指向深度学习的教学目标制订与教学策略探讨

葛腾霄

摘   要：以促进学生深度学习为实践目标，结合“电容器的电容”阐述了教学目标的制订策略，从深度理解、批判性思维、知识迁移等深度学习的目标出发，讨论了在课堂中促进学生深度学习的教学策略，同时对教材内实验的课堂呈现进行了优化。指向深度学习的课堂教学策略如下：在学生熟悉的情境中创造新现象，为学生的深度理解打好感性基础；精细建模促成深度理解，现象解构培养批判性思维；问题意识引领迁移思维，科学探究助力思维外显。

关键词：深度学习；教学目标；电容器的电容；批判性思维；探究迁移；实验创新

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2023）7-0014-5

深度学习要求学习者能以深度理解为起点，以解决复杂问题或项目为目标，以新情境中的迁移为导向，主动地、批判性地整合新知识。在新课标、新教材、新高考的背景下，如何制订教学目标，才能丰富知识的生成过程，提高学习者的理解深度？如何突破难点，培养学习者的批判性思维？如何促进学生在新情境中的定向迁移？这些问题都值得探讨。

1    指向深度学习的教学目标制订

1.1    通过课程标准确定基本点、重点与难点

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中关于本节的要求如下：“观察常见的电容器。了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。”［１］要求中教学目标的基本点明确，但相较于2003版课标，2020年修订版课标新增了“观察电容器的充、放电现象”，并将之列为学生必做实验之一。从核心素养角度来说，这一改动提高了对“观察”“问题”“解释”等要素的要求，即强化了“科学探究”，应作为重点考虑。难点在电容器模型的建构与电容概念的理解。鉴于课时时长有限，在充分保证学生实验时长的基础上，教材中的拓展学习如“探究平行板电容器电容大小的影响因素”等内容可视时间情况决定是否在第一课时开展。

1.2    结合单元设计理念确定课时目标

深度学习的起点是深度理解，深度理解的前提是有充分的感性体验，特点是能对对象建立多点、多层次的认知联结，即纳入自身的网状认知体系。因此，单节的教学目标必须考虑其与体系的联系。“单元设计”是“核心素养—课程标准—单元设计—课时计划”教学设计链环的中观层面，也是具体课时目标的依据与引导。人教版教材把本节归入《静电场中的能量》一章，这是一种以“大概念（能量）”为中心，以意义或逻辑联结为线索的内容统整模式，便于学生完成从小概念到大概念的拼图，进而完成认知图式的自主建构，体现了单元设计理念。本单元概念结构图如图1所示。

分析本单元的概念结构可知，“电容器的电容”在本单元肩负着在现实中展现静电场的能量、讨论如何存储电荷（能量）、定义储存能力的重任，是理论联系实际的重要一环。同时在内容安排上，新版人教版教材主要扩充了情境创设（开头提供电容器实物图与问题引导）、实验探究和对“电容”概念诞生过程的思辨三方面内容，分别对应着科学思维（建模）、科学探究和物理观念等学科核心素养的落实。因此，本节的教学目标如表1所示。

2    指向深度学习的课堂教学策略

指向深度学习的课堂教学策略总体应能将深度学习中“深度理解”“批判性整合”“迁移应用”等要素与教学环节、教学内容相匹配，使学生能够充分发挥主动性，获得深度学习的实践价值［２］。本节内容的总体设计如图２所示［３］。

2.1    熟悉的情境、新鲜的现象，为深度理解打好感性基础

如图3所示，用铝箔紧密包裹一个装满水且表面平整的塑料瓶，将鳄鱼夹导线的一端改为裸线插入钻了小孔的瓶盖直到浸入水中，用热熔胶将连接处固定。另取一根导线同样将一端改为裸线并将线丝尽量散开，用绝缘胶布把线丝紧密固定于铝箔外表面，这样便制成了简易的莱顿瓶。在课堂刚开始时戴上绝缘手套。

