董友軍 閔喜珍

摘要：學習進階是學生在學習時所遵循的連貫、深入思維路徑的描述，也是學生在學習時所遵循的連貫、典型學習路徑的描述。要促進學習進階，首先要明確什么是“階”。根據學生認知發(fā)展規(guī)律，可以確立經驗、映射、關聯、系統(tǒng)、整合這樣的五“階”?；浗贪娓咧形锢磉x擇性必修第二冊《互感和自感》一課，以此五“階”為“腳踏點”，拾“階”而上，展開教學。促進學習進階不是簡單的環(huán)節(jié)劃分，還需要尋求一些有效的教學策略支撐，如指向素養(yǎng)提升、滲透思政元素、密切聯系生活等。

關鍵詞：高中物理；學習進階；概念教學；核心素養(yǎng)

*本文系廣東教育學會“十四五”規(guī)劃教育科研重點課題“基于學習進階的高中物理教學設計實踐研究”（編號：GDESH14002）的階段性研究成果。學習進階是學生在學習時所遵循的連貫、深入思維路徑的描述，也是學生在學習時所遵循的連貫、典型學習路徑的描述。［1］而要促進學習進階，首先要明確什么是“階”。“階”是學生認知過程中的各個“腳踏點”，正是一個個連續(xù)的“階”將學習的起點和終點連接起來。根據學生認知發(fā)展規(guī)律，我們可以確立這樣的五“階”：經驗，指學生具有尚未關聯的零散事實；映射，指學生建立事實與術語之間的關系；關聯，指學生建立術語與多個事實的關系；系統(tǒng)，指學生從系統(tǒng)角度協調變量關系；整合，指學生統(tǒng)整對某一科學觀念的理解。［2］為了便于理解及應用，借助SOLO分類理論，將其轉化為層級圖示（如下頁圖1所示）。

下面，以粵教版高中物理選擇性必修第二冊《互感和自感》一課為例，闡述如何拾“階”而上，教學物理概念。

一、 教學過程

（一） 經驗層級：立足現象，顯露前概念

在未正式開始學習物理概念之前，學生擁有關于這一概念的尚未關聯的零散事實。因此，在物理概念教學伊始，教師應該創(chuàng)設相應的學習活動（如實驗），立足現象，充分顯露學生的前概念。

《互感和自感》一課，教師首先引導學生回顧：如圖2所示，給螺線管加上電流，螺線管周圍就會產生磁場；若螺線管中的電流發(fā)生變化，則螺線管周圍的磁場也會發(fā)生變化。然后，教師引導學生推測：（1） 若在螺線管外部磁場某處放入一個閉合線圈，由法拉第電磁感應定律，推測得到這個線圈就會產生感應電動勢；（2） 因為螺線管內部磁場也發(fā)生變化，由法拉第電磁感應定律，推測得到這個螺線管自身也會產生感應電動勢。

為了證明以上推測，教師設計了三個實驗，引導學生觀察、分析與歸納。

實驗1：如圖3所示，把一根普通導線繞成30圈以上的線圈，連接在小燈泡兩端，讓線圈與小燈泡組成閉合回路。在電磁爐上放一個裝有部分水的鐵碗，接通電磁爐電源，讓電磁爐穩(wěn)定運行。把閉合回路移到電磁爐上方，發(fā)現小燈泡發(fā)光。小燈泡之所以發(fā)光，是因為線圈上產生了感應電動勢，從而驗證了推測（1）。

實驗2：如圖4所示，小燈泡A1與滑動變阻器R相連，小燈泡A2與線圈L相連，閉合開關S瞬間，發(fā)現與滑動變阻器R相連的小燈泡A1立刻正常發(fā)光，而與線圈L相連的小燈泡A2卻逐漸變亮。小燈泡A2之所以逐漸變亮，是因為線圈上產生了感應電動勢，阻礙燈泡電流立即變大，從而驗證了推測（2）。

實驗3：如圖5所示，小燈泡A與線圈L并聯，先閉合開關S，待小燈泡A正常發(fā)光后，再斷開開關S，發(fā)現小燈泡A不是立即熄滅，而是逐漸熄滅。小燈泡A之所以逐漸熄滅，是因為線圈上產生了感應電動勢，阻礙小燈泡電流立即變小，從而驗證了推測（2）。

