基于核心素養的“層進式問題串”教學方法
——以“電流計改裝成歐姆表”為例

張偉宏

（江陰市山觀高級中學，江蘇 無錫 214400）

0 引言

目前，核心素養培養已經成為高中物理教學的首要目標。核心素養是學生通過學習能夠獲得的對發展最為有價值的因素。物理學科核心素養，它包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任等四個方面[1]。每一個方面針對了特定內容，聚焦于學生發展的必要因素。要培養學生的核心素養必須確立學生主體地位，讓學生去體驗、實踐。層進式問題串是指在一定的學習范圍或學習主題內，圍繞一定目標或者某一中心問題，按照一定邏輯結構精心設計的有一定梯度的問題[2]。“層進式問題串”教學方法以問題串為基本工具，引導學生去自主體驗，從而促進他們核心素養的發展。下面以“電流計改裝成歐姆表”為例探討基于核心素養的“層進式問題串”教學方法。

1 由問題引出需求

“層進式問題串”教學從需求開始。需求可以激發學生探究的熱情，使學生主動投入到各項探究活動中去，從而發展出必要的物理核心素養。學生的需求很難自動出現，需要教師采取有效的教學方法去激發。“層進式問題串”教學方法中的問題串充當了這一角色。教師結合真實情境不斷地提出問題，這些問題環環相扣構成了一個問題串。學生在問題串的引導下，從模糊的想法到明確的需求。教師再幫助學生理清需求，為后面的探究活動打下基礎。

在“電流計改裝成歐姆表”教學中，教師可以結合伏安法測電阻實驗，提出問題串激發學生改裝出歐姆表的需求。教師提出問題：“如何測量電阻？”學生回答：“可以采用伏安法來測電阻。”教師提出問題：“伏安法測電阻的原理是什么？”學生回答：“利用電壓表測量電阻兩端的電壓，利用電流表測量通過電阻的電流，再利用歐姆定律：求出電阻的阻值。”教師提出問題：“在伏安法測電阻中，電流表有兩種接法，是哪兩種接法？這兩種接法有什么不同？如何選擇這兩種接法？”學生回答 ：“電流表有內接法和外接法兩種接法。內接法電阻的測量值偏大，大電阻應該選用內接法。外接法電阻的測量值偏小，小電阻應該選用外接法。”教師提出問題：“如何判斷待測電阻是大電阻還是小電阻？”學生回答：“可以將待測電阻和（兩值分別為電流表內阻和電壓表內阻）進行比較，比此值大為大電阻，比此值小為小電阻。”教師總結：“使用伏安法可以較為準確地測量電阻的阻值，但是比較麻煩：一方面，需要較多的實驗器材，電路的選擇和連接也較為復雜；另一方面，實驗時間較長，需要測量多組數據，并進行運算。如果我們有一種儀器可以直接測量出電阻的阻值就好了。”學生們議論紛紛，希望擁有可以直接測量電阻的儀器。教師說：“下面我們就想辦法制作一臺這種儀器，我們就把它叫做歐姆表吧。”教師所提出的問題一個接著一個，逐步激發出學生想要一臺歐姆表的需求。

2 由問題引出原理

高中物理重視規律教學。規律一般體現了物理量和物理量之間的關系，是在概念間建立聯系的基本手段。在高中物理課堂上，教師往往運用講授的方法將物理規律的形成過程展示給學生。這種教學方法完全由教師主導，學生很難參與到規律的建立過程。這種教學方法很難培養學生的物理核心素養。在“層進式問題串”教學方法中，教師可以采用問題串引導的方式促進學生思考，讓學生體驗規律建立的整個過程。教師根據教學需要不斷提出相關問題，引導學生思考規律，最終運用數學工具將物理規律呈現出來。

在“電流計改裝成歐姆表”教學中，教師可以結合閉合回路歐姆定律的內容，利用問題串引導學生分析歐姆表的基本原理。教師展示電路圖（如圖1 所示），并提供相關的數據（電源電動勢為1.5 V，內阻為0.5 Ω；電流計的滿偏電流為10 mA；電流計的內阻為7.5 Ω）。教師提出問題：“將A 和B 直接連接起來，要使該電路中的電流表處于滿偏狀態，滑動變阻器應調節為多大？”學生利用閉合回路歐姆定律計算得出，滑動變阻器應調節為142 Ω。教師提出問題：“如果在A 和B間接入150 Ω，電流表的讀數為多少？”學生利用閉合回路歐姆定律計算得出，此時電流表的讀數為5 mA。教師提出問題：“從上述計算可以看出，該電路中的電阻和電流為一一對應關系，能否應用數學表達式來描述這種對應關系呢？”教師讓學生以小組為單位討論來解決這個問題。通過討論，學生建立的數學關系式為：

圖1 “電流計改裝成歐姆表”教學展示電路圖

教師引導：“根據電阻和電流一一對應的關系，我們可以將電流計改裝成為能夠測量電阻的歐姆表。”此時，學生已經初步了解歐姆表的原理了。教師再提出問題：“歐姆表內部由哪幾個部分構成呢？”學生結合圖1說出：“歐姆表內部由電流計、滑動變阻器、電源、導線等構成。”此時，學生已經具備將電流計改裝成歐姆表的理論基礎。教師從問題展示出發，運用相關聯的問題串，引發學生思考。學生結合前面所學過的知識，分析電路，推導結論，最終理清了歐姆表的原理。

