初中电学复习课中高阶思维能力培养策略

摘 要：在复习教学中，教师要注意知识点的查漏补缺，更要关注学生能力的培养.让学生在复习课中将知识融会贯通，并且让学生在解决问题的过程中提高分析、评估、创造等高阶思维是复习课的更高境界.本文以初中电学复习课的教学片断为例，总结出一些高阶思维能力的培养策略.

关键词：复习课;高阶思维;深度学习

文章编号：1008-4134（2020）02-0012 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

作者简介：葛元钟（1975 - ），男，浙江杭州人，硕士，中学高级教师，研究方向：初中课堂任务驱动教学的研究.

复习课教学是每个教师都要面对的一种课型，对学生知识的梳理和建构非常重要;复习课教学对教师是极大的考验：教师要了解学情，了解知识体系，帮助学生建立自己的知识体系;此外，教师还要根据学生实际情况优化教学策略.

1 问题提出

在科学学科中，学生普遍认为电学比较难学，题目做了许多但成绩很难提高.在初三复习阶段，通过对学生的调查，发现在电学复习中存在以下几个方面的问题，值得大家关注和研究.

1.1 分析电路缺少方法

学生不能分析动态电路.电路的呈现形式发生改变，特别是分析解决由多个开关、滑动变阻器组成的动态电路时，不知化繁为简的方法.

1.2 教材内容理解肤浅

学生对教材的理解一知半解.比如焦耳定律这一知识点的学习，由于课本中的实验仪器和实验室里的实验仪器存在不同，实验方法也略有不同，学生不知所措.再如学习到电动机的启动电流等结构不良领域的知识时，理解不够深入，一知半解.

1.3 已知条件张冠李戴

学生在审题时出现张冠李戴的现象.比如电压，已知条件中有这样几种表达：“额定电压”“实际电压”“R1两端电压”“总电压”“电源电压”等等，动态电路中由于电路连接发生改变后各用电器两端的电压也将发生改变，数据更易出错.

这些问题反映出学生的比较、分析、评价等高阶思维能力薄弱，这是学生的根本问题.如若只是不断地进行重复训练，那是治标不治本，不仅无益于学生对于知识的深化掌握，还会使学生产生厌烦情绪.

因此，本文采用恰当的教学策略，进行深度学习，培养学生学习兴趣，提高学生分析问题及解决问题的高阶思维能力.

2 高阶思维能力的培养策略

2.1 等效分析

近几年来国内外教育界人士越来越重视高阶思维能力的培养.高阶思维是处于较高认知水平层次上的心智活动或认知能力.

高阶思维能力是人思维水平的重要衡量标准，也是创新能力、问题解决能力、决策能力的核心，它已逐步成为中学物理教学中重点关注和培养的内容.复杂电路的分析要用到等效的高阶思维.画出等效电路图的方法有：节点移动法、整体法和隔离法.

无论用哪种方法都是在保证某种效果相同的前提下，抓住问题的本质，将复杂的物理过程转化、等效为简单的、易于研究的物理过程.巧用隔离、等效化简.

隔离、等效化简要分三步走：首先要把电路中的电表隔离，初中阶段不计电表对电路的影响，隔离电表的做法是“电压表去掉后该处断开， 电流表去掉后该处用导线连通”;第二，分析串并联，要按题意所给条件， 沿电流方向对去掉电表后的用电器逐个分析，若电流只沿一条路径经过用电器回到电源负极， 则该电路是串联连接，若电流流到连接点时分为几条支路， 则该电路为并联连接;最后，分析各电表测电路中的哪些物理量.

例1 如图1所示的电路中，电源电压保持不变，开关闭合后，滑动变阻器的滑片P向左移动时，三个电表的示数变化情况是（  ）

A.的示数变小，的示数变大，的示数变小

B.的示数变大，的示数变小，的示数变大

C.的示数变小，的示数不变，的示数变大

D.的示数变大，的示数不变，的示數变小

第一，把电路中的电表“去掉”，通过对电流表电压表的隔离分析，图1就可以等效图2;其次，分析图2判断出是串联电路;最后，分析出电压表测电源的电压，电压表测变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流.

