基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)

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摘 ? 要：文章立足于研究一堂新課的學(xué)習(xí)進(jìn)階策略，提出了以核心概念為主軸、以科學(xué)探究活動為載體、以科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的養(yǎng)成為歸宿、滲透科學(xué)思維的進(jìn)階的課堂設(shè)計(jì)理念。在該理念下設(shè)計(jì)了一堂新課——“電源和電流”，應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)，并論述了一線教學(xué)中的一些困惑。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);學(xué)習(xí)進(jìn)階;電源和電流

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）2-0010-5

1 ? ?理論基礎(chǔ)

核心素養(yǎng)以整合的視角對學(xué)生發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力進(jìn)行了梳理和提煉，包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面。

學(xué)習(xí)進(jìn)階以學(xué)生對核心概念的理解和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)為研究對象，描述學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展歷程，并提供有針對性的教學(xué)改進(jìn)方案。學(xué)習(xí)進(jìn)階包括錨定起點(diǎn)、錨定終點(diǎn)和多個中間水平。郭玉英等提出的科學(xué)概念層級模型[1]，以認(rèn)知復(fù)雜度為進(jìn)階變量，按照學(xué)生思維發(fā)展順序從簡單到復(fù)雜分為五個逐級進(jìn)階的層級，并建構(gòu)了基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)模型[2-4]。

據(jù)此，筆者認(rèn)為，基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)有以下特點(diǎn)：

（1）學(xué)習(xí)進(jìn)階的構(gòu)建以核心概念為主軸。這里的核心概念，有時被稱作大概念（Big Ideas）或關(guān)鍵概念（Key Ideas），包括了科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)重要概念、原理、理論等的基本原理和解釋。物理觀念就是指大概念，因此從學(xué)習(xí)進(jìn)階的角度促進(jìn)學(xué)生對大概念的理解與培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)具有內(nèi)在一致性。教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該將科學(xué)概念理解的發(fā)展層級模型作為進(jìn)階變量，以“大概念”為主軸設(shè)計(jì)每堂課的進(jìn)階路徑。

（2）課程設(shè)計(jì)應(yīng)滲透科學(xué)思維的進(jìn)階。物理觀念的進(jìn)階必然伴隨著學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展，而科學(xué)思維能力的發(fā)展又會進(jìn)一步促進(jìn)物理觀念的提升，二者互為促進(jìn)?？茖W(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等，一堂課不一定要面面俱到，可以根據(jù)核心概念促進(jìn)某一方面或某幾方面的思維進(jìn)階。比如，弭樂老師建構(gòu)了概念學(xué)習(xí)進(jìn)階與科學(xué)論證整合的教學(xué)理論框架，建議以科學(xué)概念層級的發(fā)展為主線，在概念進(jìn)階的關(guān)鍵點(diǎn)上滲透不同水平的論證活動，同時注重教學(xué)策略（如口頭論證、書面論證等）的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生概念理解和論證能力的協(xié)同發(fā)展。

（3）學(xué)習(xí)進(jìn)階的載體是科學(xué)探究活動。真正的探究源于質(zhì)疑，是任務(wù)開放的一種尋找答案的活動，包括問題、證據(jù)、解釋、交流。課堂設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，用合適的問題激發(fā)探究動機(jī)，以真實(shí)的可操作的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究活動，以交流研討升華探究過程，最終目的是實(shí)現(xiàn)“物理觀念”和“科學(xué)思維”的進(jìn)階。

（4）學(xué)習(xí)進(jìn)階的歸宿是科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的養(yǎng)成?；诤诵乃仞B(yǎng)進(jìn)行教學(xué)的最終歸宿是要培養(yǎng)一個有血有肉、有責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)?shù)娜?。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的養(yǎng)成是一切課堂行為的最終歸宿。

2 ? ?教學(xué)設(shè)計(jì)案例

2.1 ? ?基于進(jìn)階的學(xué)情分析

1.需要建構(gòu)的科學(xué)概念

（1）現(xiàn)有的認(rèn)知狀態(tài)：

知道電源可搬動電荷，會定性地表達(dá)電流的強(qiáng)弱。（經(jīng)驗(yàn)水平）

（2）期望達(dá)到的認(rèn)知狀態(tài)：

①建立恒定電流模型，理解電流強(qiáng)度的定義。（關(guān)聯(lián)水平）

②建立電子運(yùn)動的微觀模型，經(jīng)歷定向移動速率的推理過程，得出I=neSv。（系統(tǒng)水平）

③使用公式解釋探究實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，討論并理解各物理量之間自變和公變的關(guān)系。（整合水平） 2.希望培養(yǎng)的關(guān)鍵能力

（1）科學(xué)思維：

①模型建構(gòu)：

建立電源模型;

建立恒定電流模型;

建立電子的微觀運(yùn)動模型。

②科學(xué)推理：

基于靜電場理論，推理產(chǎn)生恒定電流的原因;

基于定向移動模型，推理電流的微觀表達(dá)式;

基于“自由電子氣體模型”，推理決定定向移動速率的各因素（選講）。

③科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新：

通過科學(xué)論證活動，提升學(xué)生的論證能力和質(zhì)疑創(chuàng)新能力。

（2）科學(xué)探究：

問題、證據(jù)、解釋、交流：創(chuàng)設(shè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)探究情境，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

3.期望建構(gòu)的整合關(guān)系

（1）整合電路和靜電場的知識，以建立電子定向移動的微觀模型。

（2）整合電流強(qiáng)度的宏觀定義式和微觀表達(dá)式。

4.可能存在的中間狀態(tài)

本節(jié)課從現(xiàn)有認(rèn)知狀態(tài)到期望達(dá)成的終點(diǎn)間有4個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

