PCRR教学模式及其在“闭合电路欧姆定律”教学中的应用

周胜林 钱长炎 丁珂

摘   要：通过对PCRR教学模式基本思想的分析，结合“闭合电路欧姆定律”的内容特点，以影响电源内阻大小因素、闭合电路电势变化规律和能量转化过程等学生学习的重点和难点为论证内容，探讨PCRR教学模式在“闭合电路欧姆定律”教学中的应用，以期为落实学生科学论证能力的培养摸索切实可行的方法和途径。

关键词：PCRR教学模式;闭合电路欧姆定律;科学论证;模型建构

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2020）9-0077-4

科学论证是科学家研究自然现象建立科学理论的常用方法，也是帮助学生获得科学知识、发展科学思维和培养批判能力的有效方式，在新的高中物理课程标准中被列为学科核心素养的一部分[1]。在核心素养目标下，如何结合高中物理重要内容的特点培养学生的科学论证能力，是摆在广大物理教学研究者和物理教师面前的重要课题。

“闭合电路欧姆定律”是高中物理电学的重要内容，在该教学中如何落实学科核心素养的培养目标，我们做过一定程度的探讨[2]。本文在此基础上，以发展学生的科学论证能力为主旨，对PCRR（Present，Critique，Reflect and Refine）教学模式的基本思想及其在“闭合电路欧姆定律”教学中的应用进行探讨，以期为新时期高中物理教学提供有益的参考。

1    PCRR教学模式的基本思想

PCRR是一种渗透式导向的科学论证教学模式。它以探究为驱动，以证据为基础，通过引导学生建构解释型模型理解科学现象，同时模仿科学研究工作和同行审阅模式交流评价信息，从而在课堂中营造论证的学习氛围，促进学生对核心概念的深入理解。该教学模式主要有呈现、批判、反思和提炼四个环节，如图1所示[3]。

PCRR教学模式首先要求学生呈现模型。呈现模型有两种方式：一是引导学生根据已有经验和前概念建构模型，然后在探究中收集证据为模型和主张进行辩护;二是在探究中根据数据建构模型，这种方式更侧重于证据而非前概念。继之，每个小组在白板上呈现模型、探究方法和基于数据的论证过程，向全班进行展示，并由“同行”进行审阅。“同行”审阅时在便笺上对该小组探究方法的恰当性、模型的准确性和论证的充分性等方面提出意见，在此过程中教师进行必要的监督，以确保形成有效的讨论和批判。在收到反馈意见后，引导学生反思最初所呈现的模型和论证过程，此时教师可以提出有针对性的探索问题，以帮助学生进一步完善。最后，学生利用不同颜色的笔对模型和论证过程进行提炼和修正。

PCRR教学模式结构简单，主要是在课堂中利用观察或查找资料形成论据、论点以及推理，形式比较灵活，可以在一节课中循环使用，十分适合于物理概念或规律的教学[4]。“闭合电路欧姆定律”是高中物理的难点内容，既涉及到电动势、电阻和电流等重要概念，又蕴含着闭合电路电势变化和能量转化等诸多模型。将PCRR教学模式应用在“闭合电路欧姆定律”的教学中，能够帮助学生建构相关模型，深入理解“闭合电路欧姆定律”的主体内容，更好地培养学生基于证据的论证能力。

2    PCRR教学模式在“闭合电路欧姆定律”教学中的应用

根据对PCRR教学模式基本思想的分析，结合“闭合电路欧姆定律”的内容特点，我们确定了“影响电源内阻大小的因素”“闭合电路电势变化规律”和“闭合电路能量转化过程”三个论证内容。

2.1    影响电源内阻大小的因素

学生对电源内阻的存在一直感到疑惑，如何有效帮助学生对电源内阻的理解是建立闭合电路欧姆定律的基础[5]。我们通过演示实验引导学生建立等效模型，了解影响可乐电池内阻大小的因素，实验装置如图2所示。铜片和锌片浸入装有可乐的容器中可以制成可乐电池，将可乐电池与电阻箱、电流表等串联在电路中，闭合开关，电路中就有稳定的电流。

首先，教师演示三组实验，分别竖直向上抽出锌片、水平向左移动锌片和向容器中倒入更多可乐，提醒学生观察电路中电流的变化，见表1。根据实验现象，让学生思考电流大小变化的原因，并呈现模型对现象进行解释。在教师的引导下，启发学生类比固体电阻，建立等效模型，即影响可乐电池内阻的大小可能与电极之间的距离和电极与液体的接触面积有关，并交由“同行”进行审阅。

随后的批判阶段，提示“同行”该小组的论证过程是否充分，推理是否具有逻辑，如电动势是电源的重要参数，电路中电流变化是否是因为改变电极之间的距离或电极与可乐的接触面积导致电动势变化所引起的。根据“同行”反馈，引导学生将图2实验装置中的开关断开，利用电压传感器测量实验操作前后电源电动势的变化，以此获得更多的数据对等效模型和论证过程进行修正。实验发现，三组实验操作下可乐电池的电动势大小不变，从而引导学生对论证过程进行提炼，并得出结论：可乐电池不仅存在电阻，而且电阻的大小和固体电阻类似，与电极之间的距离和电极与可乐的接触面积有关。

