電流概念的學(xué)習(xí)進階分析與初步研究

強建萍 黃武英

摘 ? 要：物理概念是學(xué)生認識和理解物理世界的基石。電流是電學(xué)中基礎(chǔ)而重要的概念，這個抽象的物理概念在義務(wù)教育階段普遍要求較低，因而在高中學(xué)習(xí)時需要的思維跨度較大，學(xué)生在理解此概念上存在著諸多困難。文章基于人教版教材中不同階段電流概念的相關(guān)內(nèi)容、學(xué)習(xí)進階理論和課程標準要求，對電流概念的學(xué)習(xí)劃分了進階水平。希望該研究能幫助一線教師科學(xué)規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的臺階，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性與連貫性。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)進階;物理概念教學(xué);電流

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2022）2-0011-4

學(xué)習(xí)進階（Learning progressions）理論認為，學(xué)生學(xué)習(xí)過程就是認知從簡單到復(fù)雜，需要跨越不同認知水平的發(fā)展過程。學(xué)習(xí)進階是用以描述在一個較長的時間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)或研究某一主題時，學(xué)生的思維方式得到逐級進階的理論框架[1]。學(xué)習(xí)進階的研究對象除了核心概念之外也可以是基本概念。大量的科學(xué)概念都是通過一定的邏輯相互關(guān)聯(lián)，而呈現(xiàn)出科學(xué)概念體系的層次性?？茖W(xué)概念層次分析是科學(xué)教育研究和教學(xué)實踐等方面的基礎(chǔ)性工作[2]。

檢索發(fā)現(xiàn)，很多研究者借助學(xué)習(xí)進階理論對中學(xué)物理概念進行了層次分析與討論。其中，閆兵兵[3]構(gòu)建了力概念的學(xué)習(xí)進階框架;賀向向[4]對中學(xué)物理能量概念展開了學(xué)習(xí)進階研究;安秋等[5]對質(zhì)量概念進行了學(xué)習(xí)進階的初步研究。電流是電學(xué)中一個非常重要且抽象的物理概念，學(xué)生僅僅根據(jù)具象的經(jīng)驗來構(gòu)建電流概念，在理解上會產(chǎn)生很多思維誤區(qū)。電流概念教學(xué)也不是局限在一堂課中僅僅針對電流定義進行教學(xué)，最終是要在整個電路的學(xué)習(xí)過程中幫助學(xué)生實現(xiàn)對電流概念的科學(xué)理解。因此，對電流概念展開一個較完整階段的學(xué)習(xí)進階研究具有重要意義。

本文從課標要求出發(fā)，以普及度較高的人教版教材為例，通過分析比較電流相關(guān)知識點在小學(xué)、初中、高中教材中的編排，尋找知識內(nèi)容之間的跨度，挖掘和探索其中的概念教學(xué)邏輯，在此基礎(chǔ)上制訂電流概念的學(xué)習(xí)進階框架。

1 ? ?課程標準中對電流概念的要求

不同階段的課程標準對電流提出了不同的學(xué)習(xí)要求?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標準》明確教師應(yīng)幫助學(xué)生形成“電可以在特定物質(zhì)中流動，電是日常生活中不可缺少的一種能源”的概念[6]?！读x務(wù)教育物理課程標準（2011年版）》主要對電流表的使用以及電流與電壓、電阻、電功率等其他物理量的關(guān)系作理解性要求，沒有對電流概念本身作過多要求[7]?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準（2017年版2020年修訂）》必修部分提出了理解閉合電路歐姆定律，理解電功、電功率及焦耳定律，了解產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件;選擇性必修課程提出了理解楞次定律，了解渦流現(xiàn)象并認識交變電流[8]。

課程標準對于課程內(nèi)容教學(xué)要求的規(guī)定都是較為長遠的目標要求。在教學(xué)實踐中，只有針對具體的教學(xué)內(nèi)容對不同年級的學(xué)生應(yīng)該達到的要求進行劃分，獲得短期的目標，才能明確地知道在某一階段的教學(xué)中具體應(yīng)該做什么，讓學(xué)生學(xué)會什么。

2 ? ?教材中電流相關(guān)內(nèi)容的呈現(xiàn)與比較分析

人教版小學(xué)科學(xué)教材主要是通過小實驗的形式幫助學(xué)生認識到電可以在導(dǎo)體中流動[9]。

人教版初中物理教材在第十五章第2節(jié)首次提出電荷的定向移動形成電流。規(guī)定了正電荷移動的方向為電流的方向，在第四小節(jié)中將電流作為物理量介紹其字母表示以及單位等，對“電流”概念進行了定性的描述。初中物理是通過實驗探究的形式得出串并聯(lián)電路中電流的規(guī)律，并且實驗探究了電流與電壓及電流與電阻的定量關(guān)系從而得出歐姆定律等。在歐姆定律之后引入了兩個新的物理量——電功和電功率，分別用來表示電流做功多少及做功快慢。關(guān)于電流的熱效應(yīng)，教材通過演示實驗表明電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流和電阻的定性關(guān)系，在此基礎(chǔ)上引出定量的表達——焦耳定律。在“電與磁”章節(jié)中，先通過物理學(xué)家奧斯特的小故事引入電流的磁效應(yīng)，之后在電生磁的基礎(chǔ)上引出磁也可以生電，從而介紹了感應(yīng)電流的概念。初中物理最后還強調(diào)了電流可以傳遞信息的功能[10]。