（1）從經(jīng)驗(yàn)水平到映射水平。能觀察、總結(jié)生活中的電源和電流現(xiàn)象屬于經(jīng)驗(yàn)水平;能基于實(shí)驗(yàn)觀察，結(jié)合靜電場理論，總結(jié)出產(chǎn)生持續(xù)電流的原因，在現(xiàn)象和理論間建立簡單的聯(lián)系，屬于映射水平。

（2）從映射水平到關(guān)聯(lián)水平。能總結(jié)出產(chǎn)生恒定電流的原因、建立定向移動的模型，從宏觀上定義電流強(qiáng)度，屬于關(guān)聯(lián)水平。

（3）從關(guān)聯(lián)水平到系統(tǒng)水平。能利用定向移動的理想模型，推理電流的微觀表達(dá)式，能理解電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式中各個物理量的含義及協(xié)調(diào)各變量的自變與共變關(guān)系，能應(yīng)用微觀表達(dá)式解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，屬于系統(tǒng)水平。

（4）從系統(tǒng)水平到整合水平。能結(jié)合熱力學(xué)中理想氣體分子的熱運(yùn)動模型，用類比的方法建立理想電子氣體模型，分析決定平均移動速率的相關(guān)因素，屬于整合水平。

2.2 ? ?學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)（如圖1）

2.3 ? ?教學(xué)過程

基于從學(xué)情分析，將教材內(nèi)容設(shè)計(jì)為5個循序漸進(jìn)的科學(xué)探究活動和9個基于大概念的驅(qū)動問題。以經(jīng)驗(yàn)層級為起點(diǎn)，逐級進(jìn)階，使得學(xué)生能夠達(dá)到系統(tǒng)層級的最終目標(biāo)。

科學(xué)探究活動如表1、表2、表3、表4、表5所示。

2.4 ? ?反饋

教學(xué)后設(shè)計(jì)了四個后測題目：

（1）（單選）對于金屬導(dǎo)體，還必須滿足哪一個條件才能產(chǎn)生恒定電流（ ? ? ?）

A.有可以自由移動的電荷

B.有電源

C.有電壓

D.導(dǎo)體內(nèi)部有恒定電場

（2）（不定項(xiàng)）關(guān)于電流，下列說法中錯誤的是（ ?）

A.導(dǎo)體中無電流的原因是其內(nèi)部自由電荷停止了運(yùn)動

B.同種材料制成的兩個金屬導(dǎo)體都通電，電流大的導(dǎo)體內(nèi)自由電荷定向運(yùn)動速率大

C.由于電荷做無規(guī)則熱運(yùn)動的速率比電荷定向移動速率大得多，故電荷做無規(guī)則熱運(yùn)動形成的電流也就大得多

D.電荷做無規(guī)則熱運(yùn)動不形成電流

（3）（不定項(xiàng)）有甲、乙兩導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而乙在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量是甲的2倍，以下說法中正確的是（）

A.甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同

B.乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的2倍

C.乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動的速率是甲導(dǎo)體的4倍

D.甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動的速率大小相等

（4）如果我們定義一段導(dǎo)體兩端的電勢差與電流的比值為電阻，從今天學(xué)習(xí)的內(nèi)容中去推理導(dǎo)體的電阻由什么決定？

3 ? ?教學(xué)效果分析

設(shè)計(jì)意圖：第1題屬于映射水平，為了檢查學(xué)生是否掌握產(chǎn)生恒定電流的條件;第2題屬于關(guān)聯(lián)水平，為了檢查學(xué)生有沒有理解定向移動的模型;第3題屬于系統(tǒng)水平，為了檢查學(xué)生能不能協(xié)調(diào)I= 與I=neSv中各個物理量之間的關(guān)系;第4題屬于整合水平，為了檢查學(xué)生能不能使用本節(jié)課的核心概念去聯(lián)系電阻的定義進(jìn)行理論推理。

筆者教授的兩個班級一個為平行班、一個為實(shí)驗(yàn)班，各個題目的得分率的后測結(jié)果如表6所示。

可見：

（1）整體呈現(xiàn)認(rèn)知復(fù)雜度越高得分率越低的趨勢。

（2）無論是哪一級水平，實(shí)驗(yàn)班的整體水平都高于平行班。

（3）兩個班級最大的差異出現(xiàn)在第3題，說明平行班的很多學(xué)生只是記住了I=neSv這個公式，并不能在系統(tǒng)層面上協(xié)調(diào)多要素結(jié)構(gòu)中各變量的自變和共變關(guān)系。

（4）第四題表現(xiàn)普遍較差，兩個班級差異不大，說明通過這一節(jié)課的學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生還不能由核心概念統(tǒng)整對某一科學(xué)觀念的理解，并建構(gòu)科學(xué)概念間的聯(lián)系。

4 ? ?總 ? 結(jié)

基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)為高中教師改進(jìn)教學(xué)提供了理論依據(jù)。本文立足于研究一堂新課的學(xué)習(xí)進(jìn)階，提出了以核心概念為主軸、以科學(xué)探究活動為載體、以科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的養(yǎng)成為歸宿、滲透科學(xué)思維進(jìn)階的課堂設(shè)計(jì)理念，并詳細(xì)論述了“電源和電流”的教學(xué)實(shí)踐過程。

本課在概念學(xué)習(xí)進(jìn)階與科學(xué)思維進(jìn)階進(jìn)行了整合與嘗試，注重科學(xué)論證教學(xué)，注重對模型建構(gòu)和科學(xué)推理的培養(yǎng)。但是，由于缺乏具體的量化指標(biāo)，希望更多的老師能進(jìn)行更深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯 ? ?趙保鋼）