強化任務(wù)導(dǎo)向 優(yōu)化認知結(jié)構(gòu)深化素養(yǎng)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(yīng)用”等任務(wù)，掌握“類比”“由定性到定量”等研究方法，培植“模型建構(gòu)”“質(zhì)疑創(chuàng)新”等科學(xué)思維，形成“關(guān)注社會”“節(jié)能環(huán)?！钡瓤茖W(xué)態(tài)度，優(yōu)化認知結(jié)構(gòu)，深化素養(yǎng)生成。

關(guān)鍵詞：認知結(jié)構(gòu)；科學(xué)思維；素養(yǎng)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(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)理論指出，學(xué)習(xí)的實質(zhì)和結(jié)果是形成和發(fā)展認知結(jié)構(gòu)，是人的主動認知過程，即是認知結(jié)構(gòu)的組織和重新組織。知識的學(xué)習(xí)是在學(xué)習(xí)者的頭腦中形成各學(xué)科知識的基本結(jié)構(gòu)，而學(xué)習(xí)通常通過“任務(wù)”來誘發(fā)。在任務(wù)導(dǎo)向下，學(xué)習(xí)者不斷維持和加強成就動機，驅(qū)動達到學(xué)習(xí)目的。就本節(jié)課內(nèi)容而言，通過提煉關(guān)鍵問題“電流產(chǎn)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(jié)構(gòu)（圖１），生成“感性認知、理論分析、定性推理、定量探究、拓展應(yīng)用”等核心任務(wù)，圍繞“情境—問題—任務(wù)—活動—評價”等教學(xué)環(huán)節(jié)，組織開展相關(guān)的活動及評價，深化學(xué)科素養(yǎng)的生成與發(fā)展。

１" " 感性認知，提出問題

教學(xué)活動：展示生活中的“閃電”現(xiàn)象圖片（圖2），用感應(yīng)起電機演示“人造閃電”的產(chǎn)生（圖3），激發(fā)學(xué)生興趣。

提出問題：人造閃電是怎樣產(chǎn)生的？

學(xué)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(chǎn)生過程中會有電流產(chǎn)生嗎？如果有，電流會持續(xù)存在嗎？

設(shè)計意圖：生活是物理教學(xué)的根基和落腳點，引導(dǎo)學(xué)生對生活現(xiàn)象進行感受和體驗，把課堂教學(xué)和生活素材緊密聯(lián)系起來，通過看圖片、做實驗等方式引入課題，豐富教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)過程，增加學(xué)習(xí)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(xué)生學(xué)習(xí)活動的發(fā)生［１］。

２" " 模型建構(gòu)，理論分析

教學(xué)活動：引導(dǎo)學(xué)生把“人造閃電”抽象為已學(xué)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(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了約０．０８ μＡ的微小電流，但電流產(chǎn)生并不持續(xù)。

師生共同理論分析：導(dǎo)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(chǎn)生而不持續(xù)。如圖５所示，學(xué)生分組體驗電容器瞬時放電實驗，觀察二極管的瞬時發(fā)光狀態(tài)。

設(shè)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(fù)雜的物理問題簡單化，促進科學(xué)思維的發(fā)展。用傳感器測定瞬時電流，克服了傳統(tǒng)電流表難以測定微小電流的弊端，激發(fā)學(xué)生興趣，有效突破難點。電容器瞬時放電實驗，引導(dǎo)學(xué)生通過親身體驗感知物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。

教學(xué)活動：如圖６所示，展示電子激光筆持續(xù)發(fā)光的現(xiàn)象，引發(fā)思考，拆開激光筆展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)（干電池），提示電源是產(chǎn)生持續(xù)電流的根本原因。引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活，說一說生活中持續(xù)電流的現(xiàn)象，提問：為什么在電源作用下可以產(chǎn)生持續(xù)電流？微觀的物理機理是什么？

設(shè)計意圖：課堂教學(xué)要指向解決實際生活情境的問題，致力于培養(yǎng)學(xué)生解釋物理現(xiàn)象、分析物理問題的能力。采用“問題教學(xué)法”，牢牢抓住“有質(zhì)量的問題是學(xué)生思維發(fā)展的引擎”這一關(guān)鍵點，通過“說一說”“想一想”等交流式評價，引發(fā)學(xué)生積極思考和情感共鳴。

教學(xué)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(xiàn)象。

提問學(xué)生：有沒有辦法使水從容器Ｂ重新流回容器Ａ？

學(xué)生：用抽水機抽水，或用勺子舀回去。

學(xué)生分組實驗，體驗“水泵抽水”的過程（圖8）。引導(dǎo)學(xué)生對“水泵抽水”“電源供電”兩類現(xiàn)象進行類比（圖9）。學(xué)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(dǎo)學(xué)生持續(xù)搖動感應(yīng)起電機，體驗“人造閃電”產(chǎn)生持續(xù)電流的實驗過程，并解釋其微觀原理［２］。