师：这里有个装满水的瓶子，下面我开始继续朝里边装东西。

先将两个鳄鱼夹靠近，没有任何反应。再将感应起电机（图4）中的两个放电叉调整到竖直向上的方向，把两个鳄鱼夹夹到放电叉顶端，摇动手柄为莱顿瓶充电数秒。

师：我已经装好了。

生：装了什么？

小心取下鳄鱼夹，将两个夹子的尖端举起并慢慢靠近直到听见“啪”的一声，同时有明显的电火花。

师：我向瓶子里装了什么？

生：电荷。

师：这个瓶子原本是水的容器，现在它还可以被称为什么？

生：電容器。

师：这样的装置竟然可以储存电荷，还能利用电荷展现这么大的威力，我们把它拆开，一起来仔细看看它的构造。类似的结构我们可以把它做成最简单的形式，如图5（a）所示。若图5（b）表示一个电容器，请大家谈谈①②③各代表什么？如图5（c）所示，请大家验证工业成品构造原理与模型是否一致。

深度学习要求学习者能以深度理解为起点，而对电容器进行深度理解建立在基于实物的恰当建模之上。教材提供了电容器实物图与问题作为情境，但工业成品与理论模型差别较大，且很难看出它是否容纳了电荷，学生能体会到的与原有认知的关联较少，后续讨论建模时便缺少知识的生成过程。

本情境中，感应起电机是静电实验常用器材，水容器的结构是基本常识。两者经过简单的改造与组合就能将不易展示的静电场能量转化为具有明显现象的光能与声能，在完成单元设计层面教学目标的同时，很好地激发了学生的探究热情。另一方面，自制器材易拆解改造，便于学生观察物理结构。这正好为学生自主建立平行板结构的电容器模型提供了实物参照。最后再请学生观察被拆解的成品可以达到充分夯实认知基础、巩固模型的效果。

2.2    精细建模促成深度理解，现象解构培养批判性思维

批判性思维是“科学思维”的重要组成部分，它来源于对事物成立前提的追问和对矛盾的分析。“观察电容器的充、放电现象”本身的实验现象比较复杂，如图6所示，以充电为例：将开关S与“1”端相连，电流表指针右偏，先迅速增大，后慢慢变小；电压表示数逐渐增大且先快后慢。

学生认可这些实验现象是容易的，但关键在于学生是否实现了批判性认知，即学生是否能够辩证地看待已有的简单模型，并进一步建立精细模型以解释实验现象，理解工作原理。采用递进式的问题链对复杂现象进行拆解和讨论是培养学生批判性思维的有效方法。

观察完毕后，引导学生对照图7（a）所示的电路图讨论以下问题：

Q1：充电开始后上、下极板将会带上何种电荷？

Q2：电流归零前极板上的带电量会如何变化？什么时候不再变化？

Q3：电压表为什么有示数？充电示数增大说明什么？示数什么时候稳定？

Q4：为什么开始电流较大，而后逐渐减小？

Q5：电容器充电过程中能量是如何轉化的？

设计思路：Q1启发学生将现象解释与之前的平行板电容器模型联系起来，找到深入理解的切入点。

Q2聚焦电流和极板带电量之间的关系。这实际上是解决引入阶段学生就有的潜在疑惑：水容器容纳水是肉眼可见的，但电容器容纳的电荷放在哪里？它的内部有什么变化？

Q3是进一步建构电容器模型的核心问题。刚刚学习了第九章《静电场及其应用》的学生明白电压即电势差，应该有对应电场，但之前的模型中没有。于是问题的关键转变为：要求思维能综合最近所学批判性地重建含电场的电容器模型，如图6（b）所示。同时引导学生发现重要信息：电容器所带的电荷量与两极板间的电势差在变化时有很强的同步性，为下面定量测量两者关系做逻辑上的铺垫。

Q4是学生批判性建立新模型后的自洽性分析问题。可以让学生立足于Q3的讨论，借助电路性质UR=U1-U2讨论定值电阻中的电流变化。

Q5是本节在单元设计层面的点题之问，学生在批判性地考量模型与实验事实之后应该对此有了比较好的判断。

2.3    问题意识引领迁移思维，科学探究助力思维外显

“问题”是科学探究的起点，也是学生主动进行知识迁移的起点。学生只有在情境中明确地感知到问题所在，才会出现主动迁移的心理动机。因此，让学生在情境中察觉问题，通过讨论、实验探究等活动展现迁移思维是我们帮助学生进行主动定向迁移的有效策略。

本节中，“电容器两极板间电势差U跟所带电荷量Q有何定量关系？”这个问题的产生情境正是上文中对Q3的讨论过程。因此，在讨论Q3时我们可以顺势引导学生明确感知此问题，产生问题解决动机。

