陳 誠 江蘇省南京市陶行知學(xué)校

電壓是初中物理電學(xué)部分重要的基本概念，是學(xué)習(xí)電學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)。跟電流相比，電壓的概念要更加抽象，學(xué)生常常認(rèn)識(shí)不到兩點(diǎn)之間才有電壓，所以在使用電壓表時(shí)會(huì)把電壓表串聯(lián)到電路中。在探究串并聯(lián)電路電壓特點(diǎn)時(shí)，學(xué)生不知道要探究哪部分電壓的關(guān)系；在表達(dá)的時(shí)候，不理解為什么要說明是兩點(diǎn)間的電壓。這是因?yàn)殡妷菏强床灰娨裁恢模瑢W(xué)生的思維缺少具體事物的支持，并且在以往的學(xué)習(xí)中難以找到相似的經(jīng)驗(yàn)。蘇科版教材的處理方法是，把電壓和水壓進(jìn)行類比，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到電壓是形成電流的原因，但是學(xué)生會(huì)把電壓誤認(rèn)為是一種力，同時(shí)也難以認(rèn)識(shí)到電壓是“相對”意義上的量。筆者通過身邊的物品如電蚊拍等，依托問題情境，在原有的類比活動(dòng)的基礎(chǔ)上增加了電蚊拍相關(guān)的活動(dòng)，取得了較好的教學(xué)效果。

傳統(tǒng)教學(xué)觀念認(rèn)為，概括化的知識(shí)是學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，這些知識(shí)可以從具體情境中抽象出來，讓學(xué)生脫離具體物理情境和社會(huì)實(shí)踐情境進(jìn)行學(xué)習(xí)，且所習(xí)得的概括化知識(shí)可以自然地遷移到各種具體情境中。但實(shí)際上，學(xué)生常常難以靈活應(yīng)用從書本上獲得的知識(shí)，難以有效地參與社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)。建構(gòu)主義提出，知識(shí)存在于具體的、情境性的、可感知的活動(dòng)中，它不是一套獨(dú)立于情境的知識(shí)符號(hào)（即名詞術(shù)語），不可能脫離活動(dòng)情境而抽象地存在，它只有通過實(shí)際情境中的應(yīng)用活動(dòng)才能真正被人理解。

本文以筆者執(zhí)教的一節(jié)公開課“電壓和電壓表的使用”為例，淺談初中物理概念教學(xué)設(shè)計(jì)的三個(gè)方面。

一、依托問題情境，引起認(rèn)識(shí)沖突，在情境體驗(yàn)中加深對電壓的認(rèn)識(shí)

問題情境是指蘊(yùn)含問題的情境，主要包括真實(shí)情境、實(shí)驗(yàn)情境、活動(dòng)情境，其具有指向性、情境性、聯(lián)系性、交互性、預(yù)設(shè)與生成性等特點(diǎn)。問題情境中的“問題”，旨在引起學(xué)生的認(rèn)識(shí)沖突，讓學(xué)生的已有知識(shí)結(jié)構(gòu)不能解決這個(gè)問題，從而產(chǎn)生消除這種“沖突”和“不平衡”的愿望；問題情境中的“情境”，旨在讓“問題”具體化，并具有一定的復(fù)雜性和真實(shí)性。課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)體現(xiàn)在真實(shí)的問題情境的創(chuàng)設(shè)中，如果能創(chuàng)設(shè)可以引發(fā)認(rèn)知沖突的問題情境，可以幫助學(xué)生深化認(rèn)識(shí)。

（一）通過真實(shí)情境引入電壓，激發(fā)興趣

時(shí)值初秋，蚊子依然猖獗，筆者設(shè)計(jì)了電蚊拍打蚊子的情景，教師首先播放蚊子煩人的叫聲，并展示電蚊拍，將螺絲刀伸進(jìn)電蚊拍的電網(wǎng)中，制造“啪啪”的電擊聲，讓學(xué)生了解到被電蚊拍掃到的蚊蟲幾乎沒有生還的可能，感受電蚊拍的“巨大威力”，而且和要學(xué)習(xí)的電壓有關(guān)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣即刻被激活。

（二）通過實(shí)驗(yàn)情境體驗(yàn)水壓，類比電壓

介紹水流裝置，通過類比，讓學(xué)生知道要想形成水流，就需要在左右液面形成水壓差（如圖1），要想形成電流，電路中也要有電壓（如圖2）。要形成持續(xù)的水壓需要水泵，要形成持續(xù)電壓可以使用干電池。