教師鼓勵學生用自己的語言歸納實驗現象：當一個線圈中的電流發(fā)生變化時，會在另一個線圈中產生感應電動勢，這種現象稱為互感現象，這種感應電動勢稱為互感電動勢；當一個線圈中的電流變化時，會在自身線圈中產生感應電動勢，這種現象稱為自感現象，這種感應電動勢稱為自感電動勢。

楊振寧教授說：“現象是物理學的根源?！蔽锢砀拍罱虒W，教師需要創(chuàng)設學習活動，從現象中找到物理概念的事實依據，體現物理概念“從生活中來”，從而培養(yǎng)學生的物理觀念。學生通過觀察實驗現象，用自己的語言進行分析、歸納、交流，有利于培養(yǎng)自身的科學探究能力。

（二） 映射層級：削枝強干，建立概念模型

顯露學生的前概念后，教師要帶領學生建構事物的具體特征與抽象術語之間的映射關系。而真實情境比較復雜，為了突出主要因素而忽略次要因素，物理研究常用模型建構的方法。

在引出互感和自感的概念后，教師繼續(xù)引導學生把演示實驗轉化為物理模型，分析互感現象和自感現象。

針對圖3中的實驗，電磁爐相當于螺線管X，導線與小燈泡連接相當于閉合回路Y，電磁爐接通交流電源相當于通過螺線管X的電流IX發(fā)生變化，即在螺線管X周圍產生變化的磁場BX，變化的磁場BX讓閉合回路Y的磁通量ΦY發(fā)生變化，從而在閉合回路Y中產生感應電動勢EY，因此在閉合回路Y中形成感應電流IY，故小燈泡發(fā)光。這個現象是當線圈（螺線管）X中的電流變化時，會在線圈（閉合回路）Y中產生感應電動勢，故為互感現象。根據以上分析，教師引導學生得出互感規(guī)律：互感電動勢的大小為E=nΔΦΔt；互感電流的方向滿足楞次定律。

針對圖4中的實驗，線圈L相當于螺線管X，閉合開關S相當于通過螺線管X的電流IX變大，即螺線管X中的磁場BX變大，從而螺線管X的磁通量ΦX變大。根據法拉第電磁感應定律，在螺線管X中會產生感應電動勢EX，再根據楞次定律，得到感應電動勢EX要阻礙原電流IX增大，因此通過與線圈L串聯的小燈泡A2的電流IX逐漸增大，故小燈泡A2逐漸變亮。這個現象是當線圈（螺線管）X中的電流變化時，會在線圈（螺線管）X中產生感應電動勢，故為自感現象。

針對圖5中的實驗，線圈L相當于螺線管X，斷開開關S相當于螺線管X中的電流IX變小，即螺線管X中的磁場BX變小，從而螺線管X的磁通量ΦX變小。根據法拉第電磁感應定律，在螺線管X中會產生感應電動勢EX，此時螺線管X與小燈泡A形成閉合回路，再根據楞次定律，感應電動勢EX要阻礙原電流IX減小，即線圈L中的電流逐漸變小，故小燈泡A逐漸熄滅。這個現象也是當線圈（螺線管）X中的電流變化時，會在線圈（螺線管）X中產生感應電動勢，故為自感現象。

根據以上分析，教師引導學生結合相關理論，得出自感規(guī)律：自感電動勢的大小為E=LΔIΔt，其中L表示自感系數，它與線圈的大小、形狀、匝數以及是否有鐵芯等因素有關。自感電流的方向滿足楞次定律，即自感電流“阻礙原電流變化”：若原電流增大，則自感電流方向與原電流方向相反；若原電流減小，則自感電流方向與原電流方向相同。教師補充說明：自感系數的單位是亨利，簡稱亨，符號為H；物理學家亨利于1831年發(fā)現自感現象，于1835年解釋自感現象，他沒有申請專利，而是把他的研究成果及其發(fā)明創(chuàng)造無償獻給了社會，其高風亮節(jié)、無私奉獻精神受到后人敬仰，因此人們把自感系數的單位定為亨利。

