，展現學生思維發展的路徑.可見，學習評價的設計和實施是實現“教-學-評一體化”的關鍵.一方面學習評價的維度、標準和不同的層級，可以反饋學生知識掌握、問題解決能力的不同水平，另一方面借助評價學生可以自我調控，發展思維.

本著圍繞目標、評價先行的設計思想，“教-學-評一體化”課堂設計強調把握知識的整體結構，用核心概念引領，按照“學習目標——學習活動——學習評價”的順序進行設計.其設計流程如圖1所示.

圖1 “教-學-評一體化”課堂設計流程

3 “教-學-評一體化”課堂教學案例

下面具體分析在“示波器的原理——帶電粒子在電場中的偏轉”一課中，以學習評價促進學生思維發展的“教-學-評一體化”的課堂實踐.

3.1 教學目標突出素養立意

教材中示波器是在學完帶電粒子在電場中的運動之后，作為實際應用出現的.示波器的教學常規這樣處理：先向學生展示在偏轉電極上加了什么類型的電壓，然后讓學生思考屏幕上會出現什么樣的波形，不斷變化電壓，讓學生預測波形.這種方式只是把示波器作為實際應用，教學的落點是帶電粒子的運動，削弱了示波器這一學習資源的教學價值.

人教版高中《物理·選修3-1》第一章“靜電場”研究靜電場的基本性質，帶電粒子和靜電場的相互作用，以及帶電粒子在靜電場中的運動規律和應用.和本節課相關的核心概念是“力和運動的關系”，需要建立的物理觀念是“運動和相互作用觀”.把物理學的基本原理創造性地應用于實際是這節課可挖掘的育人價值.

因此，筆者確定的教學目標為：應用帶電粒子在電場中偏轉的規律，分析示波器屏幕上出現不同波形的原因，理解示波器的原理.感悟物理學在實際生產、生活中的應用，使學生深刻認識“力和運動的關系”這一核心概念，形成運動與相互作用觀.這樣示波器作為實際的問題情境，知識成為解決實際問題的工具，教學目標從知識立意轉向素養立意.其中素養目標突出了物理核心素養4個維度中的3個：物理觀念、科學思維、科學態度與責任,如表1所示.

表1 素養目標中物理核心素養解讀

3.2 學習活動展現思維路徑

這節課要解決的問題是，示波器為什么能顯示信號電壓的波形？設計的核心學習活動是，根據示波器上的波形，在模具上(圖2)擺放偏轉極板的位置，推測示波管中所加電場的方向和大小.從帶電粒子的運動情況逆向推理其受力情況，進而分析所加電場的性質，理解力和運動的關系.

這一活動突出科學建模素養的培養，引導學生的思維從孤立到關聯，從靜態到動態發展.實施流程如圖3所示.

圖2 模具

圖3 實施流程

3.3 學習評價驅動課堂生成

這節課的學習任務是：示波器為什么能顯示信號電壓的波形？教師首先讓學生觀察“示波管”不加偏轉電壓時電子的“徑跡”，從而理解屏幕上一個亮點形成的原因.然后演示示波器熒光屏上顯示不同的波形，請學生分析是如何形成的.預期學生解決這一問題時的思維路徑是：分析電場?分析帶電粒子的受力?分析帶電粒子的運動?理解力和運動的關系.希望學生能夠梳理建立物理模型解決實際問題的一般思路并加以應用.為此，把這個任務拆解為4個活動，每一個活動指向具體的思維培養，并用相應的評價作為檢驗.

活動1:如圖4所示，示波器上顯示一條豎直的亮線，需要加什么樣的電場，請在模具上擺放極板加以說明.

圖4 示波器上顯示一條豎直的亮線

設計意圖:從一個亮點到一條亮線，學生很容易想到要加電場.引導學生逆向思考，所加電場的性質.這一內隱的思維過程通過在模具上擺放極板的活動外顯出來，進而可以進行評價.這個活動希望培養學生思維的規范性和有序性.

學生表現:經過討論，大多數學生不僅能正確擺放偏轉極板的位置——所加電場的方向應該和電子速度方向垂直，還能解釋所加電壓應該是一個變化的電壓.上課之初，教師把幾張用不同顏色寫的“示波器原理”幾個字的PPT快速播放，造成了一個動畫的效果，讓學生體會了視覺暫留.于是學生能清楚表達，由于電壓不同，電子會打在熒光屏不同位置上，由于視覺暫留，形成一條亮線.小結環節教師給出活動1評價量表.

評價量表:活動1評價量表如表2所示.

這個量表從學生活動的結果、分析問題的角度、對核心概念的理解3個維度進行評價.根據思考問題的正確性、規范性和深刻性設置不同的水平.引導不同層次的學生進行反思.對于不能做出正確答案的學生，給他們指出認識問題的角度——解決力學問題，在明確研究對象之后，受力分析是最為重要的環節.對于能做出正確答案的學生，引導他們反思自己思維的規范性和深入程度.

表2 活動1評價量表

學生知道極板要加變化的電壓，電壓具體應該怎么變化呢？

活動2:請畫出偏轉極板上所加電壓隨時間變化的圖像.

設計意圖:電壓影響了電場，電場的大小和方向影響了電子受力，電子受到不同的力，運動情況有所不同，就會打在熒光屏不同的位置上，希望學生能用圖像表征電壓的變化.這個活動希望學生分析問題的角度不是孤立、靜態的，而是聯系、動態的.

學生表現:學生典型回答如圖5所示.

