基于认知障碍调查的微课辅助教学研究——以“欧姆定律”教学为例

杜粉丽 王 锐 侯 娟

(石河子大学理学院,新疆 石河子 832000)

1 引言

学生在学习过程中会遇到各种各样的疑难问题，如果这些问题不能及时得到解决，就会影响后续的学习，形成一定的学习障碍。认知障碍是学习障碍的一种特殊类型，主要表现为学生在认知领域的言语信息、智慧技能、认知策略的能力方面欠缺或者出现了有悖于认知规律的各种问题，这将会对物理教学的效率造成一定的影响。[1]

微课可以突破时间与空间的限制，短小精悍，方便学习。[2]笔者对学生学习“欧姆定律”的认知障碍进行调查，有针对性地进行教学设计，制作微课辅助物理教学，并进一步探讨微课在教学中的效果。

2 学习“欧姆定律”的认知障碍调查

初中物理课标关于欧姆定律的要求为：通过实验，探究电流与电压、电阻的关系，理解欧姆定律。教学时要求学生通过科学探究，应用控制变量法，得出普遍的物理规律。[3]

欧姆定律的学习认知障碍调查从加涅认知领域的言语信息、智慧技能、认知策略三个方面来进行，言语信息是指学习者通过学习以后，能记忆事物的名称、符号、定义，陈述具体的事实，针对欧姆定律的内容，把言语信息确定为“对关键词和名称的了解”和“对欧姆定律的描述”两个子维度；智慧技能是指学习者通过学习获得了使用符号与环境相互作用的能力，关于欧姆定律，则确定为“欧姆定律的习得”和“问题解决中对欧姆定律的辨别”两个子维度；认知策略是指学习者借以调节自身的注意、感知、记忆和思维等内部心理过程的技能，在“欧姆定律”中确定为“欧姆定律的应用和迁移”。将这些维度对应到具体的测验题中，以探查学生的认知障碍，测验题从近几年甘肃省中考物理题库中选取，“欧姆定律”教学内容与认知领域的对应关系和题目设置如表1所示。

表1

在完成“欧姆定律”课堂教学的基础上，对陕师大平凉附属中学初三年级的3班、8班及11班(重点班)实施调查，回收问卷115份，回收率为97%,其中有效问卷109份，问卷有效率为95%,各班在认知领域各维度的合格率如图1所示。

图1

通过对问卷调查的分析，发现学生在学习“欧姆定律”中存在的认知障碍如下。

(1) 在言语技能维度：第一，对电压、电阻、电流、反比、正比、比值、滑动变阻器等关键词及其关系的理解和陈述出现偏差，8班在这个维度的问题最为严重，错误率高达47.66%；其次，不能正确叙述欧姆定律，约34%的学生将电阻描述为随电流和电压的变化而变化，并没有深入理解电阻是物体的固有属性，只是用电压和电流的比值来定义它，对定义式的记忆模糊。

(2) 在智慧技能维度：具体表现为应用欧姆定律的能力较弱，其中有一题要求将正比例、反比例函数图像与欧姆定律相结合，比较不同直线的电阻大小，这一题有25%的学生作答错误，学生对欧姆定律的物理意义、适用范围的理解不深入。

(3)在认知策略维度：主要表现在将欧姆定律迁移到串联电路和并联电路中进行电路分析、利用欧姆定律判断灯泡亮度和电表示数变化、分析电路故障等方面存在困难，此维度的障碍程度最为严重，学习基础较好的11班的错误率也达到了31.71%，究其原因是没有掌握应用欧姆定律进行分析电路的方法和技巧。

3 基于认知障碍调查的微课制作

基于课标解读和认知障碍调查，笔者制作了精讲型微课，以突破欧姆定律的重难点，激发学生学习兴趣，消除认知障碍，其制作流程如图2所示，以下从3个维度说明教学设计思路。

图2

3.1 言语信息

(1) 初中生的有意记忆占主要地位，形象直观的东西更有利于学生识记。因此，微课设计应首先创设识记电阻、电压、电流、滑动变阻器、正比、反比等关键词和名称的情境，以识记电流为例，在“探究电流与电阻的关系”的微课中，展示电流在电路中的流动，给学生以形象支持，再适时点明电荷的定向移动形成电流。

