基于核心素养的学习进阶教学实例研究——以初中物理沪科版“电是什么”为例

郏璨璨

(合肥市庐阳中学 安徽合肥 230041)

一、核心素养理念和学习进阶模式概述

(一)物理核心素养

林崇德教授及其研究团队对学生核心素养进行了多视角、系统化的解读与分析，提出：“核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格与关键能力。”落实到物理学科，核心素养则体现为物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。

(二)学习进阶模型

课堂是人才培养的主阵地，课堂模式影响人才培养模式和教育质量。北京师范大学郭玉英教授及其团队提出了基于学习进阶的物理教学设计模型并进行了实证检验，在教学实验中取得了良好的效果。

基于以上研究背景，笔者尝试改变课堂教学模式，对“电是什么”一节进行学习进阶的教学设计探索，并逐渐渗透到平时的课堂教学设计中。

二、基于学习进阶的教学设计

(一)需要建构的科学概念

电学在物理学中非常重要，它是物理学的基础之一。学生在小学科学课堂对电形成了初步的认识，已了解生活中一些简单的电现象，但这种了解还比较浅显，浮于表面，不成系统。初中阶段认识电学是从了解电荷开始的。沪科版九年级物理教材第十四章是“了解电路”。整章内容贯穿着一条学习进阶主线，即电荷—电流—电路，层层递进，步步提升，在这条进阶主线中伴随着组成完整电路的宏观要求和微观机制。可见，电荷在“了解电路”这章占据着基础性地位，因此在第一节“电是什么”的教学中，笔者决定把“电荷”当作核心概念进行建构，整节内容以“电荷”为进阶主线进行设计。

(二)希望培养的关键能力(核心素养)

在“电是什么”的教学中，学生需要通过实验现象推理论证自然界只有两种电荷，并通过实验现象归纳总结出电荷间相互作用的规律，这培养了学生根据实验事实进行科学论证的能力。在对摩擦起电原因进行科学解释时，学生需要从微观角度进行理解并分析生活中的此类现象，这培养了学生运用抽象逻辑思维进行科学解释的能力。对于验电器的使用、静电感应的产生原因等也需要科学解释的能力。因此，在本节教学中笔者希望通过适当的科学论证和科学解释促进学生形成正确的物理观念，对学生进行科学理性思维的锻炼，使其进一步形成正确的科学态度和认识。

(三)期望建构的整合联系

在构建核心概念“电荷”知识体系的过程中，将本节的核心概念进阶分为五个层级(如表1所示)。通过学习进阶逐层推进学生科学思维发展，实现学习内容与核心素养共生共长，学生的能力和素养呈螺旋式上升。

表1 “电是什么”核心概念进阶的框架

三、教学过程与方法策略

(一)摩擦起电，引出电荷

【学情分析】学生在小学科学课上就接触过此类现象，生活中也有许多事实经验。学生对这部分内容的学习是有前概念支撑的。这部分内容的学习进阶属于经验、映射层级。

【教学过程】

师：大海中浮动的水母，向四周伸出长长的触手，十分美丽。老师用纸巾多次摩擦一端捆扎好的塑料绳(边说边做演示实验)，你看到了什么？

生：一根根长长的塑料绳像水母的触手一样四散飘了起来。

师：这是塑料绳带电的现象，电是什么？人们最初是从摩擦起电认识电现象的，让我们也从摩擦起电开始了解电吧。

师：请你用桌上准备的物品及身边的器材(气球、橡胶棒、毛皮、泡沫球等)完成实验，观察现象并记录下来。

学生分组进行实验：探究摩擦起电现象，将结果记录在表格中(如表2所示)。

表2 摩擦起电现象探究结果

学生总结并学习带电体的性质和摩擦起电的方式。

【进阶说明】通过教学活动，学生知道了摩擦可以起电，但学生看不到“电”。这是渗透物理思想的好时机。如果知道了带电体的性质，学生就会想：可以通过带电体的性质间接判断物体是否带电，这包含了转换法的物理思想，这样学生就看到了“电”，而摩擦起电只是使物体带电的一种方法。这一部分的教学主线是：神奇静电现象—物体带上电荷—带电体性质—摩擦起电方式。

