“學習即研究”導向的物理教學案例分析
——以人教版“電源和電流”教學為例

董文杰

（江蘇省前黃高級中學國際分校，江蘇常州 213161）

“學習即研究”觀點認為：學習的過程是發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程，其本質就是研究的過程，學習者就是研究者.這個過程要依據(jù)學生的真實思維、構建真實的情境、以問題為紐帶實現(xiàn)知識的構建和方法的運用，并在質疑評價中推進研究成果的深入和發(fā)展.學習的目的包含研究本身，不惟結論、不拘形式.這一觀點確立了學生的主體地位，體現(xiàn)了學習的本質，為當前培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)提供了有效策略.

1 人教版教材“電源和電流”的編寫意圖

學生在初中階段已經(jīng)學習了部分電源和電流的知識，具備一些前概念.人教版《物理》（必修3）將“電源和電流”單獨作為一節(jié)編在高中“電路及其應用”的開篇，有其深意.首先，初中所學的關于電源和電流的淺表性知識居多，學生只是知道這些概念，并不了解其本質.本節(jié)內容嘗試在學生之前所學的靜電場知識的基礎上幫助學生進一步揭示初中所學知識的本質.例如電源的作用就是維持電路中保有電勢差，導線中的恒定電場使得電路中形成了恒定電流.通過本節(jié)學習，凸顯高中學習內容的理論性和邏輯性，同時也為學生將電路與靜電場建立聯(lián)系提供可能.教材圍繞培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，首先在問題環(huán)節(jié)中通過生活中的閃電現(xiàn)象和手電筒的小燈泡持續(xù)發(fā)光引出問題（物理現(xiàn)象），通過靜電場中的知識對所提的問題予以分析綜合、推理論證（培養(yǎng)科學思維），深化了初中所學的“電源和電流”的概念（形成物理概念），在節(jié)末的“STSE”中介紹當前科技熱點電動汽車中的電池讓學生體驗學為所用的樂趣（科學態(tài)度與責任）.

2 對“電源和電流”教學設計的思考

把電路知識與前面所學的電場知識緊密聯(lián)系起來，是教材在電路知識呈現(xiàn)方式上的特色，教學設計要緊密圍繞這一點展開.按照“學習即研究”觀點，要落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求，就要用研究的觀點設計教學、用研究的方式組織學習、用研究的過程深化學習、用研究的文化豐富學習.下面以獲得高中物理評優(yōu)課區(qū)一等獎的“電源和電流”的教學設計為例來談談“學習即研究”觀點下的教學思路.

3 基于“教學即研究”觀點的教學案例分析

3.1 以新穎實驗創(chuàng)設情境，激發(fā)學生的研究動機

電源在電路中的核心作用是在電路中產(chǎn)生電勢差，持續(xù)供電.如何簡潔明了地說明這個問題？通過在A4紙上粘貼導電膠帶構成一個“紙電路”（圖1），學生接通開關1、2會看到電源供電下的發(fā)光二極管保持常亮（有持續(xù)電流），斷開開關1，接通開關2，之前過程充滿電的電容器短暫給二極管供電，二極管閃亮后熄滅.

圖1 創(chuàng)新實驗紙電路

這個環(huán)節(jié)可以根據(jù)學生基礎和課堂實際進行引導和設問，如果學生基礎較好，可以不做任何提示，讓他們自己研究電路進行對比實驗歸納結論.學生在真實的實驗體驗中對于研究電源產(chǎn)生了興趣和動力，這是實現(xiàn)研究性課堂的前提.