高中物理教材必修第三冊第十一章“電路及其應(yīng)用”中第一小節(jié)名為“電源和電流”，先在靜電場的基礎(chǔ)之上介紹恒定電場，引入恒定電流的概念，之后對電流這個物理量在初中物理定性描述的基礎(chǔ)上進行了定量表達[11]。作為改版的新教材，在電流強度定義的表達上發(fā)生了些許變化。

通過比較分析，筆者將初、高中教材中對電流的表述進行總結(jié)，如表1所示。

高中物理利用電流強度的定義式從理論上解釋了串并聯(lián)電路中的電流規(guī)律，還在初中物理的基礎(chǔ)上結(jié)合電場知識解釋了電流做功的實質(zhì)。不同于初中通過實驗歸納得出焦耳定律，高中教材則從能量守恒定律分析得出，強化了能量的觀念[12]。在電與磁相關(guān)內(nèi)容上，通過實驗探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。高中物理選擇性必修教材第二冊中通過探究影響感應(yīng)電流方向的因素介紹了楞次定律，在感生電場的基礎(chǔ)之上引入了渦電流的概念，并且在第三章著重介紹了交變電流[13]。

由此可見，高中階段電流概念的學(xué)習(xí)不僅僅是由初中的定性描述轉(zhuǎn)變?yōu)槎浚€要結(jié)合電場的理論和能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點對電流進一步解讀，幫助學(xué)生從宏觀和微觀層面認識和理解電流。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，人教版教材對電流概念的學(xué)習(xí)安排如表2所示。

3 ? ?電流概念學(xué)習(xí)進階的層級水平的劃分

郭玉英教授及團隊對基于學(xué)習(xí)進階的教學(xué)設(shè)計模型進行大量實證研究，并提出了科學(xué)概念理解發(fā)展的層級模型[14]，為本文進階水平的劃分提供了重要參考。

筆者在該模型基礎(chǔ)之上參考已有的概念研究以及高中課程標準與高考大綱的要求，對電流概念的學(xué)習(xí)進階層級水平進行初步的劃分（表3），制訂出電流概念的學(xué)習(xí)進階框架，進行學(xué)習(xí)內(nèi)容的縱向水平進階，同時關(guān)注學(xué)生典型的迷思概念，強調(diào)電流與其他相關(guān)概念間的聯(lián)系。 選擇的進階變量是電流概念相關(guān)知識內(nèi)容和學(xué)生的思維發(fā)展水平。

4 ? ?結(jié) ?語

概念的學(xué)習(xí)過程是由淺入深、逐步遞進的過程。概念的學(xué)習(xí)進階不是由一個階段水平簡單地跨越到另一個階段水平，學(xué)習(xí)進階的路徑也是多種多樣的。將學(xué)習(xí)進階理論應(yīng)用于概念教學(xué)中，最重要的是教師能夠了解學(xué)生對某個概念的認知水平，準確地對學(xué)生概念理解的層級作出判斷，從而采取有針對性的教學(xué)策略和手段，幫助學(xué)生逐步深入地理解科學(xué)概念。本文從小學(xué)、初中和高中階段對電流概念的不同課程標準要求出發(fā)，比較了不同階段人教版教材中電流相關(guān)內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了電流概念學(xué)習(xí)進階的框架。通過對電流概念學(xué)習(xí)進階的初步研究，希望能為改善初、高中物理概念教學(xué)中的銜接問題提供一點幫助。

參考文獻：

[1]National Research Council. Taking science to school：learning and teaching science in grades K-8[M]. Washington DC：National Academies Press， 2007.

[2]張玉峰，郭玉英.科學(xué)概念層次分析：價值、變量與模型[J].物理教師，2015，36（11）：2-6+10.

[3]閆兵兵.中學(xué)“力”概念的學(xué)習(xí)進階研究[D].曲阜：曲阜師范大學(xué)，2018.

[4]賀向向. 中學(xué)物理能量概念的學(xué)習(xí)進階研究[D]. 延安： 延安大學(xué)， 2019.

[5]安秋，王長江.“質(zhì)量”概念學(xué)習(xí)進階的初步研究[J].物理教師， 2020， 41（05）：2-5+9.

[6]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標準[S].北京：北京師范大學(xué)出版社， 2017.

[7]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[8]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社， 2020.

[9]人民教育出版社，課程教材研究所，課程教材開發(fā)中心， 義務(wù)教育教科書科學(xué)三年級上冊[M].北京：人民教育出版社， 2019.

[10]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書物理九年級全一冊[M].北京：人民教育出版社， 2019.

[11]人民教育出版社， 課程教材研究所， 物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第三冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[12]梁旭.人教版《物理》“第十二章 ?電能 能量守恒定律”編寫說明[J].中學(xué)物理，2020，38（07）：5-7.

[13]人民教育出版社， 課程教材研究所， 物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理選擇性必修第二冊[M].北京：人民教育出版社， 2019.

[14]郭玉英， 姚建欣. 基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進階的科學(xué)教學(xué)設(shè)計[J]. 課程·教材·教法， 2016， 36（11）： 64-70.

（欄目編輯 ? ?趙保鋼）