基于核心素养学习进阶的教学设计

2020-04-10张天耀

物理教学探讨 2020年2期

张天耀

摘要：文章立足于研究一堂新课的学习进阶策略，提出了以核心概念为主轴、以科学探究活动为载体、以科学态度与责任的养成为归宿、渗透科学思维的进阶的课堂设计理念。在该理念下设计了一堂新课——“电源和电流”，应用于实际教学，并论述了一线教学中的一些困惑。

关键词：核心素养;学习进阶;电源和电流

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2020）2-0010-5

1 理论基础

核心素养以整合的视角对学生发展的必备品格和关键能力进行了梳理和提炼，包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。

学习进阶以学生对核心概念的理解和关键能力的培养为研究对象，描述学生的认知发展历程，并提供有针对性的教学改进方案。学习进阶包括锚定起点、锚定终点和多个中间水平。郭玉英等提出的科学概念层级模型[1]，以认知复杂度为进阶变量，按照学生思维发展顺序从简单到复杂分为五个逐级进阶的层级，并建构了基于核心素养学习进阶的科学教学设计模型[2-4]。

据此，笔者认为，基于核心素养学习进阶的教学设计应有以下特点：

（1）学习进阶的构建以核心概念为主轴。这里的核心概念，有时被称作大概念（Big Ideas）或关键概念（Key Ideas），包括了科学领域内重要概念、原理、理论等的基本原理和解释。物理观念就是指大概念，因此从学习进阶的角度促进学生对大概念的理解与培养学生的核心素养具有内在一致性。教学设计应该将科学概念理解的发展层级模型作为进阶变量，以“大概念”为主轴设计每堂课的进阶路径。

（2）课程设计应渗透科学思维的进阶。物理观念的进阶必然伴随着学生科学思维能力的发展，而科学思维能力的发展又会进一步促进物理观念的提升，二者互为促进。科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等，一堂课不一定要面面俱到，可以根据核心概念促进某一方面或某几方面的思维进阶。比如，弭乐老师建构了概念学习进阶与科学论证整合的教学理论框架，建议以科学概念层级的发展为主线，在概念进阶的关键点上渗透不同水平的论证活动，同时注重教学策略（如口头论证、书面论证等）的应用，促进学生概念理解和论证能力的协同发展。

（3）学习进阶的载体是科学探究活动。真正的探究源于质疑，是任务开放的一种寻找答案的活动，包括问题、证据、解释、交流。课堂设计应该根据学生的认知基础，用合适的问题激发探究动机，以真实的可操作的实验进行探究活动，以交流研讨升华探究过程，最终目的是实现“物理观念”和“科学思维”的进阶。

（4）学习进阶的归宿是科学态度与责任的养成。基于核心素养进行教学的最终归宿是要培养一个有血有肉、有责任、有担当的人。科学态度与责任的养成是一切课堂行为的最终归宿。

2 教学设计案例

2.1 基于进阶的学情分析

1.需要建構的科学概念

（1）现有的认知状态：

知道电源可搬动电荷，会定性地表达电流的强弱。（经验水平）

（2）期望达到的认知状态：

①建立恒定电流模型，理解电流强度的定义。（关联水平）

②建立电子运动的微观模型，经历定向移动速率的推理过程，得出I=neSv。（系统水平）

③使用公式解释探究实验的现象，讨论并理解各物理量之间自变和公变的关系。（整合水平） 2.希望培养的关键能力

（1）科学思维：

①模型建构：

建立电源模型;

建立恒定电流模型;

建立电子的微观运动模型。

②科学推理：

基于静电场理论，推理产生恒定电流的原因;

基于定向移动模型，推理电流的微观表达式;

基于“自由电子气体模型”，推理决定定向移动速率的各因素（选讲）。

③科学论证和质疑创新：

通过科学论证活动，提升学生的论证能力和质疑创新能力。

（2）科学探究：

问题、证据、解释、交流：创设真实的实验探究情境，培养学生的探究能力。

3.期望建构的整合关系

（1）整合电路和静电场的知识，以建立电子定向移动的微观模型。

（2）整合电流强度的宏观定义式和微观表达式。

4.可能存在的中间状态

本节课从现有认知状态到期望达成的终点间有4个关键节点。

（1）从经验水平到映射水平。能观察、总结生活中的电源和电流现象属于经验水平;能基于实验观察，结合静电场理论，总结出产生持续电流的原因，在现象和理论间建立简单的联系，属于映射水平。