設(shè)計意圖：學(xué)生分組操作“水泵抽水”，加深感性體驗與認知，調(diào)動身體感知，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。掌握類比方法，明確電源作用。引導(dǎo)學(xué)生觀察“人造持續(xù)閃電”的現(xiàn)象，嘗試用所學(xué)知識解釋分析。

教學(xué)活動：

提問學(xué)生：導(dǎo)線與電源正負極連接，導(dǎo)線中電場如何分布？是否只受電源正負極產(chǎn)生的電場作用？

引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑與思考。用“微元法”選取導(dǎo)線微元，聯(lián)系所學(xué)的靜電平衡知識進行理論分析。

學(xué)生習(xí)得相關(guān)物理觀念：①導(dǎo)線處的電場是由電源（外電場）和導(dǎo)體內(nèi)積聚的電荷（感應(yīng)電場）共同形成；②導(dǎo)線中某點合場強方向和該點的切線方向平行；③導(dǎo)線內(nèi)電場的靜電平衡是動態(tài)平衡。

師生共同提煉恒定電場與恒定電流的概念，學(xué)生分組交流其特點，闡述聯(lián)系與區(qū)別。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生對“導(dǎo)線中的電場如何分布”形成自己的看法和見解，提出相應(yīng)觀點，同時對他人的觀點形成思考、產(chǎn)生質(zhì)疑，促進批判性思維的發(fā)展。通過“由簡單到復(fù)雜”“微元法”等研究方法的掌握，促進科學(xué)思維的發(fā)展。聯(lián)系舊知，用已學(xué)知識解釋導(dǎo)線處的電場分布特征，體會動態(tài)平衡。

３" " 定性推理，定量探究

教學(xué)活動：引導(dǎo)學(xué)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(xué)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(dǎo)學(xué)生聯(lián)想舊知，說一說已學(xué)的物理量中哪些是用比值定義法定義的。

設(shè)計意圖：課堂教學(xué)中要給學(xué)生一定的時間分組討論、交流，進行頭腦風(fēng)暴。同時要有全局觀念，當(dāng)前知識的教學(xué)是對前概念知識的延續(xù)、補充和糾正，合理設(shè)置“接口”，讓學(xué)生暴露前概念中的知識不足，提高新課教學(xué)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(fā)學(xué)生聯(lián)系舊知，積極思考比值定義法定義的其他物理量。

教學(xué)活動：設(shè)置具體案例和數(shù)據(jù)，提出“算一算銅導(dǎo)線中電子的定向移動速率”的任務(wù)。如圖１２所示，教師展示導(dǎo)線柱體模型，引導(dǎo)學(xué)生獲取感性認識，建構(gòu)物理模型，師生共議得到電流的微觀表達式I=nqvS，代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得到銅導(dǎo)線中電子定向移動速率數(shù)量級為１０－５ ｍ/ｓ。引發(fā)質(zhì)疑，這個速率合理嗎？演示教室中打開電（下轉(zhuǎn)第22頁）

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

設(shè)計意圖：采用自制教具進行輔助教學(xué)，展示柱體模型有助于學(xué)生觀察及體會，激活形象思維，突破教學(xué)難點。推導(dǎo)理解電流微觀表達式的過程，用數(shù)學(xué)方法將物理模型清晰化，有利于抓住問題的本質(zhì)規(guī)律。引導(dǎo)學(xué)生對結(jié)果進行質(zhì)疑，用生活中的搖蚊現(xiàn)象類比、辨析三種速率，促進科學(xué)思維的培養(yǎng)。

４" " 拓展應(yīng)用，提煉收獲

教學(xué)活動：展示各類電源的圖片（圖13），讓學(xué)生了解生產(chǎn)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(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要意義。引導(dǎo)學(xué)生從觀念形成、方法掌握、思維培養(yǎng)等方面總結(jié)本節(jié)課的收獲。

設(shè)計意圖：展示生活中常見的電源，突出物理知識在生產(chǎn)生活實踐中的廣泛應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。介紹電動汽車的環(huán)保和普及，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的科學(xué)態(tài)度和價值觀。

綜上，通過提煉關(guān)鍵問題，強化任務(wù)導(dǎo)向，逐步優(yōu)化形成完整清晰的認知結(jié)構(gòu)，圍繞“感性認知、理論分析、定性推理、定量探究、拓展應(yīng)用”等任務(wù)，掌握“類比”“由定性到定量”等研究方法，培植“模型建構(gòu)”“質(zhì)疑創(chuàng)新”等科學(xué)思維，最終形成關(guān)注社會、節(jié)能環(huán)保的科學(xué)態(tài)度，用物理特有的精神文化深化學(xué)生的素養(yǎng)生成與發(fā)展是物理教學(xué)應(yīng)秉持的態(tài)度。

參考文獻：

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

［２］董文杰．“學(xué)習(xí)即研究”導(dǎo)向的物理教學(xué)案例分析——以人教版“電源和電流”教學(xué)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(xué)習(xí)進階’視域下資優(yōu)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究”（Ｇ２０２３０８０）。

作者簡介：戎杰（１９８９－），男，中學(xué)高級教師，主要從事高中物理教學(xué)工作。