对可乐电池内阻的论证过程呈现了类比固体电阻的等效模型，直观展示了电源内阻的变化，促进了学生对电源内阻的理解，为后面闭合电路欧姆定律的建立以及闭合电路电势变化和能量转化的论证做了良好的铺垫。

2.2    闭合电路电势变化规律

闭合电路的电势变化是“闭合电路欧姆定律”的重点内容，是学生掌握电源电动势、路端电压和内电压定量关系的关键。在学生理解电源内阻的存在时，提出探究问题：闭合电路中电势如何变化？引导学生根据欧姆定律和电势等先前经验和前概念建立等效电路，呈现闭合电路电势变化模型，如图3所示。

在“同行”审阅时，教师提醒“同行”该小组所呈现的闭合电路电势变化模型是否准确，是否有数据支持。根据反馈，引导学生对所提出的模型和论证过程进行完善，并设计实验收集更多的证据支持自己的主张，实验装置如图4所示。将两根探针插入可乐电池内部，紧靠铜片和锌片，开关闭合前电压传感器1测量可乐电池的电动势，开关闭合后，电压传感器1和电压传感器2分别测量路端电压和内电压。改变内外电路的电阻就可以获得多组数据。由于可乐电池的内阻在百欧以上，为获得更好的实验效果，实验时应保持外电路电阻在百欧或千欧以上。可樂原电池相对于硫酸原电池，安全有趣，实验效果更好，能够充分调动学生学习的积极性[6]。

学生根据实验数据，可以得出结论：电源电动势等于路端电压和内电压之和，进而对模型和论证过程进行提炼，并用不同颜色的笔对模型和数据进行标注。在此基础上，学生不难利用欧姆定律推演出闭合电路欧姆定律。

2.3    闭合电路能量转化过程

“闭合电路欧姆定律”是体现功和能关系的很好的素材，能够充分展现功和能概念在物理学中的重要性[7]。因此，我们可以提出探究问题：闭合电路中的能量是如何转化的？引导学生根据已有经验利用图示、符号等方式呈现闭合电路能量转化的概念模型，如图5所示。

在“同行”批判模型和论证过程时，提示学生被审阅小组所呈现的模型是否可以进一步完善，如该模型是否显示了闭合电路中能量是如何进行转化的、各是多少等重要信息，并在便笺中提出意见。考虑到学生完整呈现闭合电路能量转化的概念模型难度较大，在反思过程中，教师可以提出探索性问题：其他形式的能转化成的电能与电能转化成的内能存在怎样的数量关系，该概念模型适用于什么样的电路？根据“同行”反馈和教师的提示，引导学生对闭合电路能量转化的概念模型进行提炼，如图6所示。最后，引导学生根据能量守恒定律理论演绎出闭合电路欧姆定律，并明确闭合电路欧姆定律适用于纯电阻电路。

基于闭合电路能量转化的论证过程，一方面帮助学生厘清闭合电路能量的转化关系，从能量角度進一步理解闭合电路欧姆定律的主体内容，明确定律的适用条件，有利于学生能量观念的形成;另一方面，通过科学论证的过程，培养了学生模型建构的思维能力，形成较为完整的功和能知识体系，同时也对概念模型有了一定的认识和理解[8]。

3    小结与启示

通过对PCRR教学模式基本思想和主要环节的分析，结合学生的学习困难和“闭合电路欧姆定律”的内容特点，我们对PCRR教学模式在“闭合电路欧姆定律”教学中的应用做了较为全面的探讨，不仅帮助学生更好地理解电源内阻、电势和闭合电路能量转化等重要概念和规律，掌握闭合电路欧姆定律，而且发展了学生模型建构和科学论证的能力，为落实物理学科核心素养的培养做了有益的尝试。

此外，通过这些工作，我们深深地感受到根据物理知识内容的特点和学生的学习情况，将PCRR教学模式合理地融入高中物理重要概念或规律的教学中，既能帮助学生加深对核心概念的理解，又能够有效地落实学生科学论证能力的培养，是实现物理学科核心素养目标的重要方式。

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）[S].北京：人民教育出版社，2018：4-5.

[2]周胜林，钱长炎.核心素养目标下高中物理“闭合电路欧姆定律”教学设计及实施建议[J].物理教师，2020，41（1）：34-36.

[3]Kujawski D J.Present， Critique， Reflect， and Refine： Supporting Evidence-based Argumentation Through Conceptual Modeling[J]. Science Scope， 2015，39（4）：29-34 .

[4]弭乐，郭玉英.渗透式导向的两种科学论证教学模型述评[J].全球教育展望，2017， 46（6） ：60-69.

[5]王治国.《闭合电路的欧姆定律》的教法研究与建议[J].物理教学探讨，2017，35（1）：19-21.

[6]赖佳颖.“电源电动势和内阻、闭合电路欧姆定律”的教学优化[J].物理教学，2015， 37（6） ：17-20.

[7]张颖.人教版普通高中物理课程标准实验教科书选修3-1编写思想[J].中学物理教学参考， 2007， 36（5）：6-10.

[8]陈欣.概念模型在高中生物学重要概念教学中的应用[J].中学生物教学，2014（10）：16-18.

（栏目编辑    李富强）