電子在熒光屏上的位置、電場大小和方向是解決這個問題的3個關鍵要素，能否全面地找到這些要素并正確建立它們之間的聯系，體現了學生問題解決能力的不同水平.回答如圖5(a)的學生不知道電子在熒光屏上的位置和極板電壓大小有關，只能孤立地認識這幾個要素，無法建立各要素之間的關聯.回答如圖5(b)的學生知道電子在熒光屏上的位置和極板電壓大小有關，對要素的提取不全面，只能建立部分要素間的關聯.回答如圖5(c)或圖5(d)的學生，能找到所有的要素，并建立關聯，但對電壓變化規律的認識不全面.能同時回答如圖5(c)和圖5(d)的學生，能系統定性地進行分析，完整正確地解決問題，因此水平較高.

圖5 學生典型回答

評價量表:活動2評價量表如表3所示.

表3 活動2評價量表

電子在熒光屏上的位置和電壓有關，它們之間是否是一一對應的關系呢，需要定量分析，于是進入活動3.

活動3:請定量分析為什么熒光屏上的亮線可以反映信號電壓的波形？

設計意圖:學生要解決這個問題，首先要寫出電子偏轉距離的表達式，然后尋找電子在熒光屏上的位置和控制信號電壓之間的定量關系.因此這個活動有兩個意圖，一是引導學生從定性到定量分析偏轉極板的電壓大小對熒光屏上亮線的影響.二是引導學生對數學表達式反映的物理規律進行反思.這個活動培養學生定量化和系統思考的能力.

定量化不等同于計算，它是一個尋找并測量數據，用數據表征物理規律的過程.要回答“為什么熒光屏上的波形可以反映信號電壓變化的規律”，必須說明波形和信號電壓之間是一一對應的定量關系，電子的偏轉距離可以表達這一定量關系，因此學生首先要明確需要定量的是電子的偏轉距離.但這一物理量不能直接測量，所以要用可直接測量的物理量表示.要測量哪些物理量？這個問題是開放的，對這一過程的分析是復雜的，涉及了多個物理量，多種關系，需要學生系統思考.學生首先要建立帶電粒子運動的模型，尋找相應的物理量描述這種運動，并找到各個物理量之間的關系，表征這種運動的規律，只有具有力和相互作用的物理觀念才能自覺應用這種方法.

寫出表達式之后，要把電子偏轉距離的表達式所描述的規律還原于實際情境，才能回答為什么示波器波形能反映信號電壓變化的規律.電子的偏轉距離和電壓一一對應，電壓的大小可以通過電子在熒光屏上不同的位置外顯出來，電壓的變化可以通過電子在熒光屏上位置的變化反映出來.外界信號控制了電壓的變化，因而電子在熒光屏上位置的變化可以間接反映外界信號的變化，這就是示波器的原理.

這個活動希望培養學生系統分析的能力和定量化的意識.

學生表現:學生在這個活動中的表現差異明顯，說明學生系統思考的水平、定量化能力有很大差異.有的學生無從下手，有的學生在寫表達式時出現各種錯誤，還有的學生能正確寫出表達式，卻無法解釋表達式所反映的實際問題.

評價量表:活動3評價量表如表4所示.

表4 活動3評價量表

完成了活動3之后，教師引導學生小結，利用建模思想分析問題的一般流程如圖6所示.

圖6 利用建模思想分析問題的一般流程

在梳理了利用建模思想解決實際問題的一般思路之后，就要應用這種思想解決比較復雜的陌生問題，進入到模型應用的活動環節.

活動4:教師演示示波器熒光屏上出現一條傾斜的亮線，如圖7所示，分析可能的原因.

設計意圖:學生根據上面活動梳理的解決問題的一般思路，系統完整地分析這個問題.預期學生分析的思路是，在模具上擺放極板?分析極板所加電壓的性質?寫出偏轉距離和電壓的定量關系.這個活動難度在于，學生對示波器圖像的識別要從一維到二維，表現是在模具上擺放的極板從一組到兩組，要定量分析電子在兩個方向上的偏轉距離.

圖7 熒光屏上出現一條傾斜的亮線

學生表現:筆者在課上實施這個環節教學時，學生的回答除了預期的擺放兩組相互垂直的極板之外，還有一種完全不符合預期，他們認為只擺放一組傾斜的極板也能實現屏幕上出現傾斜亮線，如圖8所示.

圖8 只放一組傾斜的極板

電子垂直紙面入射，就會向上、向左偏轉.這時，筆者沒有急于對學生的回答給予評價，而是請兩組學生來解釋.其中一組學生雖然認為這種結果正確，但無法在黑板上畫圖清晰表達結果.而另一組學生能夠清晰地用模具展示他們的答案.當學生解釋，這種狀況相當于把兩組極板的力進行了合成，只用一組極板加上的是這個合力，教師肯定了學生的創意，同時引導學生比較這兩種情況哪種更符合實際.

如果教師沒有給學生解釋的時間，一味將學生拉到預設的結果上來，無疑失去了培養學生發散性思維的機會.但如果教師沒有進行追問，直接肯定學生的答案，評價指向的仍然是學習結果.第一組學生無法正確解釋結果，說明正確的結果可能掩飾了學生錯誤的思考過程，正確的思維模型才能導向正確的結論.第二組學生根據上面活動總結的思維模型進行分析，得到了正確的結論，盡管這個結論不是教師預期的，但閃現著學生創新的火花.“教-學-評一體化”的評價指向的是學生的學習過程和思維的發展，而不是結果.

4 結論

“教-學-評一體化”課堂最大的優勢在于對學生的評價不是指向學習結果，而是指向對學生思維的培養，因此借助對學生活動的評價，不僅可以反饋教學目標的達成，還可以促進學生思維的發展.這使得教師在設計學生活動時目標指向和層次遞進關系都更清晰，提高了教學的有效性.