开关闭合，滑动变阻器的滑片P向左移动时电源两端的电压保持不变，电压表的示数不变;P向左移动时，接入电路中的电阻变小，电路中的总电阻变小，电路中的电流变大;由U=IR可知，R两端的电压变大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，故滑动变阻器两端的电压的示数变小.故选D.

2.2 节点移动，等效电路

等效思维是从事物的等同效果这一基本点出发的，其目的是通过转换思维活动的作用来降低思维活动的难度，是处理物理问题的一种重要的思维方法.导线和导线的接点是节点，节点的移动不经过用电器就不会改变电路，节点移动前后电路是等效的.通过节点移动，可以较快地画出等效电路图.

如图3所示，在导线和导线的接点分别标出a、b、c、d，这四个点就是电路的节点.按规则移动这些节点可以得到图4电路，图4电路就是节点法画出的更直观的等效电路图.

将图4进一步进行节点移动可得图5、图6.这样三个小灯泡的连接方式就更加明显了.在这个变换中，多次运用了等效思维.

2.3 深度学习

斯皮罗（R.J.Spiro）把知识分为结构良好领域的知识与结构不良领域的知识.在物理教学中，有些知识的结构就很有规则性与确定性，学生学习起来就比较容易.但是，在物理实验教学中，很多物理知识是在现实情境中进行学习与思考，往往具有不良的知识结构特点.对于这些结构不良领域的知识，应该用各种方法，各种角度带领学生进行深度学习.

1976年，深度学习由马顿（Ference Marton）等学者依据对阅读学习的层次问题进行实验研究而提出的.之后将深度学习界定为学生全身心主动投入、涉及高阶思维能力获取并且具有较强迁移能力的一种学习过程或状态.

朗威DISLab系统能及时处理实验中的量的变化以及函数模型的建构，能较大地调动学生的学习积极性，对提高物理课堂教學质量有很好的推进作用.基于此，在电学复习课中，对部分电学实验进行改进与创新，通过深度学习激发学生的兴趣，积极参与活动，引发学生思考，从而培养高阶思维能力.

2.3.1 对电能表额定电流的解释

科学教材中介绍电能表如图7所示：其中10（20）A表示该电能表的额定电流为10A，在短时间内使用时电流可允许大一些，但不能超过20A.

学生对短时间内使用没有概念，是一秒钟，还是一分钟？利用朗威DISLab技术对电动机的启动电流进行研究，不仅对电动机问题进行深度学习，同时可以对短时间使用有一个大约的判断.测量并记录了电动机开始启动到正常运转这一段时间的电流变化，如图8所示：A点是电动机启动时的最大电流，B点是电动机的正常工作电流，二者相差有一倍左右.通过朗威DISLab技术的介入，学生可以明确这样几点：首先，启动过程是很快的，在这个实验中大约05秒，如果电动机功率大些，启动时间可能还要更久一些;其次，启动电流大约是正常工作电流的2-3倍，从这个角度上学生比较容易理解“电能表的额定电流为10A，在短时间内使用时电流可允许大一些，但不能超过20A.”这一句话;最后，可以发现电动机在稳定工作的时候电流也是有细微变化的.如果给学生设计这样的实验进行深度学习，学生不仅可以更轻松地理解课本上的知识，还可以掌握一些课外知识，让他们的学习更有乐趣.

2.3.2 有关焦耳定律实验的补充

教材上有关焦耳定律的实验装置如图9所示.是用玻璃管内液面上升的高度来表示电流热效应产生的热量.然而实验室里与教材配套的实验器材如图10所示，中考中也频频出现这套焦耳定律的装置.

通过列表比较（见表1），学生对实验原理，实验步骤，实验结果的表达等都会有一个比较深刻的理解.

两种实验方法的观察指标：其一是玻璃内液体的上升高度，其二是U型管内的高度差.间接地反映烧瓶内液体温度的变化，从而反映电流的热效应.

