基于核心素养的“层进式问题串”教学方法——以“电流计改装成欧姆表”为例

张伟宏

（江阴市山观高级中学，江苏 无锡 214400）

0 引言

目前，核心素养培养已经成为高中物理教学的首要目标。核心素养是学生通过学习能够获得的对发展最为有价值的因素。物理学科核心素养，它包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任等四个方面[1]。每一个方面针对了特定内容，聚焦于学生发展的必要因素。要培养学生的核心素养必须确立学生主体地位，让学生去体验、实践。层进式问题串是指在一定的学习范围或学习主题内，围绕一定目标或者某一中心问题，按照一定逻辑结构精心设计的有一定梯度的问题[2]。“层进式问题串”教学方法以问题串为基本工具，引导学生去自主体验，从而促进他们核心素养的发展。下面以“电流计改装成欧姆表”为例探讨基于核心素养的“层进式问题串”教学方法。

1 由问题引出需求

“层进式问题串”教学从需求开始。需求可以激发学生探究的热情，使学生主动投入到各项探究活动中去，从而发展出必要的物理核心素养。学生的需求很难自动出现，需要教师采取有效的教学方法去激发。“层进式问题串”教学方法中的问题串充当了这一角色。教师结合真实情境不断地提出问题，这些问题环环相扣构成了一个问题串。学生在问题串的引导下，从模糊的想法到明确的需求。教师再帮助学生理清需求，为后面的探究活动打下基础。

在“电流计改装成欧姆表”教学中，教师可以结合伏安法测电阻实验，提出问题串激发学生改装出欧姆表的需求。教师提出问题：“如何测量电阻？”学生回答：“可以采用伏安法来测电阻。”教师提出问题：“伏安法测电阻的原理是什么？”学生回答：“利用电压表测量电阻两端的电压，利用电流表测量通过电阻的电流，再利用欧姆定律：求出电阻的阻值。”教师提出问题：“在伏安法测电阻中，电流表有两种接法，是哪两种接法？这两种接法有什么不同？如何选择这两种接法？”学生回答 ：“电流表有内接法和外接法两种接法。内接法电阻的测量值偏大，大电阻应该选用内接法。外接法电阻的测量值偏小，小电阻应该选用外接法。”教师提出问题：“如何判断待测电阻是大电阻还是小电阻？”学生回答：“可以将待测电阻和（两值分别为电流表内阻和电压表内阻）进行比较，比此值大为大电阻，比此值小为小电阻。”教师总结：“使用伏安法可以较为准确地测量电阻的阻值，但是比较麻烦：一方面，需要较多的实验器材，电路的选择和连接也较为复杂；另一方面，实验时间较长，需要测量多组数据，并进行运算。如果我们有一种仪器可以直接测量出电阻的阻值就好了。”学生们议论纷纷，希望拥有可以直接测量电阻的仪器。教师说：“下面我们就想办法制作一台这种仪器，我们就把它叫做欧姆表吧。”教师所提出的问题一个接着一个，逐步激发出学生想要一台欧姆表的需求。

2 由问题引出原理

高中物理重视规律教学。规律一般体现了物理量和物理量之间的关系，是在概念间建立联系的基本手段。在高中物理课堂上，教师往往运用讲授的方法将物理规律的形成过程展示给学生。这种教学方法完全由教师主导，学生很难参与到规律的建立过程。这种教学方法很难培养学生的物理核心素养。在“层进式问题串”教学方法中，教师可以采用问题串引导的方式促进学生思考，让学生体验规律建立的整个过程。教师根据教学需要不断提出相关问题，引导学生思考规律，最终运用数学工具将物理规律呈现出来。

在“电流计改装成欧姆表”教学中，教师可以结合闭合回路欧姆定律的内容，利用问题串引导学生分析欧姆表的基本原理。教师展示电路图（如图1 所示），并提供相关的数据（电源电动势为1.5 V，内阻为0.5 Ω；电流计的满偏电流为10 mA；电流计的内阻为7.5 Ω）。教师提出问题：“将A 和B 直接连接起来，要使该电路中的电流表处于满偏状态，滑动变阻器应调节为多大？”学生利用闭合回路欧姆定律计算得出，滑动变阻器应调节为142 Ω。教师提出问题：“如果在A 和B间接入150 Ω，电流表的读数为多少？”学生利用闭合回路欧姆定律计算得出，此时电流表的读数为5 mA。教师提出问题：“从上述计算可以看出，该电路中的电阻和电流为一一对应关系，能否应用数学表达式来描述这种对应关系呢？”教师让学生以小组为单位讨论来解决这个问题。通过讨论，学生建立的数学关系式为：

图1 “电流计改装成欧姆表”教学展示电路图

教师引导：“根据电阻和电流一一对应的关系，我们可以将电流计改装成为能够测量电阻的欧姆表。”此时，学生已经初步了解欧姆表的原理了。教师再提出问题：“欧姆表内部由哪几个部分构成呢？”学生结合图1说出：“欧姆表内部由电流计、滑动变阻器、电源、导线等构成。”此时，学生已经具备将电流计改装成欧姆表的理论基础。教师从问题展示出发，运用相关联的问题串，引发学生思考。学生结合前面所学过的知识，分析电路，推导结论，最终理清了欧姆表的原理。

