摘" " 要：圍繞“感性認(rèn)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(huì)”“節(jié)能環(huán)?！钡瓤茖W(xué)態(tài)度，優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)，深化素養(yǎng)生成。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知結(jié)構(gòu)；科學(xué)思維；素養(yǎng)生成

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " 文章編號(hào)：1003-6148（2025）3-0015-4

布魯納的認(rèn)知結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)理論指出，學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)和結(jié)果是形成和發(fā)展認(rèn)知結(jié)構(gòu)，是人的主動(dòng)認(rèn)知過(guò)程，即是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的組織和重新組織。知識(shí)的學(xué)習(xí)是在學(xué)習(xí)者的頭腦中形成各學(xué)科知識(shí)的基本結(jié)構(gòu)，而學(xué)習(xí)通常通過(guò)“任務(wù)”來(lái)誘發(fā)。在任務(wù)導(dǎo)向下，學(xué)習(xí)者不斷維持和加強(qiáng)成就動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)達(dá)到學(xué)習(xí)目的。就本節(jié)課內(nèi)容而言，通過(guò)提煉關(guān)鍵問(wèn)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(rèn)知結(jié)構(gòu)（圖１），生成“感性認(rèn)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(wèn)題—任務(wù)—活動(dòng)—評(píng)價(jià)”等教學(xué)環(huán)節(jié)，組織開(kāi)展相關(guān)的活動(dòng)及評(píng)價(jià)，深化學(xué)科素養(yǎng)的生成與發(fā)展。

１" " 感性認(rèn)知，提出問(wèn)題

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

提出問(wèn)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(jìn)一步提問(wèn)：人造閃電產(chǎn)生過(guò)程中會(huì)有電流產(chǎn)生嗎？如果有，電流會(huì)持續(xù)存在嗎？

設(shè)計(jì)意圖：生活是物理教學(xué)的根基和落腳點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活現(xiàn)象進(jìn)行感受和體驗(yàn)，把課堂教學(xué)和生活素材緊密聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)看圖片、做實(shí)驗(yàn)等方式引入課題，豐富教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，增加學(xué)習(xí)活動(dòng)的生動(dòng)性和趣味性。通過(guò)“看一看”“測(cè)一測(cè)”等交流式評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的發(fā)生［１］。

２" " 模型建構(gòu)，理論分析

教學(xué)活動(dòng)：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(gè)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(dòng)，兩個(gè)帶電金屬球瞬間成為等勢(shì)體，故電流只是瞬時(shí)產(chǎn)生而不持續(xù)。如圖５所示，學(xué)生分組體驗(yàn)電容器瞬時(shí)放電實(shí)驗(yàn)，觀察二極管的瞬時(shí)發(fā)光狀態(tài)。

設(shè)計(jì)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(wèn)題簡(jiǎn)單化，促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展。用傳感器測(cè)定瞬時(shí)電流，克服了傳統(tǒng)電流表難以測(cè)定微小電流的弊端，激發(fā)學(xué)生興趣，有效突破難點(diǎn)。電容器瞬時(shí)放電實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)親身體驗(yàn)感知物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。

教學(xué)活動(dòng)：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(kāi)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(shuō)一說(shuō)生活中持續(xù)電流的現(xiàn)象，提問(wèn)：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(jī)理是什么？

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

教學(xué)活動(dòng)：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(wèn)學(xué)生：有沒(méi)有辦法使水從容器Ｂ重新流回容器Ａ？

學(xué)生：用抽水機(jī)抽水，或用勺子舀回去。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)“水泵抽水”的過(guò)程（圖8）。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“水泵抽水”“電源供電”兩類現(xiàn)象進(jìn)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(shì)“搬”到低電勢(shì)。引導(dǎo)學(xué)生持續(xù)搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)，體驗(yàn)“人造閃電”產(chǎn)生持續(xù)電流的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并解釋其微觀原理［２］。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生分組操作“水泵抽水”，加深感性體驗(yàn)與認(rèn)知，調(diào)動(dòng)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(shí)解釋分析。