（2）从映射水平到关联水平。能总结出产生恒定电流的原因、建立定向移动的模型，从宏观上定义电流强度，属于关联水平。

（3）从关联水平到系统水平。能利用定向移动的理想模型，推理电流的微观表达式，能理解电流强度的微观表达式中各个物理量的含义及协调各变量的自变与共变关系，能应用微观表达式解释实验现象，属于系统水平。

（4）从系统水平到整合水平。能结合热力学中理想气体分子的热运动模型，用类比的方法建立理想电子气体模型，分析决定平均移动速率的相关因素，属于整合水平。

2.2 学习结构（如图1）

2.3 教学过程

基于从学情分析，将教材内容设计为5个循序渐进的科学探究活动和9个基于大概念的驱动问题。以经验层级为起点，逐级进阶，使得学生能够达到系统层级的最终目标。

科学探究活动如表1、表2、表3、表4、表5所示。

2.4 反馈

教学后设计了四个后测题目：

（1）（单选）对于金属导体，还必须满足哪一个条件才能产生恒定电流（）

A.有可以自由移动的电荷

B.有电源

C.有电压

D.导体内部有恒定电场

（2）（不定项）关于电流，下列说法中错误的是（）

A.导体中无电流的原因是其内部自由電荷停止了运动

B.同种材料制成的两个金属导体都通电，电流大的导体内自由电荷定向运动速率大

C.由于电荷做无规则热运动的速率比电荷定向移动速率大得多，故电荷做无规则热运动形成的电流也就大得多

D.电荷做无规则热运动不形成电流

（3）（不定项）有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而乙在单位时间内通过导体截面的电荷量是甲的2倍，以下说法中正确的是（）

A.甲、乙两导体的电流相同

B.乙导体的电流是甲导体的2倍

C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的4倍

D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等

（4）如果我们定义一段导体两端的电势差与电流的比值为电阻，从今天学习的内容中去推理导体的电阻由什么决定？

3 教学效果分析

设计意图：第1题属于映射水平，为了检查学生是否掌握产生恒定电流的条件;第2题属于关联水平，为了检查学生有没有理解定向移动的模型;第3题属于系统水平，为了检查学生能不能协调I= 与I=neSv中各个物理量之间的关系;第4题属于整合水平，为了检查学生能不能使用本节课的核心概念去联系电阻的定义进行理论推理。

笔者教授的两个班级一个为平行班、一个为实验班，各个题目的得分率的后测结果如表6所示。

可见：

（1）整体呈现认知复杂度越高得分率越低的趋势。

（2）无论是哪一级水平，实验班的整体水平都高于平行班。

（3）两个班级最大的差异出现在第3题，说明平行班的很多学生只是记住了I=neSv这个公式，并不能在系统层面上协调多要素结构中各变量的自变和共变关系。

（4）第四题表现普遍较差，两个班级差异不大，说明通过这一节课的学习，大部分学生还不能由核心概念统整对某一科学观念的理解，并建构科学概念间的联系。

4 总结

基于核心素养学习进阶的教学设计为高中教师改进教学提供了理论依据。本文立足于研究一堂新课的学习进阶，提出了以核心概念为主轴、以科学探究活动为载体、以科学态度与责任的养成为归宿、渗透科学思维进阶的课堂设计理念，并详细论述了“电源和电流”的教学实践过程。

本课在概念学习进阶与科学思维进阶进行了整合与尝试，注重科学论证教学，注重对模型建构和科学推理的培养。但是，由于缺乏具体的量化指标，希望更多的老师能进行更深入的研究。

参考文献：

[1]郭玉英，姚建欣.基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J].课程·教材·教法，2016，36（11）：64-70.

[2]张颖之.理科课程设计新理念：学习进阶的本质、要素与理论溯源[J].课程·教材·教法，2016，36（6）：115-120.