通过研究，我们利用朗威DISLab套件（如图11所示）对焦耳实验进行实验创新，并帮助学生对多种实验思路进行总结分析，进行深度学习.

朗威DISLab套件里的几个电阻是按如图12所示进行连接的，每个电阻边上都有一定质量的油，用温度传感器可以实时地测量出烧瓶的温度变化.在朗威DISLab软件的帮助下，可以将二组实验一起完成，并在电脑上纪录一组连续的数据（图13）.观察R2，R3二条数据线，可以研究产生的热量与电阻之间的关系;观察R1， R2二条数据线，可以研究产生的热量与电流之间的关系.对数据线进行分析，可以比较顺利地得出结论.

2.4 表格评价

由于滑动变阻器滑片移动时或电路中开关状态改变时而使电路中的电流发生改变，这样的电路称之为动态电路.动态电路的分析一直是一个难点.对学生而言，动态电路难在前后二个状态的分析比较，首先分析一下两种典型的动态电路，如图14所示.

从图14中得出：不管是开关断开还是闭合，还是滑片移动，其实质都是为了改变电路的总电阻，从而引起电路中电流的变化，无论串、并联电路，部分电阻增大，R总增大，而U总不变，I总与R总成反比.

为了让学生能更好地分析动态电路，本文引入了表格法对动态电路的分析过程进行评价，以增加解题准确率.表格法就是根据题意将已知条件都找出来填入表格，然后根据电路的特点和规律找出从已知量到未知量之间的联系，再确定先算哪步后算哪步，学生亦步亦趋顺利完成整个题的解答方法.

例2 如图15所示，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电源电压U不变.当滑动变阻器的滑片P滑到a端和b端时，R1消耗的功率之比为9∶1;且滑片P滑到a端时，电流表示数为6A， 滑片P滑到b端时，电压表的示数为8V.求：电阻R1和R2阻值各为多少？电源电压多大？（2Ω 4Ω 12V）

分析电路可得：滑片P在a端时，电路中只有R1，滑片P在b端时，R1和R2是串联.

已知当滑动变阻器的滑片P滑到a端和b端时，R1消耗的功率之比为9∶1，可得，在a处和在b处时，R1两端的电压之比为3∶1;

假设在a处时，R1两端的电压为3，则总电压为3;则在b处时，R1两端的电压为1，R2两端的电压为2，R1和R2两端的电压比为1∶2。

将分析结果记录在表2中.

在表2中可得：滑片P在b端时，R1和R2是串联，R1和R2两端的电压比为1∶2，则总电压U和U1，U2的比为3∶1∶2.

又已知R2两端的电压为8V，根据比例得，总电压U为12V，R1 两端的电压为4V.

将分析结果记录在表3中.

从表3可得滑片在b端时：总电压U为12V， R1两端的电压为4V，则R2两端的电压为8V;

滑片在a端时，R1两端的电压为总电压12V，电流为6A，根据欧姆定律可得R1为2Ω;

滑片在b端时，R1的电阻不变，仍为2Ω，因为U1∶U2= R1∶R2，可解得R2=4Ω.

将计算结果记录在表4中.

教学不仅是知识的传递，更是知识的处理与转换，表格法将电学物理量条理化， 将物理知识与数学方法完美结合，借助表格理清已知量和未知量之间的关系，对学生研究问题的思维有很好的启迪作用.在概念和规律的辨析中，评价是以分析为基础的，但是分析不能替代评价.如果学生掌握了动态电路的分析评价，遇到这类题目就会知道解题的方向，不会盲目地乱套公式和特点去解题.

3 结束语

在复习课上，教师不仅要根据学生已有的知识、经验进行适当引导，帮助学生构建知识网络，复习课还要抓住这样几个关键性的问题：教会学生分析电路的方法，让学生解题有思路;对于电学知识中的结构不良领域，要进行深度学习，让学生深化理解知识，从而不断加强问题的解决能力;对于复杂电路、变化电路，除了常规的分析方法解决问题外，还可以用表格法进行评价、以检验自己的解题思路.

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（收稿日期：2019-10-15）