圖1 水壓是形成水流的原因

圖2 電壓是形成電流的原因

（三）通過活動(dòng)情境研究電蚊拍，感受電勢之差

在了解了電壓的常用單位之后，介紹身邊的一些常見的電壓，補(bǔ)充小知識(shí)：當(dāng)電壓達(dá)到3000V，可以擊穿1mm 的空氣。教師演示尖端放電現(xiàn)象（如圖3），聽到實(shí)驗(yàn)中的電擊聲想到了電蚊拍工作的聲音。此時(shí)教師介紹電蚊拍的結(jié)構(gòu)：電蚊拍有三層電網(wǎng)，兩側(cè)的外網(wǎng)是負(fù)極，中間的內(nèi)網(wǎng)是正極（如圖4）。內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間的電壓約3000 V。

圖3 擊穿空氣

圖4 介紹電蚊拍

思考1：電蚊拍是怎樣工作的？當(dāng)蚊蟲進(jìn)入到內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間，哪怕是沒有接觸到電網(wǎng)，因?yàn)殡妷鹤銐虼?，也能擊穿空氣把蚊蟲擊斃。

思考2：電蚊拍的電壓很高，用手輕輕觸碰電蚊拍的外網(wǎng)，會(huì)不會(huì)被電到？

教師現(xiàn)場演示，發(fā)現(xiàn)不會(huì)被電到。教師介紹，外網(wǎng)和人手之間的電壓為0，所以人不會(huì)被電到；但是外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)之間的電壓為3000 V，所以蚊蟲會(huì)被電擊。

思考3：我們在表達(dá)電壓大小的時(shí)候，能不能說外網(wǎng)的電壓是3000 V？

學(xué)生了解到，必須要說某兩點(diǎn)間的電壓是3000 V。進(jìn)一步介紹我國的1000 kV 以上的輸電電壓，學(xué)生意識(shí)到生活中遇到高壓物體應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離，否則就有被電擊的危險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：此問題情境通過了解電蚊拍的結(jié)構(gòu)和使用，讓學(xué)生感受到電壓和其他物理量的不同，電蚊拍的外網(wǎng)相對于人手電壓為0，相對于內(nèi)網(wǎng)電壓為3 000 V，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到電壓是一個(gè)“相對”意義上的量。同時(shí)，通過特高壓輸電線的介紹，學(xué)生認(rèn)識(shí)到應(yīng)該遠(yuǎn)離高壓物體，這也為后續(xù)安全用電的學(xué)習(xí)做了鋪墊。

二、對比電流學(xué)習(xí)，引導(dǎo)自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)遷移能力

學(xué)習(xí)遷移能力是培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)理念的根本。早在1972 年，聯(lián)合國教科文組織就指出，教育過程必須把重點(diǎn)放在教育與學(xué)習(xí)過程的“自學(xué)”原則。有意義的自學(xué)是學(xué)習(xí)遷移能力的目標(biāo)指向——讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，在從學(xué)校教育走向社會(huì)時(shí)，能在新情境中通過有意義的“自學(xué)”去解決遇到的現(xiàn)實(shí)問題，秉持終身學(xué)習(xí)的理念，滿足終身發(fā)展的需求。

（一）對比電流表，學(xué)習(xí)電壓表的使用

學(xué)生在學(xué)習(xí)“電壓和電壓表的使用”這一節(jié)的知識(shí)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“電流和電流表的使用”，這兩節(jié)課從結(jié)構(gòu)上到內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)探究上都有很多共通之處。筆者通過對兩部分內(nèi)容進(jìn)行對比的方式，引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生遷移能力。筆者設(shè)計(jì)了如下幾個(gè)問題。思考1：對比電流表，你認(rèn)為電壓表的外觀有何不同之處？思考2：電壓表和電流表在使用上有什么相同與不同？學(xué)生閱讀課本，進(jìn)行自學(xué)，并進(jìn)行總結(jié)（如表1）。再讓學(xué)生分別測量一節(jié)干電池的電壓和多節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組的電壓，了解電壓的特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用。

表1

（二）對比探究電流特點(diǎn)，學(xué)習(xí)怎樣探究電壓特點(diǎn)