3.2 以核心問題為驅動，呈現(xiàn)知識學習的研究過程

布魯納認為，教學是一種提出問題與解決問題的持續(xù)不斷的活動，沒有問題就沒有學習，學習的前提是要提出有價值和意義的問題.多輪教改的影響下，一線教師已經(jīng)具備基本的以學生為主體，充分調動學生積極性的意識，課堂上比較注重提問.然而當前課堂上的提問，往往是欠缺充分準備的隨意性設問，充斥比較多的缺乏必要的前奏、基于完成教學任務的問題，不具備思考和研究的價值.本節(jié)課中，如圖2所示課堂設計中的4個核心問題具備研究的內在邏輯，環(huán)環(huán)相扣，自然產(chǎn)生，每個問題都找準了學生的最近發(fā)展區(qū).引入實驗解決了電源所起的作用即在電路上產(chǎn)生了恒定電勢差；在此基礎上由前面所學靜電場的知識研究恒定電場促使自由電子定向移動產(chǎn)生電流；生活中燈有亮暗之別引發(fā)學生研究電流的大小；從微觀角度看電流大小和自由電子的定向移動速率有什么關系，引導學生區(qū)分定向移動速率和電流傳導速率.最后介紹生活中常見電源及其應用，包括趣味性的水果電池和科技前沿的電動汽車電池，讓學生體會物理服務于生產(chǎn)生活的特點，進一步激勵學生學好物理基礎知識，為將來的科技發(fā)展助力，潛移默化中滲透科學態(tài)度和責任.

圖2 教學設計中的核心問題和流程

3.3 探尋合理研究方法，促進學生對新知識的自主構建

（1）類比法：電流類比成水流，電源類比為水泵，借助實驗演示電路中的抽象物理過程，教學片斷1.

教師：如何形成持續(xù)不斷的電流比較抽象，我們先來看看如何能夠形成持續(xù)的水流吧.大家看看我們初中學過的連通器模型，要在容器之間的導管中形成水流，需要什么樣的條件？

學生1：兩邊容器的液面要有高度差.

教師在左側容器中注水，水通過連接導管流向右側容器，但停止加水，水很快不再流動.

教師：如何形成持續(xù)不斷的水流？

學生2：不斷在左側注水.

教師：好主意，不過這么小的容器，水很快就漫出來了，還能另辟蹊徑嗎？

學生3：通過水泵不斷把右側容器的水抽到左側容器中，使得兩邊容器水面始終存在一定高度差.

教師將小型水泵放入右邊容器，通過導管將水源源不斷地抽到左側容器中.為方便觀察，在水中滴入一些黑色墨水（如圖3所示）.

圖3 借助水泵模擬閉合電路中產(chǎn)生持續(xù)電流

至此，電路中的一些抽象的概念都有了具體對應.要形成電流（水流）需要有電勢差（高度差），電源（水泵）通過不斷把已經(jīng)中和的電荷輸送回原電極（把水泵回原容器）形成穩(wěn)定的電勢差，從而形成持續(xù)不斷的電流.

多數(shù)教師在講電源和電流的時候會口頭進行類似對比，但我們還是提倡能夠做的實驗盡量給學生現(xiàn)場演示.就知識的理解和掌握來看，學生親身體驗的效果遠遠大于聽講.做這樣一個“水流”的小實驗并不復雜，但卻能幫助學生建立電路中幾個主要的抽象概念，它產(chǎn)生的效果可能會超出我們的預期.物理實驗是激發(fā)學生學習興趣的最好的方法，我們應該在教學設計中多穿插一些新穎、趣味性的物理實驗.

（2）類比法：車流量的大小—電流大小（電流強度），教學片斷2.

教師：每天到了上下班高峰期高架上就很堵，交管部門為了采取有效措施，需要對高峰期的車流量做一個梳理，如何確定通行汽車的車流量大小？

學生：需要在一個測量點上統(tǒng)計通過的車輛數(shù).

教師：車輛數(shù)越多，車流量就越大嗎？

學生：不是，還跟時間有關，時間越長通過的車子總歸越多.

教師：那怎樣定義車流量？

學生：用觀察點上統(tǒng)計的通過的車輛數(shù)除以時間，得到單位時間內通過的車輛數(shù)就可以反映車流量的大小了.

教師：對呀，這不就是我們之前學電場時用過的比值定義法嗎？我們在討論電場強度和電勢的時候都用到這個方法.那么今天我們也想通過比值定義法來定義電流的大小——電流強度，同學們思考一下.

學生：用通過觀察點的電荷數(shù)除以時間定義電流強弱.

教師：電路中的觀察點在哪兒？如何統(tǒng)計電荷數(shù)？請大家閱讀教材幫我解決這兩個問題.

學生：在定義電流的時候，所謂的觀察點在定義中為“某一橫截面”，無法統(tǒng)計電荷個數(shù)，因此定義中用“電荷量”來替代.