实践是传统物理课堂教学所缺乏的环节。实践对高中生来说具有十分重要的价值。首先，实践是学生认识物理世界的基本手段。物理世界十分复杂，学生只有在实践中才可以将物理世界融入到自身的知识体系结构中。其次，实践是发展学生素养的基本方法。在实践过程中，学生会遇到各种各样的问题。在解决这些问题时，学生需要动手动脑，这些都可以促进学生物理素养的发展。教师要注意应用问题串引导学生去实践，使学生的实践有方向。

在“电流计改装成欧姆表”教学中，教师可以结合欧姆表的基本原理，利用问题串引导学生参与电表改装的实践。学生按照图1 将各种器材连接成电路。在检查电路无误后，学生开始操作。首先，学生将电路中的A 和B 端点连接起来，调节滑动变阻器，使电流计的指针指在满偏位置。教师提出问题：“电流计的读数最大，是不是代表外接的电阻最大？”学生结合前面所推导出来的数学关系式和实践回答：“电流计读数最大，代表电阻为零。”学生将A 和B 接点断开，电流表的指针回到了零刻度位置。教师据此提出问题：“电流表读数为零，对应的外接电阻为多大？”学生回答：“因为外电路断开（开路），外接电阻应该为无穷大。”教师让学生在电流计的表盘上标出电阻零刻度和电阻无穷大刻度。接下来，教师让学生利用数学表达式标出其它一些刻度。为了让学生有次序地标志刻度，教师指导学生运动列表的方法，先列表，再标刻度。经过实践后，学生在电流表的刻度盘上标上了对应的电阻值，如图2 所示。教师提出问题：“欧姆表的刻度盘和电流表的刻度盘有什么不同？”学生观察后回答：“欧姆表的表盘左边刻度为无穷大，右边刻度为零。这和电流表的刻度正好相反。欧姆表的表盘刻度不均匀，右边密集，左边稀疏。而电流表的表盘刻度是均匀的。”在学生将电流计改装成欧姆表后，教师再提供一些电阻，要求学生利用他们改装的欧姆表实际测量电阻。在测量的过程中，学生发现了许多问题。教师根据学生的问题进行指导，帮助学生解决问题。在这个过程中，教师的问题串起到了引导实践的作用。

图2 楞次定律教学实验用具

4 由问题引出拓展

在高中物理教学中，教师不能局限于课本上的教学内容，应该适当拓展，以增加课堂教学的广度，为学生物理核心素养的发展提供广阔的空间。教师需要选择和教学内容相关的素材，在教学中提供给学生探究。在学生探究过程中，教师利用问题串引导学生思考，帮助学生深入分析问题，并提出解决问题的方案。教师所提出的问题串应该起到启发作用，让学生思维流畅地融入到问题解决过程中。

在“电流计改装成欧姆表”教学中，教师可以以学生前面的学习作为基础来拓展，以加深学生对欧姆表的认识，并发展学生的物理能力。教师提出问题：“如何将电流表、电压表、欧姆表结合起来，制作一只既能够测量电流，又能够测量电压，还可以测量电阻的仪器？”学生开始议论起来。教师让学生分组讨论这个问题。通过讨论后，学生有了初步方案。教师再提出问题：“能否绘制出你们设计的仪器的电路图？”教师给予学生几分钟时间，让学生讨论并尝试绘制电路图。一段时间后，学生绘制出如图3 所示的电路图。在这幅电路图中，可以通过选择开关来改变电表的作用，可以将此电表作为电流表、电压表、欧姆表来使用。在此基础上，教师再提出问题：“如果每一种表都有多个量程，应该如何设计电路图？”教师再给予学生充足时间设计电路图。如果学生在课堂中无法完成设计，教师可以安排学生在课外完成设计。在下一次教学中，教师再组织学生展示他们设计的成果。如果有学生设计的作品较为完美，教师可以提供器材，让学生将他们的设计转变成真实的作品，以提升学生的成就感。通过这一实践，学生的动手实践能力获得了较大的发展。在此过程中，教师的问题串起到了引导学生解决拓展问题的作用。学生在拓展活动中，物理核心素养得到一定程度发展。

图3 楞次定律小组实验用具图

5 结语

物理学不仅以其概念、规律揭示了自然界基本运动的诸多真理，它还在建立这种知识体系的过程中发展了科学思维和研究方法，推动了科学的进步[3]。因此，培养学生物理核心素养需要将物理思想方法、物理研究方法等融入到教学中。高中物理教学内容较多，具有一定深度和广度，许多教师在教学中常陷入单向的讲授中。这种教学方式和培养物理核心素养十分矛盾。基于核心素养的“层进式问题串”教学方法为教师的教学提供了思路。教师只需应用问题串去引导学生，让学生自主体验和实践，这样就可以较好地发展学生的核心素养，促进学生综合素质的提升。