強化任務導向 優化認知結構深化素養生成

摘" " 要：圍繞“感性認知、理論分析、定性推理、定量探究、拓展應用”等任務，掌握“類比”“由定性到定量”等研究方法，培植“模型建構”“質疑創新”等科學思維，形成“關注社會”“節能環保”等科學態度，優化認知結構，深化素養生成。

關鍵詞：認知結構；科學思維；素養生成

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2025）3-0015-4

布魯納的認知結構學習理論指出，學習的實質和結果是形成和發展認知結構，是人的主動認知過程，即是認知結構的組織和重新組織。知識的學習是在學習者的頭腦中形成各學科知識的基本結構，而學習通常通過“任務”來誘發。在任務導向下，學習者不斷維持和加強成就動機，驅動達到學習目的。就本節課內容而言，通過提煉關鍵問題“電流產生的條件是什么”“電源的作用是什么”“電流的概念如何建立”“電流的微觀解釋是什么”等，生成主體認知結構（圖１），生成“感性認知、理論分析、定性推理、定量探究、拓展應用”等核心任務，圍繞“情境—問題—任務—活動—評價”等教學環節，組織開展相關的活動及評價，深化學科素養的生成與發展。

１" " 感性認知，提出問題

教學活動：展示生活中的“閃電”現象圖片（圖2），用感應起電機演示“人造閃電”的產生（圖3），激發學生興趣。

提出問題：人造閃電是怎樣產生的？

學生：金屬球帶上大量異種電荷，擊穿空氣并形成閃電。

進一步提問：人造閃電產生過程中會有電流產生嗎？如果有，電流會持續存在嗎？

設計意圖：生活是物理教學的根基和落腳點，引導學生對生活現象進行感受和體驗，把課堂教學和生活素材緊密聯系起來，通過看圖片、做實驗等方式引入課題，豐富教學內容，優化教學過程，增加學習活動的生動性和趣味性。通過“看一看”“測一測”等交流式評價，促進學生學習活動的發生［１］。

２" " 模型建構，理論分析

教學活動：引導學生把“人造閃電”抽象為已學的“等量異種電荷”模型。如圖４所示，用微電流傳感器連接兩個帶電金屬球，發現產生了約０．０８ μＡ的微小電流，但電流產生并不持續。

師生共同理論分析：導線中的自由電子在靜電力作用下定向移動，兩個帶電金屬球瞬間成為等勢體，故電流只是瞬時產生而不持續。如圖５所示，學生分組體驗電容器瞬時放電實驗，觀察二極管的瞬時發光狀態。

設計意圖：把“人造閃電”抽象為理想化的“等量異種電荷”物理模型，是為了把抽象的物理概念形象化，把復雜的物理問題簡單化，促進科學思維的發展。用傳感器測定瞬時電流，克服了傳統電流表難以測定微小電流的弊端，激發學生興趣，有效突破難點。電容器瞬時放電實驗，引導學生通過親身體驗感知物理學是一門以實驗為基礎的自然科學。

教學活動：如圖６所示，展示電子激光筆持續發光的現象，引發思考，拆開激光筆展示內部結構（干電池），提示電源是產生持續電流的根本原因。引導學生聯系生活，說一說生活中持續電流的現象，提問：為什么在電源作用下可以產生持續電流？微觀的物理機理是什么？

設計意圖：課堂教學要指向解決實際生活情境的問題，致力于培養學生解釋物理現象、分析物理問題的能力。采用“問題教學法”，牢牢抓住“有質量的問題是學生思維發展的引擎”這一關鍵點，通過“說一說”“想一想”等交流式評價，引發學生積極思考和情感共鳴。

教學活動：如圖７所示，展示自制的連通器教具，觀察水從高水位容器Ａ流到低水位容器Ｂ的現象。

提問學生：有沒有辦法使水從容器Ｂ重新流回容器Ａ？

學生：用抽水機抽水，或用勺子舀回去。

學生分組實驗，體驗“水泵抽水”的過程（圖8）。引導學生對“水泵抽水”“電源供電”兩類現象進行類比（圖9）。學生充分思考和交流后歸納得出電源的作用：克服靜電力，把電子從高電勢“搬”到低電勢。引導學生持續搖動感應起電機，體驗“人造閃電”產生持續電流的實驗過程，并解釋其微觀原理［２］。

設計意圖：學生分組操作“水泵抽水”，加深感性體驗與認知，調動身體感知，激發學習興趣，提高學習質量。掌握類比方法，明確電源作用。引導學生觀察“人造持續閃電”的現象，嘗試用所學知識解釋分析。