通過解決每個人都有生活經(jīng)歷的汽車流量大小問題幫助學生定義電流強度.這樣的教學設計體現(xiàn)了“研究”的特點.多數(shù)的概念和知識都是根據(jù)需要而“研究”獲得的.遇到問題，嘗試解決問題，在這個過程中進行適當?shù)目偨Y抽象就形成了物理上的概念和規(guī)律.在我的印象中，很多學生在經(jīng)過高三多輪復習后，對于電流強度的定義式印象還不深，涉及到這個概念的習題正確率都不高.經(jīng)歷解決問題的過程，體驗“研究”的需要，是有效解決抽象概念容易遺忘的一個有效途徑.

3.4 通過自制教具，將抽象問題形象化，降低“研究”的難度

教學設計中通過黑板磁吸讓學生模擬自由電荷在電路中的定向移動（如圖4 所示）.在沒有電源的情況下，正負電荷（分別用紅色和藍色磁吸表示）很快完成中和，電路中只有短暫電流.電路中連接電源后，一方面外電路中負電荷不斷與正電荷中和，另一方面電源不斷的把正電荷輸送回電源正極，維持電路中的電勢差.上述兩個過程都可以讓學生在黑板上動態(tài)展示.初中物理教學更多是以實驗幫助學生建立概念掌握知識，注重對生活現(xiàn)象的觀察，形成初步的物理概念，不追求過高的推理和論證.高中教師往往高估了學生抽象思維的能力，認為電路的知識初中已經(jīng)學過了，教師口頭復習一下即可.事實上，由學生通過親自操作實驗，將自己觀察的結果進行歸納總結形成的物理概念，其深刻性完全有別于教師灌輸?shù)母拍?通過課堂中的“研究”過程提升學生的概括能力、抽象思維能力，正是當前課改提升學生“核心素養(yǎng)”的內在要求.

圖4 通過黑板磁吸模擬閉合電路中的電流

4 “學習即研究”觀點下物理課堂教學的思考

4.1 創(chuàng)新實驗，以情境誘發(fā)思考

情境是激發(fā)興趣和探索欲的土壤.真實、新穎和富有趣味性的情境在認知過程中起到展示現(xiàn)象、引發(fā)思考、激發(fā)興趣的作用，是真實學習活動的開始.本節(jié)課的“引入實驗”利用了紙電路讓小燈泡閃光和持續(xù)發(fā)光，引發(fā)學生的好奇心，同時也制造了思維沖突，很自然地讓學生在體驗中領悟了電源在電路中所擔當?shù)慕巧瑸楸竟?jié)課的學習和研究引發(fā)出問題的火花.沒有情境的課堂，往往是欠缺學生主體意愿和思維碰撞的課堂.這種情況下掌握的知識是被人為灌輸?shù)模遣焕慰康?物理學習的重要價值是發(fā)現(xiàn)，而不是簡單的給予.

4.2 充分利用學生已掌握的知識，通過類比的方法幫助學生構建抽象知識

因學生缺乏電場中各個概念的直接生活體驗，所以相關概念和知識顯得抽象晦澀.本節(jié)課充分利用學生已經(jīng)熟練掌握的知識，通過類比的方法讓學生自主研究、構建新的抽象概念.比如通過水位差類比電勢差，通過水流、車流類比電流，通過水流分叉類比并聯(lián)電路，通過重力場類比電場……這大大降低了學生掌握新知識的難度.我們一直期望學生學習物理能少一些死記硬背，但如果學生不能理解所學內容，必然導致囫圇吞棗機械記憶的問題.在教學設計中引導學生通過已學知識主動研究未知抽象知識是破解這一難題的一個方法，也符合“學習即研究”的觀點.

新一輪課改的目標是培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng).這一目標如何落實需要我們一線教師不斷實踐、思考和總結.毫無疑問，課堂是落實這一重任的主要陣地.當前教師已基本拒絕了上課“滿堂灌”的思想，有明確提升自己課堂魅力的意識，能夠通過一些精彩的實驗或情境設計激發(fā)學生興趣，注重師生互動.然而多數(shù)情況下，我們的課堂還達不到提升學生學科關鍵能力、培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的要求，而“學習即研究”觀點的核心是把學習的過程看作是研究的過程，特別注重在真實的物理情境和學生的親身體驗中實現(xiàn)知識的自主建構，在科學探究的過程中形成正確的物理觀念、科學的思維方式和積極的科學態(tài)度，故“學習即研究”的觀點無疑給我們課堂改革指明了一個方向.