實踐是傳統物理課堂教學所缺乏的環節。實踐對高中生來說具有十分重要的價值。首先，實踐是學生認識物理世界的基本手段。物理世界十分復雜，學生只有在實踐中才可以將物理世界融入到自身的知識體系結構中。其次，實踐是發展學生素養的基本方法。在實踐過程中，學生會遇到各種各樣的問題。在解決這些問題時，學生需要動手動腦，這些都可以促進學生物理素養的發展。教師要注意應用問題串引導學生去實踐，使學生的實踐有方向。

在“電流計改裝成歐姆表”教學中，教師可以結合歐姆表的基本原理，利用問題串引導學生參與電表改裝的實踐。學生按照圖1 將各種器材連接成電路。在檢查電路無誤后，學生開始操作。首先，學生將電路中的A 和B 端點連接起來，調節滑動變阻器，使電流計的指針指在滿偏位置。教師提出問題：“電流計的讀數最大，是不是代表外接的電阻最大？”學生結合前面所推導出來的數學關系式和實踐回答：“電流計讀數最大，代表電阻為零。”學生將A 和B 接點斷開，電流表的指針回到了零刻度位置。教師據此提出問題：“電流表讀數為零，對應的外接電阻為多大？”學生回答：“因為外電路斷開（開路），外接電阻應該為無窮大。”教師讓學生在電流計的表盤上標出電阻零刻度和電阻無窮大刻度。接下來，教師讓學生利用數學表達式標出其它一些刻度。為了讓學生有次序地標志刻度，教師指導學生運動列表的方法，先列表，再標刻度。經過實踐后，學生在電流表的刻度盤上標上了對應的電阻值，如圖2 所示。教師提出問題：“歐姆表的刻度盤和電流表的刻度盤有什么不同？”學生觀察后回答：“歐姆表的表盤左邊刻度為無窮大，右邊刻度為零。這和電流表的刻度正好相反。歐姆表的表盤刻度不均勻，右邊密集，左邊稀疏。而電流表的表盤刻度是均勻的。”在學生將電流計改裝成歐姆表后，教師再提供一些電阻，要求學生利用他們改裝的歐姆表實際測量電阻。在測量的過程中，學生發現了許多問題。教師根據學生的問題進行指導，幫助學生解決問題。在這個過程中，教師的問題串起到了引導實踐的作用。

圖2 楞次定律教學實驗用具

4 由問題引出拓展

在高中物理教學中，教師不能局限于課本上的教學內容，應該適當拓展，以增加課堂教學的廣度，為學生物理核心素養的發展提供廣闊的空間。教師需要選擇和教學內容相關的素材，在教學中提供給學生探究。在學生探究過程中，教師利用問題串引導學生思考，幫助學生深入分析問題，并提出解決問題的方案。教師所提出的問題串應該起到啟發作用，讓學生思維流暢地融入到問題解決過程中。

在“電流計改裝成歐姆表”教學中，教師可以以學生前面的學習作為基礎來拓展，以加深學生對歐姆表的認識，并發展學生的物理能力。教師提出問題：“如何將電流表、電壓表、歐姆表結合起來，制作一只既能夠測量電流，又能夠測量電壓，還可以測量電阻的儀器？”學生開始議論起來。教師讓學生分組討論這個問題。通過討論后，學生有了初步方案。教師再提出問題：“能否繪制出你們設計的儀器的電路圖？”教師給予學生幾分鐘時間，讓學生討論并嘗試繪制電路圖。一段時間后，學生繪制出如圖3 所示的電路圖。在這幅電路圖中，可以通過選擇開關來改變電表的作用，可以將此電表作為電流表、電壓表、歐姆表來使用。在此基礎上，教師再提出問題：“如果每一種表都有多個量程，應該如何設計電路圖？”教師再給予學生充足時間設計電路圖。如果學生在課堂中無法完成設計，教師可以安排學生在課外完成設計。在下一次教學中，教師再組織學生展示他們設計的成果。如果有學生設計的作品較為完美，教師可以提供器材，讓學生將他們的設計轉變成真實的作品，以提升學生的成就感。通過這一實踐，學生的動手實踐能力獲得了較大的發展。在此過程中，教師的問題串起到了引導學生解決拓展問題的作用。學生在拓展活動中，物理核心素養得到一定程度發展。

圖3 楞次定律小組實驗用具圖

5 結語

物理學不僅以其概念、規律揭示了自然界基本運動的諸多真理，它還在建立這種知識體系的過程中發展了科學思維和研究方法，推動了科學的進步[3]。因此，培養學生物理核心素養需要將物理思想方法、物理研究方法等融入到教學中。高中物理教學內容較多，具有一定深度和廣度，許多教師在教學中常陷入單向的講授中。這種教學方式和培養物理核心素養十分矛盾。基于核心素養的“層進式問題串”教學方法為教師的教學提供了思路。教師只需應用問題串去引導學生，讓學生自主體驗和實踐，這樣就可以較好地發展學生的核心素養，促進學生綜合素質的提升。