教材提供了倍分法实验方案（图8），方案隐含了对学生能将倍分法迁移到新实验中的能力要求。但在实践中我们发现能主动想到用倍分法进行实验的学生很少，能自主设计出合适电路的学生更少。究其原因，一是基于倍分法的实验在本节之前仅在“库仑扭秤”等少数非学生必做实验中被提到过；二是学生刚刚建立电容器模型，对它的性质还不够熟悉，想不到电量可以倍分。因此，如果希望学生主动迁移，首先要帮助学生领会主要困难是电量难以定量测量，其次是帮助学生回顾倍分法在库仑扭秤实验中的应用，凸出对比两个情境中实现“倍分”的核心条件，由学生自己找出事物之间的联系，并找到在新情境下实现“倍分”的合理方案，从而实现主动迁移与深度学习。

片段一：引导学生对比实现“倍分”的核心条件。

师：如果我们能直接测得多组电量、电压值，大家觉得怎样确定两者的定量关系最直观？

生：可以描点作图分析图像。

师：对这两个物理量的测量有没有困难？

生：电量不好定量测量。

师：我们知道库仑做扭秤实验时也无法准确知道带电量的大小，他是如何看待这个问题并处理的呢？（库仑扭秤配图）

生：用相同的不带电小球触碰带电小球，使电量每次减半，然后找比例关系。

师：大家有什么启发吗？

生：如果测不出电容器电荷量的准确值，只要能让它按比例变化也可以作图寻找Q与U的定量关系。

师：按照这个思路，怎样的东西能恰好分去电容器一半的电量？

生：另一个一模一样但不带电的电容器。

师：另一个电容器已经放在器材盒中，稍后可取用。目标电容器所带的电荷量减半后，如何再减半？

生：再用不带电的电容器触碰一次。

师：是否需要再另外准备一个电容器？

生：不需要，把刚才用于分走电荷的电容器放完电就行了。

片段二：巧借学生必做实验，创新操作助力思维外显［４］。

师：请大家充分利用刚才“观察电容器充放电现象”实验的电路（图8中已采用数字式电压表），设计新的实验方案探究U与Q的关系，记录数据，并利用数据作图。

一段时间后与学生讨论方案并共同完成步骤：（1）再次闭合开关充电；（2）断开开关；（3）记录电压值；（4）将一个不带电的电容器与电路中已带电的电容器触碰几秒后拿开（提醒学生注意电容器的长脚碰长脚，如图9所示），记录此时的电压值；（5）将拿开的电容器放电（两脚同时向导体表面一碰即可）。重复（4）（5）两步直到记录５～６组数据为止。最终记录的数据如图10（a）所示，假设Q0=1，请学生利用Excel结合数据作出图像。拟合后的图像如图10（b）所示。

设计思路：这样我们把前后两个实验的关系从平行改为递进，合二为一，分步聚焦探究重点，在给予学生更充分思考时间的同时，着重帮助学生打通从思维迁移到动手探究的实践路径［5］，增强了学生的参与度，为学生实现主动迁移提供了良好的过程展现支撑。

3    反思与建议

随着新课程标准的施行，“观察电容器的充、放电现象”在顺序上成为了高中第一个电学实验。相比于初中的电学实验，这个实验的电路比较复杂，还有新元件，学生需要更多的时间探究。如果采用的是电解电容器，还应不断提醒学生注意长短脚连接、不要同时用手接触长短脚等问题。

过程性评价可渗透于实验步骤之间。如评价学生对电容器平行板模型的理解是否逐渐深入，可在讨论完充电过程以后，先请学生根据模型预测断路后电压表与电流表的表现，再让他们操作验证。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（２０１７年版２０２０年修订）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［2］陈伟孟，张玉峰．核心素养视角的整合与进阶教学例析——以“电容器的电容”为例［Ｊ］．物理通报，２０２０（５）：５７－６２．

［3］任虎虎，倪红飞．优化实验探究路径 深度建立电容概念［Ｊ］．物理教师，２０２０，４１（２）：３０－３２．

［4］李春来．指向深度学习的新教材二次开发和创新使用——以人教版高中物理教科书为例［Ｊ］．物理教学，２０２２，４４（５）：６－８，１９．

［5］蒋邦勇，肖丁山，李杨．指向深度学习的初中物理实验教学策略探索——以“物质的密度”为例［Ｊ］．物理教学探讨，２０２２，４０（１０）：５１－５３．

（栏目编辑    赵保钢）