初中電學習題的深度學習研究*

李冬鵬 李孔望 陳 瓊 陳 躍

(1.合肥師范學院物理與材料工程學院 安徽合肥 230601)(2.合肥市一六八中學 安徽合肥 2300601)(3.合肥市五十中天鵝湖集團望岳校區 安徽合肥 230061)(4.合肥實驗學校 安徽合肥 230051)

深度學習是一種基于理解的學習，其特征是強調對知識的批判性理解，注重新舊知識的整合或聯結，需要學生積極主動地、批判性地學習新的知識和思想。它能夠使學生面向問題的真正解決，并從中開展自我認知的反思，從而在這一反思過程中形成自己的概念，以及科學思維、科學態度等學科核心素養。物理學的知識具有較強的抽象性，學生在學習過程中容易產生畏難情緒，并逐漸喪失學習興趣和學習動力。本文從初中物理的電學習題解答出發，討論初中物理深度學習難以達成的原因，以及如何克服學生的畏難情緒，切實有效地加強電路知識的深度學習。

一、物理“難”成因分析

我們在教學中發現，學生認為物理學習“難”，除了物理學科本身比較抽象等因素外，還有一個原因就是習題解答不易。一些學生在開始接觸某一物理知識點時，理解相關概念沒問題，但一碰到習題，尤其是過程稍微復雜的計算題，可能就沒有思路、不會解答，一旦持續出現解答不出或者解答出錯等情況，就會產生對物理學習自信心不足、厭學等情況，漸漸失去了興趣，深度學習也就無從談起。

難以解答習題的一個原因是，學生能短期較好地背誦物理概念、規律和公式，并簡單模仿解答，但是缺乏對物理概念、公式等進行深層次的挖掘和有效遷移，碰到稍微復雜的計算問題，就無法做出正確的解答。長期累加下來，即便是由幾個簡單問題構成的多過程問題，學生也會逐漸失去信心，不敢也不愿去嘗試一些看似復雜的問題。因此這就要求我們思考如何在習題教學中對學生的解題思路進行合理引導和拓展，讓學生形成正確的物理觀念、合理的科學思維方法和深度學習能力。

不論是初中還是高中，力學和電學都是物理學習的重點和難點。相對于高中，初中物理知識結構較為簡單，最明顯的體現就是公式少。比較初中力學和電學兩部分，二者有明顯的區別：初中力學中牽涉到計算的部分，比如壓強、浮力、杠桿、滑輪等，涉及的公式較少，而且公式互相之間關聯不大，易于區分使用；相比之下，電學部分的公式多，之間存在嚴密的邏輯關系，學生不知道該用哪個公式合適，由此認為物理“難”。

對于初中生來說，由于他們的抽象思維能力還比較弱，對電路、電流和電阻等概念的認知建構比較困難，再加上邏輯嚴密的電學公式，就會造成學生學習的困難。下面我們針對電學公式及習題教學展開探討，提供一些在電學習題教學中實現深度學習的思路。

二、初中電學公式歸納與教學分析

以合肥地區所使用的上?？茖W技術出版社出版(簡稱滬科版)的初中物理九年級教材為例，其中十四章、十五章和十六章講授了電學知識。

考慮到解題應用的全面性，我們將這部分所涉及的電學公式綜合列舉如下，

串聯電路的電流、電壓、電阻公式及串聯分壓公式：

==；=+；

并聯電路的電流、電壓、電阻公式及并聯分流公式：

=+；==；

電功、電功率和電流熱效應關系式：

電學這一部分，教材中總共三章內容，教學時間不到三個月，但是涉及的公式有20個之多；相比之下，力學有五章內容，教學時間為一個學期，只有10多個關聯度相對較小的公式。因此在教學中，相比力學部分，電學部分的學習難度不小。