教學(xué)活動(dòng)：

提問(wèn)學(xué)生：導(dǎo)線與電源正負(fù)極連接，導(dǎo)線中電場(chǎng)如何分布？是否只受電源正負(fù)極產(chǎn)生的電場(chǎng)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(shí)進(jìn)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(chǎng)是由電源（外電場(chǎng)）和導(dǎo)體內(nèi)積聚的電荷（感應(yīng)電場(chǎng)）共同形成；②導(dǎo)線中某點(diǎn)合場(chǎng)強(qiáng)方向和該點(diǎn)的切線方向平行；③導(dǎo)線內(nèi)電場(chǎng)的靜電平衡是動(dòng)態(tài)平衡。

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

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“導(dǎo)線中的電場(chǎng)如何分布”形成自己的看法和見(jiàn)解，提出相應(yīng)觀點(diǎn)，同時(shí)對(duì)他人的觀點(diǎn)形成思考、產(chǎn)生質(zhì)疑，促進(jìn)批判性思維的發(fā)展。通過(guò)“由簡(jiǎn)單到復(fù)雜”“微元法”等研究方法的掌握，促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展。聯(lián)系舊知，用已學(xué)知識(shí)解釋導(dǎo)線處的電場(chǎng)分布特征，體會(huì)動(dòng)態(tài)平衡。

３" " 定性推理，定量探究

教學(xué)活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生從電流的定義、大小、標(biāo)矢性、方向、單位等方面分組交流已掌握的“電流知識(shí)”（圖10），了解學(xué)生對(duì)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(jìn)一步明確電流定義，用比值定義法定義電流大?。▓D11）。引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想舊知，說(shuō)一說(shuō)已學(xué)的物理量中哪些是用比值定義法定義的。

設(shè)計(jì)意圖：課堂教學(xué)中要給學(xué)生一定的時(shí)間分組討論、交流，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴。同時(shí)要有全局觀念，當(dāng)前知識(shí)的教學(xué)是對(duì)前概念知識(shí)的延續(xù)、補(bǔ)充和糾正，合理設(shè)置“接口”，讓學(xué)生暴露前概念中的知識(shí)不足，提高新課教學(xué)的針對(duì)性和指向性。再一次體會(huì)“類比”的研究方法和比值定義法。通過(guò)“說(shuō)一說(shuō)”等交流式評(píng)價(jià)，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(dòng)：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(dòng)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(rèn)識(shí)，建構(gòu)物理模型，師生共議得到電流的微觀表達(dá)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(dòng)速率數(shù)量級(jí)為１０－５ ｍ/ｓ。引發(fā)質(zhì)疑，這個(gè)速率合理嗎？演示教室中打開(kāi)電（下轉(zhuǎn)第22頁(yè)）

（上接第17頁(yè)）燈的過(guò)程，學(xué)生觀察燈立即亮而非經(jīng)過(guò)幾小時(shí)后才發(fā)光。引導(dǎo)學(xué)生辨析定向移動(dòng)速率、電流傳導(dǎo)速率、無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)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(pán)旋飛行的視頻，讓學(xué)生加強(qiáng)對(duì)三種速率的感受。

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

４" " 拓展應(yīng)用，提煉收獲

教學(xué)活動(dòng)：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(jiǎn)要說(shuō)明土豆電池的原理，充電寶中容量“ｍＡｈ”的含義，以及普及電動(dòng)汽車對(duì)國(guó)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(jì)意圖：展示生活中常見(jiàn)的電源，突出物理知識(shí)在生產(chǎn)生活實(shí)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(dòng)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(jià)值觀。

綜上，通過(guò)提煉關(guān)鍵問(wèn)題，強(qiáng)化任務(wù)導(dǎo)向，逐步優(yōu)化形成完整清晰的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，圍繞“感性認(rèn)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(huì)、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(xiàn)：

［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(xiàng)目：２０２３年浙江省教研課題“‘學(xué)習(xí)進(jìn)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(jiǎn)介：戎杰（１９８９－），男，中學(xué)高級(jí)教師，主要從事高中物理教學(xué)工作。