(2) 对物理概念适当进行重复和强调，滑动变阻器贯穿了欧姆定律整个章节的实验设计，第一次出现时可以详细讲解其变阻原理，而后在不同微课中，例如在“动态电路分析中的欧姆定律”等微课中多次重复，通过反复强调，加深学生的理解和记忆。

(3) 重视转变学生错误的前概念，例如：在“探究电流与电阻的关系”微课中，转变学生“电阻随着电流变化”的错误前概念。在前面的学习中学生建立了“电阻表示对电流阻碍作用的大小”的概念，因此在本微课的实验设计中具体演示导体阻碍电流的过程，即演示导体电阻变大时(电压不变)电流表的示数变化，实验表明：当电压一定时，导体的电阻越大，流过导体的电流就越小，说明电阻不同的导体对电流的阻碍作用是不同的，从而深化学生对电阻概念的理解。

(4) 在微课中充分展示“电阻、电压、电流”关系的探究过程，梳理电路图的设计思路、控制变量法的应用、实验电路的连接、数据的记录和处理，利用正比例、反比例函数推导电流与电压、电阻的关系，通过以上一系列操作演示，为学生提供认识并描述欧姆规律的基础，促使学生的认知由感性向理性跨越。

3.2 智慧技能

在“串联电路中的欧姆定律”微课中采取的教学策略为：回顾串联电路中各物理量的关系——分析结合的方式——典型例题讲解；针对学生对“欧姆定律”的适用范围认识不清的问题，通过实验探究和典型例题讲解，强调欧姆定律中的I、U、R的物理意义，明确电阻是哪段导体的电阻、电压是哪两端的电压、电流是流过哪条电路的电流，对欧姆定律的组成要素作深层分析和解读。

3.3 认知策略

学生在认知策略方面的障碍主要表现为：遇到问题时常常无思路、无方法，不能正确运用物理规律。为此，笔者设计了“串联电路中的欧姆定律”“并联电路中的欧姆定律”和“动态电路分析中的欧姆定律”三个微课，训练学生的思维，提高其认知策略水平。

微课从典型的例题讲解入手，采用多样化的手段促进学生正确应用欧姆定律解决问题。例如：在分析电路时，先将条件归类，再将欧姆定律与串并联电路中电压和电流的规律相结合；在复杂电路中，将并联的部分用红色方框圈出来，看作整体(图3)，力求使微课的呈现方式符合学生的认知规律。

图3

在电路故障的分析环节，利用虚拟实验模拟断路、短路现象，既可以演示一些存在安全隐患的实验，又可加深学生印象，通过语言、动画、实验现象，引导学生利用欧姆定律分析电路故障。

4 教学效果分析

通过网络将制作好的系列微课发送至学生的移动终端，要求学生在家学习，进行了为期15天的微课辅助教学实践，对微课学习效果进行量化评价，用各班在后测中每个维度题目的成绩减去前测中的成绩，再除以前测中各个维度的成绩，得出各班在认知领域的成绩提高率(表2)，分析结果如下。

表2

(1) 在整体上各班在认知领域各维度的认知障碍都有不同程度的降低，各维度的成绩都有所提高，提高幅度最小的是11班的言语技能，提高了4.85%。提高幅度最大的3班在认知策略维度提高了83.80%，表明微课辅助教学有助于消除学生在学习欧姆定律中存在的认知障碍。

(2) 对于各维度的比较可以看出:认知策略维度的认知障碍消除效果最为明显，平行班(3班和8班)达到83.80%和69.21%。运用微课辅助教学，学生可以调控自己的思维活动，较好地将欧姆定律应用于串并联电路、复杂电路、动态电路和电路故障的分析中。

(3)基于学生样本的对比分析，对知识基础较薄弱的8班，认知障碍的消除效果最明显，各维度的成绩提高率都达到了30%以上，特别是在“欧姆定律的应用和迁移”维度的成绩有大幅度提升；对于知识基础较好的3班，在学生认知策略维度的效果最显著(提高率为83.8%)；对于知识基础最好的11班，认知障碍的消除效果也较为明显。