“学习即研究”导向的物理教学案例分析——以人教版“电源和电流”教学为例

董文杰

（江苏省前黄高级中学国际分校，江苏常州 213161）

“学习即研究”观点认为：学习的过程是发现问题和解决问题的过程，其本质就是研究的过程，学习者就是研究者.这个过程要依据学生的真实思维、构建真实的情境、以问题为纽带实现知识的构建和方法的运用，并在质疑评价中推进研究成果的深入和发展.学习的目的包含研究本身，不惟结论、不拘形式.这一观点确立了学生的主体地位，体现了学习的本质，为当前培养学生的核心素养提供了有效策略.

1 人教版教材“电源和电流”的编写意图

学生在初中阶段已经学习了部分电源和电流的知识，具备一些前概念.人教版《物理》（必修3）将“电源和电流”单独作为一节编在高中“电路及其应用”的开篇，有其深意.首先，初中所学的关于电源和电流的浅表性知识居多，学生只是知道这些概念，并不了解其本质.本节内容尝试在学生之前所学的静电场知识的基础上帮助学生进一步揭示初中所学知识的本质.例如电源的作用就是维持电路中保有电势差，导线中的恒定电场使得电路中形成了恒定电流.通过本节学习，凸显高中学习内容的理论性和逻辑性，同时也为学生将电路与静电场建立联系提供可能.教材围绕培养学生的核心素养，首先在问题环节中通过生活中的闪电现象和手电筒的小灯泡持续发光引出问题（物理现象），通过静电场中的知识对所提的问题予以分析综合、推理论证（培养科学思维），深化了初中所学的“电源和电流”的概念（形成物理概念），在节末的“STSE”中介绍当前科技热点电动汽车中的电池让学生体验学为所用的乐趣（科学态度与责任）.

2 对“电源和电流”教学设计的思考

把电路知识与前面所学的电场知识紧密联系起来，是教材在电路知识呈现方式上的特色，教学设计要紧密围绕这一点展开.按照“学习即研究”观点，要落实核心素养培养的要求，就要用研究的观点设计教学、用研究的方式组织学习、用研究的过程深化学习、用研究的文化丰富学习.下面以获得高中物理评优课区一等奖的“电源和电流”的教学设计为例来谈谈“学习即研究”观点下的教学思路.

3 基于“教学即研究”观点的教学案例分析

3.1 以新颖实验创设情境，激发学生的研究动机

电源在电路中的核心作用是在电路中产生电势差，持续供电.如何简洁明了地说明这个问题？通过在A4纸上粘贴导电胶带构成一个“纸电路”（图1），学生接通开关1、2会看到电源供电下的发光二极管保持常亮（有持续电流），断开开关1，接通开关2，之前过程充满电的电容器短暂给二极管供电，二极管闪亮后熄灭.

图1 创新实验纸电路

这个环节可以根据学生基础和课堂实际进行引导和设问，如果学生基础较好，可以不做任何提示，让他们自己研究电路进行对比实验归纳结论.学生在真实的实验体验中对于研究电源产生了兴趣和动力，这是实现研究性课堂的前提.

3.2 以核心问题为驱动，呈现知识学习的研究过程

布鲁纳认为，教学是一种提出问题与解决问题的持续不断的活动，没有问题就没有学习，学习的前提是要提出有价值和意义的问题.多轮教改的影响下，一线教师已经具备基本的以学生为主体，充分调动学生积极性的意识，课堂上比较注重提问.然而当前课堂上的提问，往往是欠缺充分准备的随意性设问，充斥比较多的缺乏必要的前奏、基于完成教学任务的问题，不具备思考和研究的价值.本节课中，如图2所示课堂设计中的4个核心问题具备研究的内在逻辑，环环相扣，自然产生，每个问题都找准了学生的最近发展区.引入实验解决了电源所起的作用即在电路上产生了恒定电势差；在此基础上由前面所学静电场的知识研究恒定电场促使自由电子定向移动产生电流；生活中灯有亮暗之别引发学生研究电流的大小；从微观角度看电流大小和自由电子的定向移动速率有什么关系，引导学生区分定向移动速率和电流传导速率.最后介绍生活中常见电源及其应用，包括趣味性的水果电池和科技前沿的电动汽车电池，让学生体会物理服务于生产生活的特点，进一步激励学生学好物理基础知识，为将来的科技发展助力，潜移默化中渗透科学态度和责任.

图2 教学设计中的核心问题和流程

3.3 探寻合理研究方法，促进学生对新知识的自主构建

（1）类比法：电流类比成水流，电源类比为水泵，借助实验演示电路中的抽象物理过程，教学片断1.

教师：如何形成持续不断的电流比较抽象，我们先来看看如何能够形成持续的水流吧.大家看看我们初中学过的连通器模型，要在容器之间的导管中形成水流，需要什么样的条件？

学生1：两边容器的液面要有高度差.

教师在左侧容器中注水，水通过连接导管流向右侧容器，但停止加水，水很快不再流动.

教师：如何形成持续不断的水流？

学生2：不断在左侧注水.

教师：好主意，不过这么小的容器，水很快就漫出来了，还能另辟蹊径吗？

学生3：通过水泵不断把右侧容器的水抽到左侧容器中，使得两边容器水面始终存在一定高度差.

教师将小型水泵放入右边容器，通过导管将水源源不断地抽到左侧容器中.为方便观察，在水中滴入一些黑色墨水（如图3所示）.

图3 借助水泵模拟闭合电路中产生持续电流

至此，电路中的一些抽象的概念都有了具体对应.要形成电流（水流）需要有电势差（高度差），电源（水泵）通过不断把已经中和的电荷输送回原电极（把水泵回原容器）形成稳定的电势差，从而形成持续不断的电流.