教師引導學生先把演示實驗轉化為物理模型，再用物理學科知識進行分析，培養(yǎng)學生模型建構、科學推理等科學思維。自感系數單位命名的故事，體現了物理學家無私奉獻的精神，有利于滲透物理課程思政，培養(yǎng)學生科學態(tài)度、社會責任等素養(yǎng)。

（三） 關聯層級：強調聯系，完善概念結構

任何物理概念都不是孤立存在的，每個物理概念都與其他概念相互聯系，形成縱橫交錯、上下層級結構。因此，在建立各個獨立的概念模型后，教師要帶領學生形成概念結構。

在上述概念分析的基礎上，教師引導學生尋找各個物理概念之間的邏輯關系。如圖6所示，螺線管X中的電流IX發(fā)生變化，會引起螺線管X的磁感應強度BX發(fā)生變化。若在螺線管X外部某處放入一個閉合線圈Y，則線圈Y的磁通量ΦY發(fā)生變化。根據法拉第電磁感應定律，線圈Y上就會產生感應電動勢EY，從而產生互感現象。螺線管X中的電流IX發(fā)生變化，會引起螺線管X的磁感應強度BX發(fā)生變化，則螺線管X自身的磁通量ΦX也發(fā)生變化。根據法拉第電磁感應定律，螺線管X上就會產生感應電動勢EX，從而產生自感現象。互感現象和自感現象，本質上都是電磁感應現象，都滿足法拉第電磁感應定律和楞次定律。

教師引導學生回顧教學過程，根據物理概念之間的邏輯聯系，讓每個學生在自己心中建構概念圖式，有利于學生形成知識網絡，增強學生應用知識的能力。通過概念圖式，可以清晰地看出互感現象、自感現象的本質都是電磁感應現象，有利于學生深入理解概念的本質，完善概念結構。

（四） 系統(tǒng)層級：切身體驗，凝聚概念系統(tǒng)

完善概念結構以后，學生要能從系統(tǒng)層面上協調多要素結構中各變量的自變與共變關系。顧明遠教授說：“學生成長在活動中?！被顒又卦隗w驗。學生通過切身（具身）的體驗活動，可以對概念產生深刻的感悟，凝聚概念系統(tǒng)。

教師設置學生切身體驗環(huán)節(jié)，以幫助學生深化概念。如圖7所示為觸電體驗儀（俗稱“千人震”），裝有一節(jié)電動勢為1.5V的干電池。教師引導學生積極猜測：兩個同學各一只手握住其中一個小球，另一只手與其他同學手拉手圍成一個閉合回路，當開關閉合時，同學們會不會有觸電的感覺？當開關斷開時，同學們會不會有觸電的感覺？學生發(fā)表各種猜測后，教師實際閉合和斷開開關，讓學生進行體驗：閉合開關時，沒有觸電的感覺；斷開開關時，有明顯觸電的感覺。

接著，教師先把觸電體驗儀轉化為物理模型——閉合電路（如下頁圖8所示），再請學生分析：同學們手拉手連接在導線1和導線2兩端，等效于與鎮(zhèn)流器并聯，閉合開關時，由于電源電動勢為1.5V，在同學們身上產生的電流很小，所以大家沒有觸電的感覺；斷開開關時，鎮(zhèn)流器中的電流突然減小，由于自感現象，會在鎮(zhèn)流器中產生瞬時高壓，而鎮(zhèn)流器與同學們組成閉合回路，則會在這個閉合回路中產生瞬時強電流，因此大家會有明顯的觸電感覺。

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。物理知識學習完后，教師創(chuàng)設讓學生切身體驗的實驗活動。這樣的體驗活動，既可以幫助學生感受物理知識的魅力，激發(fā)物理學習興趣，也可以讓學生加深對物理知識的理解，凝聚物理概念系統(tǒng)。

（五） 整合層級：遷移應用，升華概念層級

概念學習的最終目標之一是能靈活應用概念。而物理知識來自生活，又服務于生活。因此，教師密切聯系生活，創(chuàng)設情境，幫助學生靈活應用概念，進而在應用中將對概念的認知加以整合，上升為物理觀念。