建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)，學(xué)生并不是空著腦袋走進(jìn)教室的。在以往的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)形成了豐富的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)問題呈現(xiàn)在面前時(shí)，他們往往也可以基于相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，依靠個(gè)人認(rèn)知能力，形成對問題的某種解釋。在教學(xué)中不能無視這些經(jīng)驗(yàn)，而是要把學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)作為新知識(shí)的生長點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中“生長”出新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。正所謂“教學(xué)不是知識(shí)的傳遞，而是知識(shí)的處理和轉(zhuǎn)換”。

對于串聯(lián)、并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)學(xué)生在腦海里早就有自己的認(rèn)識(shí)，筆者設(shè)計(jì)了如下幾個(gè)問題：

思考1：你認(rèn)為應(yīng)該測量哪些部分的電壓？思考2：為了使結(jié)論更具有普遍性，你打算怎么做？

在上課前已經(jīng)為大家隨機(jī)準(zhǔn)備了不同規(guī)格的小燈泡，每個(gè)小組測量1 組數(shù)據(jù)，全班進(jìn)行匯總，要做到多次測量。經(jīng)過課堂討論之后，學(xué)生利用準(zhǔn)備好的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

三、關(guān)注評價(jià)和生成，發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)，在實(shí)踐中促進(jìn)質(zhì)疑精神

科學(xué)思維層面的質(zhì)疑，是指學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)對疑難問題或?qū)δ骋患榷ńY(jié)論重新思考，并開展科學(xué)推理和論證，最終形成新觀點(diǎn)的一種思維方式。在教學(xué)中學(xué)生能夠基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論進(jìn)行質(zhì)疑和批判，并進(jìn)行推理、檢驗(yàn)和修正，從而形成自己新觀點(diǎn)的能力稱為質(zhì)疑能力。在探究串聯(lián)、并聯(lián)電路電壓特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)楦呻姵赜袃?nèi)阻，所以在接入電路后實(shí)測的電路兩端的總電壓會(huì)減小，然而學(xué)生不知道這一點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一些疑慮。部分教師往往模糊化處理，或直接告訴學(xué)生測量總電壓時(shí)要閉合開關(guān)。學(xué)生心里總有一個(gè)結(jié)無法解開，或直接把原因歸結(jié)為電壓表的測量誤差。筆者的處理方式是：鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，展示現(xiàn)象，并且討論可能的原因。雖然不能解釋清楚本質(zhì)原因，但是對于初中生而言，這么做的目的是培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，并且為后續(xù)的學(xué)習(xí)做鋪墊。

在實(shí)驗(yàn)過程中，有細(xì)心的學(xué)生發(fā)現(xiàn)了問題：當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，測量電源電壓是3 V，但是開關(guān)閉合之后，電源電壓變成了2.5 V，不解地問：難道電源電壓被偷走了0.5 V 嗎？應(yīng)該以哪個(gè)電壓值為準(zhǔn)呢？教師引導(dǎo)學(xué)生思考：會(huì)不會(huì)是因?yàn)闇y量的誤差導(dǎo)致的呢？學(xué)生：在測量電池、電池組的電壓時(shí)，測量結(jié)果也是3 V。電壓減小的現(xiàn)象只是在把干電池接入電路中才出現(xiàn)，所以應(yīng)該不是測量的誤差。此時(shí)向?qū)W生說明：電源內(nèi)部也是有電阻的，在閉合開關(guān)之后，它會(huì)把大部分電壓提供給電路，還有一部分電壓留給自己，要等到高中我們再繼續(xù)了解。但是我們在測量電路兩端電壓時(shí)，一定要閉合開關(guān)進(jìn)行測量。最后教師組織全班數(shù)據(jù)匯總，并得出串聯(lián)、并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)。

學(xué)生的思維活動(dòng)真正地發(fā)生，才能促使學(xué)習(xí)真正地發(fā)生。學(xué)生的學(xué)習(xí)，不是知識(shí)的復(fù)制粘貼，而是學(xué)生自身知識(shí)體系的建構(gòu)和完善。這就需要我們依托問題情境，引起認(rèn)識(shí)沖突，在情境體驗(yàn)中加深認(rèn)識(shí)。在已經(jīng)有一定知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)知識(shí)的遷移能力和自主學(xué)習(xí)能力，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。