多数教师在讲电源和电流的时候会口头进行类似对比，但我们还是提倡能够做的实验尽量给学生现场演示.就知识的理解和掌握来看，学生亲身体验的效果远远大于听讲.做这样一个“水流”的小实验并不复杂，但却能帮助学生建立电路中几个主要的抽象概念，它产生的效果可能会超出我们的预期.物理实验是激发学生学习兴趣的最好的方法，我们应该在教学设计中多穿插一些新颖、趣味性的物理实验.

（2）类比法：车流量的大小—电流大小（电流强度），教学片断2.

教师：每天到了上下班高峰期高架上就很堵，交管部门为了采取有效措施，需要对高峰期的车流量做一个梳理，如何确定通行汽车的车流量大小？

学生：需要在一个测量点上统计通过的车辆数.

教师：车辆数越多，车流量就越大吗？

学生：不是，还跟时间有关，时间越长通过的车子总归越多.

教师：那怎样定义车流量？

学生：用观察点上统计的通过的车辆数除以时间，得到单位时间内通过的车辆数就可以反映车流量的大小了.

教师：对呀，这不就是我们之前学电场时用过的比值定义法吗？我们在讨论电场强度和电势的时候都用到这个方法.那么今天我们也想通过比值定义法来定义电流的大小——电流强度，同学们思考一下.

学生：用通过观察点的电荷数除以时间定义电流强弱.

教师：电路中的观察点在哪儿？如何统计电荷数？请大家阅读教材帮我解决这两个问题.

学生：在定义电流的时候，所谓的观察点在定义中为“某一横截面”，无法统计电荷个数，因此定义中用“电荷量”来替代.

通过解决每个人都有生活经历的汽车流量大小问题帮助学生定义电流强度.这样的教学设计体现了“研究”的特点.多数的概念和知识都是根据需要而“研究”获得的.遇到问题，尝试解决问题，在这个过程中进行适当的总结抽象就形成了物理上的概念和规律.在我的印象中，很多学生在经过高三多轮复习后，对于电流强度的定义式印象还不深，涉及到这个概念的习题正确率都不高.经历解决问题的过程，体验“研究”的需要，是有效解决抽象概念容易遗忘的一个有效途径.

3.4 通过自制教具，将抽象问题形象化，降低“研究”的难度

教学设计中通过黑板磁吸让学生模拟自由电荷在电路中的定向移动（如图4 所示）.在没有电源的情况下，正负电荷（分别用红色和蓝色磁吸表示）很快完成中和，电路中只有短暂电流.电路中连接电源后，一方面外电路中负电荷不断与正电荷中和，另一方面电源不断的把正电荷输送回电源正极，维持电路中的电势差.上述两个过程都可以让学生在黑板上动态展示.初中物理教学更多是以实验帮助学生建立概念掌握知识，注重对生活现象的观察，形成初步的物理概念，不追求过高的推理和论证.高中教师往往高估了学生抽象思维的能力，认为电路的知识初中已经学过了，教师口头复习一下即可.事实上，由学生通过亲自操作实验，将自己观察的结果进行归纳总结形成的物理概念，其深刻性完全有别于教师灌输的概念.通过课堂中的“研究”过程提升学生的概括能力、抽象思维能力，正是当前课改提升学生“核心素养”的内在要求.

图4 通过黑板磁吸模拟闭合电路中的电流

4 “学习即研究”观点下物理课堂教学的思考

4.1 创新实验，以情境诱发思考

情境是激发兴趣和探索欲的土壤.真实、新颖和富有趣味性的情境在认知过程中起到展示现象、引发思考、激发兴趣的作用，是真实学习活动的开始.本节课的“引入实验”利用了纸电路让小灯泡闪光和持续发光，引发学生的好奇心，同时也制造了思维冲突，很自然地让学生在体验中领悟了电源在电路中所担当的角色，为本节课的学习和研究引发出问题的火花.没有情境的课堂，往往是欠缺学生主体意愿和思维碰撞的课堂.这种情况下掌握的知识是被人为灌输的，是不牢靠的.物理学习的重要价值是发现，而不是简单的给予.

4.2 充分利用学生已掌握的知识，通过类比的方法帮助学生构建抽象知识

因学生缺乏电场中各个概念的直接生活体验，所以相关概念和知识显得抽象晦涩.本节课充分利用学生已经熟练掌握的知识，通过类比的方法让学生自主研究、构建新的抽象概念.比如通过水位差类比电势差，通过水流、车流类比电流，通过水流分叉类比并联电路，通过重力场类比电场……这大大降低了学生掌握新知识的难度.我们一直期望学生学习物理能少一些死记硬背，但如果学生不能理解所学内容，必然导致囫囵吞枣机械记忆的问题.在教学设计中引导学生通过已学知识主动研究未知抽象知识是破解这一难题的一个方法，也符合“学习即研究”的观点.

新一轮课改的目标是培养学生的核心素养.这一目标如何落实需要我们一线教师不断实践、思考和总结.毫无疑问，课堂是落实这一重任的主要阵地.当前教师已基本拒绝了上课“满堂灌”的思想，有明确提升自己课堂魅力的意识，能够通过一些精彩的实验或情境设计激发学生兴趣，注重师生互动.然而多数情况下，我们的课堂还达不到提升学生学科关键能力、培养学生学科核心素养的要求，而“学习即研究”观点的核心是把学习的过程看作是研究的过程，特别注重在真实的物理情境和学生的亲身体验中实现知识的自主建构，在科学探究的过程中形成正确的物理观念、科学的思维方式和积极的科学态度，故“学习即研究”的观点无疑给我们课堂改革指明了一个方向.