我們曾做過一個簡單的測試，在2021屆一?？荚嚭筮x擇兩個成績比較好的班級(該校整體在合肥市處于中上水平)，讓學生寫出所有與電阻相關的公式。這個問題涉及上面的12個公式，統計結果顯示，兩個班分別只有個別同學能寫出全部公式，60%的同學能寫出6～8個公式。值得注意的是，電阻關系式這種極少應用的公式，學生寫不出來很正常，但是多數同學沒有寫出串聯分壓和并聯分流的比例式，可想而知，如果再進一步要求寫出串聯分壓和并聯分流比例式的推導過程，會有更多學生寫不出來。

與深層學習對應的淺層學習，其特點是對知識的記憶是機械性的，反映在知識點上就是零散的、互相孤立的記憶，這種記憶不但不長久，而且缺乏知識之間的遷移、整合或聯結。上面的測試從一個側面反映出許多學生對這些公式的記憶是零散和互相孤立的，甚至是不全的，沒有形成系統關聯，因此還停留在淺層學習階段。

我們曾與其中部分學生進行交流，針對為什么寫不出這些常用公式，他們反映，因為平時根本沒有從這個方面去想過，所以單獨去寫這些公式很難寫出來，但是一碰到題目就自然會寫了，當然這種題目多半是簡單明了的題目，比如根據歐姆定律計算電路中電流，或者已知額定電壓、功率求電阻。這說明這些學生只是習題做多了后形成的慣性，對公式的內在物理含義并沒有真正地理解掌握，因此不習慣也不能從公式之間的邏輯關聯去理解和記憶，因而學生在電學習題解答中思路受阻，出現迷茫、不會做的情況。

三、一題多解舉例

基于以上分析，下面我們通過一道電路題，探討如何在電學習題教學中引導學生進行深度學習，拓寬解題思路。當然，以下解題建立在學生對已有公式的基本記憶上。

例：如圖為某同學設計的調光燈電路，S為選擇開關，當S接觸點時，小燈泡正常發光但不能調光；當S接觸點時，電路斷開；當S接觸點時，電路可連續調光。已知變阻器的規格為“10 Ω 1 A”，燈泡L上標有“6 V 3.6 W”字樣，電源電壓恒為9 V。：(1)求小燈泡的額定電流；(2)求定值電阻的阻值；(3)當S接觸點時，調節滑片至中點位置，電路中的電流為0.5 A，求此時燈泡的實際功率。

解：本題已知規格“10 Ω 1 A”，額=6 V，額=3.6W，=9 V。

(1)==0.6 A。

考慮到此問還有其他解法，可以繼續引導學生用其他方法求解：=，=，=，=--=2 W；=--=--=4 V，==2 W。

這題非常典型地反映出燈泡的電阻隨著電壓(溫度)變化而變化的規律。雖然表面上看這一題是關于歐姆定律和功率的問題，但是正如我們前面講的，電學的公式及知識點之間的邏輯關聯相比力學部分更加緊密且不可分割。其中關于電阻影響因素的把握，對后續知識的理解影響尤其明顯。教材中的實驗探究和課后習題中多數只涉及材料、長度和橫截面積對導體電阻的影響，雖然教師也會提到溫度對電阻有影響，但是學生的習題中大多數都是明確提示溫度對燈泡的電阻沒有影響，這導致學生形成慣性思維，認為燈泡電阻不變。而一題多解的方式可以避免學生出現這種慣性思維，引導學生對影響電阻因素這一知識點的反思和批判理解，重新構建知識體系。另外，本題中教師還可以引導學生思考為什么燈泡的電阻是下降了而不是升高了，從而深入分析理解功率下降，燈泡溫度隨之降低，電阻也下降，反映出燈泡電阻隨溫度變化的規律，為高中學習打下更好的基礎。

四、基于習題教學的分析總結

以上解題思路拓展學習，優點是多方面的：第一，讓學生改掉不求甚解，認為僅僅把題目做完就算完成任務的習慣，主動地去探究，領會并掌握舉一反三的學習方法；第二，讓學生對公式及其之間的邏輯關系認知更清晰、準確，掌握更熟練，使學生全方位、多角度把握問題的方方面面，鍛煉了學生的科學思維能力；第三，由此開展自我反思和知識體系整合構建，逐漸形成正確的物理觀念，逐步實現深度學習。