首先，教師精選生活中利用互感現象、自感現象的實例，引導學生進行定性分析。如圖9所示，變壓器利用互感現象，可以把低壓升為高壓進行遠距輸送，也可以把高壓降為低壓進行日常照明；如圖10所示，日光燈利用自感現象，在電源開關接通時，由于啟輝器通電后很快斷電，在鎮(zhèn)流器上產生瞬時高壓，使燈管內的氣體電離發(fā)出紫外線，激發(fā)管壁上的熒光粉發(fā)出可見光，從而讓日光燈正常工作。

接著，教師精選生活中防止互感現象、自感現象的實例，引導學生進行定性分析：如圖11所示，電源連接器避免了互感現象，即通過連接器內部特殊結構，可以減少電源接通時，因為互感現象而對用電設備造成的損傷；如圖12所示，安全開關避免了自感現象，即通過安全開關的特殊處理，可以減少高壓線在接通和斷開的瞬間，因為自感現象而對線路設備造成的損傷。

用互感現象、自感現象解釋生活實例，有利于學生理解概念，增強學生用物理知識分析實際問題、解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生的物理觀念。針對互感現象、自感現象，列舉利用與防止的實例，體現了辯證思維，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度。

二、 教學反思

促進學習進階不是將課堂簡單地劃分為幾個環(huán)節(jié)，它要求這些環(huán)節(jié)中的學習活動對學生的學習必須具有可操作性和富有成效，因此還需要尋求一些有效的教學策略來支撐。

（一） 指向素養(yǎng)提升

中學物理概念教學的目標不是概念本身，而是通過物理概念學習，提升學生物理學科核心素養(yǎng)。在課堂教學過程中，如何培育學生物理學科核心素養(yǎng)？可以簡化為如下關系：物理知識+真實情境+實踐活動=物理學科核心素養(yǎng)。在備課過程中，采用“三序合一”設計教學過程，能夠有效落實物理學科核心素養(yǎng)教學目標。三序是指知識序、進階序、素養(yǎng)序。知識序為物理學科知識呈現順序，進階序為學習進階發(fā)展層級順序，素養(yǎng)序為物理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)順序?！叭蚝弦弧本褪侵冈诮虒W設計過程中，把物理學科知識內容，按照某種邏輯關系進行排序，讓中學物理概念教學過程既符合學習進階發(fā)展層級順序，又培育學生物理學科核心素養(yǎng)。

（二） 滲透思政元素

物理課程思政，是指以物理知識為載體，融入思想政治教育內容，有意識地培養(yǎng)學生思想政治素養(yǎng)的教學理念。

本節(jié)課精選教學素材，滲透物理課程思政。例如，介紹物理學家亨利的事跡，滲透品德修養(yǎng)；介紹我國在特高壓輸電變壓器方面的成就，滲透家國情懷。

（三） 密切聯系生活

認知心理學表明，要讓學生真正理解知識，最有效的方式就是把知識應用于生活。［3］建構主義教學觀指出，知識不能脫離真實生活而抽象存在，課堂教學應該與真實生活聯系起來。在物理概念教學過程中，教師要把物理概念引向生活，聯系生活。

互感、自感現象及其應用在生活中經常出現，教師精心挑選生活素材，把互感、自感融于生活素材（如高壓輸電變壓器、高壓線安全開關）中，讓學生把生活素材轉換為物理模型，運用法拉第電磁感應定律解決實際生活問題，增強學生解決問題的能力，體現物理學科的應用價值。

參考文獻：

［1］ 劉晟，劉恩山.學習進階：關注學生認知發(fā)展和生活經驗［J］.教育學報，2012（2）：8182.

［2］ 郭玉英，姚建欣.基于核心素養(yǎng)學習進階的科學教學設計［J］.課程·教材·教法，2016（11）：65.

［3］ 何克抗.建構主義的教學模式、教學方法與教學設計［J］.北京師范大學學報（社會科學版），1997（5）：7481.設計指南