教學活動：

提問學生：導線與電源正負極連接，導線中電場如何分布？是否只受電源正負極產生的電場作用？

引發學生產生質疑與思考。用“微元法”選取導線微元，聯系所學的靜電平衡知識進行理論分析。

學生習得相關物理觀念：①導線處的電場是由電源（外電場）和導體內積聚的電荷（感應電場）共同形成；②導線中某點合場強方向和該點的切線方向平行；③導線內電場的靜電平衡是動態平衡。

師生共同提煉恒定電場與恒定電流的概念，學生分組交流其特點，闡述聯系與區別。

設計意圖：引導學生對“導線中的電場如何分布”形成自己的看法和見解，提出相應觀點，同時對他人的觀點形成思考、產生質疑，促進批判性思維的發展。通過“由簡單到復雜”“微元法”等研究方法的掌握，促進科學思維的發展。聯系舊知，用已學知識解釋導線處的電場分布特征，體會動態平衡。

３" " 定性推理，定量探究

教學活動：引導學生從電流的定義、大小、標矢性、方向、單位等方面分組交流已掌握的“電流知識”（圖10），了解學生對如何定義電流，如何描述其大小等較為模糊。用“車流量”類比“電流量”，進一步明確電流定義，用比值定義法定義電流大小（圖11）。引導學生聯想舊知，說一說已學的物理量中哪些是用比值定義法定義的。

設計意圖：課堂教學中要給學生一定的時間分組討論、交流，進行頭腦風暴。同時要有全局觀念，當前知識的教學是對前概念知識的延續、補充和糾正，合理設置“接口”，讓學生暴露前概念中的知識不足，提高新課教學的針對性和指向性。再一次體會“類比”的研究方法和比值定義法。通過“說一說”等交流式評價，引發學生聯系舊知，積極思考比值定義法定義的其他物理量。

教學活動：設置具體案例和數據，提出“算一算銅導線中電子的定向移動速率”的任務。如圖１２所示，教師展示導線柱體模型，引導學生獲取感性認識，建構物理模型，師生共議得到電流的微觀表達式I=nqvS，代入相關數據，得到銅導線中電子定向移動速率數量級為１０－５ ｍ/ｓ。引發質疑，這個速率合理嗎？演示教室中打開電（下轉第22頁）

（上接第17頁）燈的過程，學生觀察燈立即亮而非經過幾小時后才發光。引導學生辨析定向移動速率、電流傳導速率、無規則熱運動速率等相近概念的聯系與區別。觀看夏天搖蚊始終在頭頂盤旋飛行的視頻，讓學生加強對三種速率的感受。

設計意圖：采用自制教具進行輔助教學，展示柱體模型有助于學生觀察及體會，激活形象思維，突破教學難點。推導理解電流微觀表達式的過程，用數學方法將物理模型清晰化，有利于抓住問題的本質規律。引導學生對結果進行質疑，用生活中的搖蚊現象類比、辨析三種速率，促進科學思維的培養。

４" " 拓展應用，提煉收獲

教學活動：展示各類電源的圖片（圖13），讓學生了解生產生活中的各類電源，簡要說明土豆電池的原理，充電寶中容量“ｍＡｈ”的含義，以及普及電動汽車對國家環保發展戰略的重要意義。引導學生從觀念形成、方法掌握、思維培養等方面總結本節課的收獲。

設計意圖：展示生活中常見的電源，突出物理知識在生產生活實踐中的廣泛應用，激發學生的學習興趣。介紹電動汽車的環保和普及，引導學生形成正確的科學態度和價值觀。

綜上，通過提煉關鍵問題，強化任務導向，逐步優化形成完整清晰的認知結構，圍繞“感性認知、理論分析、定性推理、定量探究、拓展應用”等任務，掌握“類比”“由定性到定量”等研究方法，培植“模型建構”“質疑創新”等科學思維，最終形成關注社會、節能環保的科學態度，用物理特有的精神文化深化學生的素養生成與發展是物理教學應秉持的態度。

參考文獻：

［１］孫鐵斌．“電源和電流”的“高端”備課［Ｊ］．物理教學，２０１６，38（2）：１５－１８．

［２］董文杰．“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［Ｊ］．物理教師，２０２２，43（5）：１９－２２．

（欄目編輯" " 趙保鋼）

收稿日期：２０２４－１０－０８

基金項目：２０２３年浙江省教研課題“‘學習進階’視域下資優生質疑創新能力培養研究”（Ｇ２０２３０８０）。

作者簡介：戎杰（１９８９－），男，中學高級教師，主要從事高中物理教學工作。