(二)电荷种类、电荷间作用规律、电荷的多少

【学情分析】这部分属于学习进阶发展层级中的映射、关联层级。自然界中电荷种类有几种？学生心里对此已经有朴素的物理概念，但从实验事实出发进行科学合理的逻辑论证得出只有两种电荷，学生是没有经历过的。经历这样的科学论证并进行归纳总结，利用结论对之前的摩擦起电现象进行科学解释，前后呼应，经验进阶到规律，规律联系着具体事例，实现学生核心概念和核心素养的进阶。

【教学过程】

师：用同一块丝绸摩擦过的两根玻璃棒，其所带电荷的种类应该是相同的。

师：将其中一根玻璃棒放在支架上，手持另外一根与之靠近，会有什么现象发生？

生：可能相互排斥。

(学生上台演示，看到的现象与猜想吻合。)

师：用毛皮摩擦两根橡胶棒。参照刚才的做法，手持橡胶棒和支架上的橡胶棒靠近时，会有什么现象？

生：我猜也会相互排斥。

师：若用刚才的玻璃棒去靠近刚才的橡胶棒(横放在旋转支架上)，又会出现什么现象呢？

生：可能会相互吸引。

(学生分组实验，探究电荷种类和作用规律)

学生记录现象、总结归纳：自然界至少有两种电荷。

师：大量科学实验表明，自然界中只有两种电荷。(教师阐明人们对正、负电荷的规定。)

(教师通过刚才的实验和推理过程，让学生总结出电荷间作用的规律。)

师：同学们现在能解释刚上课时塑料绳炸开的现象了吗？

(学生生解释现象。)

师：电荷有正负之分，也有多少之分。(教师讲解电荷量的概念。)

【进阶说明】教师应关注学生在课上的概念学习及发展水平，引导学生通过实验观察、思考发现问题，让学生沿着概念进阶的途径，突破原有认识的局限，使对概念的认知和相应的能力同时得到发展。

(三)解释摩擦起电：电子的转移

【学情分析】对摩擦起电原因进行分析属于学习进阶发展层级中关联、系统层级。这部分内容对学生的抽象思维、演绎推理能力都有较高的要求。

【教学过程】

师：我们在八年级已经了解了物质可以再分的思想(如图1所示)。从这个意义上说，任何物体都是自带“电荷”的，为什么我们还说某物体不带电呢？

生：原子核所带正电量和电子所带负电量相等，因而物体不带电。其实我们说的物体带不带“电”，指的是整个原子对外表现出的“净电量”。

师：同学们再思考，物体若失去了电子，会显示带什么电？

生：若失去电子，则正电荷的电量大于负电荷，则物体对外显示带正电。

师：若得到了电子呢？

生：则负电荷的电量大于正电荷，则物体对外显示带负电。

师：你能试着解释丝绸和玻璃棒在摩擦后，玻璃棒带上正电的现象吗？

(学生尝试解释。)

师：你能总结出摩擦起电的原因了吗？

生：电子的转移，并没有创造出新的电荷。

师：从原子核对电子的束缚能力(如图2所示)中推测，当毛皮和塑料摩擦时，毛皮将带什么电？塑料带什么电？

(学生思考并回答。)

师：细心的同学在本节“探究摩擦起电”实验中，发现并不是所有物体摩擦后都带电，有的物体(比如有金属外壳的笔、钢尺等)摩擦后没有带电，这是为什么呢？

(教师展示介绍常见的导体和绝缘体。)

生：金属被摩擦后所带的电荷立刻就被人体导走了，电荷无法在金属上留存。

师：非常好，如果人带上绝缘手套拿着金属棒摩擦，金属棒也会带上电荷。

师：选用绝缘体比如橡胶棒、玻璃棒做摩擦起电实验，可以更方便地观察到经过摩擦后绝缘棒上累积的电荷，这些在物体上累积的电荷就是“静电”。当物体上积累的静电遇到导体时，积累的电荷就会瞬间被导走，形成放电现象。

生：干燥天气我们身上积累的静电碰到金属时也会被导走，接触时有被“电击”的感觉。

【进阶说明】通过设置问题引领，学生逐步从微观层面理解摩擦起电的原因，并能合理地解释为什么有的物体摩擦后带“电”，而有的物体摩擦后却不带“电”。从静态的“电”(静电)到动态的“电”(静电通过导体被导走)，学生对于“电荷”这一核心概念的理解又有了进阶。

(四)验电器

【学情分析】这部分属于发展层级中的关联、系统和初步的整合层级。学生已经具有了电荷种类、电荷相互作用规律、自由电荷在导体中容易移动等前概念知识，此时借助问题逐步深入，让学生从微观层面尝试理解验电器的使用。

【教学过程】

师：经过前面的学习，你能判断一个物体是否带电吗？

生：可以根据带电体的性质判断；还可以根据电荷间相互作用的规律进行判断。

师：在实验室里，还可以用验电器检验物体是否带电。

(学生观察验电器的结构。)

师：待检验物体接触验电器时，若金属箔张开角度，则说明该物体带电。为什么金属箔张开角度就说明待测物体带电？

生：金属箔张开角度说明金属箔带电且是相同的电荷互相排斥，金属箔所带的电是待检验物体转移过来的。

师：如果张角越大，说明什么？

生：金属箔带的电越多。

师：仅凭金属箔张开角度，能直接判断物体所带电荷的种类吗？

生：不能。物体无论带正电还是带负电，去接触验电器时都会使验电器金属箔带电而张开角度。

师：我们知道在金属导体中只有自由电子会发生转移。若橡胶棒接触验电器使其带上负电，这一过程中自由电子如何转移？

生：电子从橡胶棒转移给验电器的金属箔。

师：若玻璃棒接触验电器使其带上正电，该过程中自由电子如何转移？

生：从表面上看是正电荷从玻璃棒转移到了验电器，但正电荷不移动，实际是自由电子在转移。电子转移的方向为验电器到玻璃棒，最终使得玻璃棒正电减少，验电器正电增多。

师：非常好！这就好比沾满水的手去握干手，最后两只手都会沾上水。验电器也带上了与待测物体相同的电荷。

(师生归纳总结验电器的工作原理。)

【进阶说明】在验电器的介绍中强化了学生对金属导体中自由电子如何转移的认识，并通过“握手”的类比让这一抽象的过程尽量形象化，实现思维进阶，帮助学生更好地理解验电器的带电情况，为之后电流的教学进行了很好的铺垫。此环节学生认识到通过接触的方式也可以使物体带电。

(五)静电感应

【学情分析】这部分属于发展层级中的系统、整合。学生已经对电荷间的相互作用规律、金属中含有大量自由电荷有了一定的理解，此时通过现象去理解静电感应就会水到渠成。

【教学过程】

师：我们在实验时发现，用带负电的橡胶棒靠近验电器时，箔片也会张开，这是怎么回事呢？

(教师边讲边做演示。)

生：金属中有大量的自由电子，我猜是验电器中的自由电子被排斥到金属箔那一端，使得两片金属箔带电而张开角度。

师：说得很好！这其实是静电感应现象。

(学生观看视频“静电感应现象：避雷针”。)

师生共同总结：摩擦起电、接触带电、静电感应这三种方式都能让物体带上静电。这三种起电方式都伴随着自由电荷的转移。人们有时要预防静电的危害，有时也会利用静电，比如静电复印、静电植绒等。

【进阶说明】在这一环节，师生对本节内容进行了应用整合，总结了使物体带电的一些方法，升华了对本节课的核心概念“电荷”的理解。物理与生活建立了紧密的联系，使学生感受到物理学有所用，深化对物理学科的情感和态度。

结语

传统教学模式下，笔者主要基于物理逻辑推进课堂教学。而在学习进阶模式指导下，笔者在教学时会首先考虑这一章或这一节的核心概念是什么，怎样通过进阶路径促进物理核心概念和物理核心素养的发展。本节课从引出电荷到电荷种类、电荷多少、电荷间作用规律，再到电荷的转移(摩擦起电原因，验电器带电的微观原因，静电感应的原因)，始终围绕着核心概念“电荷”，有一条清晰的进阶主线；通过创设合适的教学情境和问题来实现核心概念的进阶，帮助学生重组认知结构，锻炼学生的科学思维，促进学生核心素养的内化生成。基于核心素养的学习进阶教学任重道远，仍需要更多教师立足一线，不断深耕，摸索前行。