基于学科能力理论的初中物理习题教学设计

陈一璠 李若平

摘   要：学科能力理论可分为学习理解能力、应用实践能力和迁移创新能力3个维度。以中考试题中频繁出现的电学图像问题为例，从情景导入、概括论证、分析归纳、综合运用、推论预测、知识迁移6个维度出发，阐述如何在课堂上进行基于学科能力理论的教学。

关键词：核心素养;学科能力理论;电学图像问题教学;整体法与隔离法

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）2-0028-4

1    基于核心素养的学科能力理论概述

基于核心素养的学科能力在国际上受到广泛的关注，《教育规划纲要》明确提出坚持能力为重，优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养，着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力。学科能力是成功解决学科问题或完成学科任务的个性特征[1]。在理论上，学科能力可分为3个维度：学习理解能力、应用实践能力和迁移创新能力，如图1所示。本文旨在以中学物理核心素养为出发点，探求学科能力理论在教学中的实际应用。

2    教学意图

电学一直以来都是中学物理重要的学习内容。因其与生活联系紧密，故常会以生活中的实际情景来命制题目。此外，在考核电学知识时，既可以单独考查某个知识点，又可以与力学等知识结合起来考查，考查内容涵盖广、综合性强，因此常常受到出题者的青睐。

2.1    教学目标

（1）物理观念：帮助学生理解并思考欧姆定律的内涵，尝试运用知识解决生活问题，进而升华对知识的理解。

（2）科学思维：学生通过“学习理解”环节，分析知识在生活中的应用，发现相关实例，建立简化模型;大胆尝试运用物理思维并结合数学方法进行推理。

（3）科学探究：学生在“应用实践”环节所获得的是对问题深入思考的能力和实际动手探究的能力。

（4）科学态度与责任：学生能明确实践活动和知识学习间相互制约的道理，在今后的实践过程中能够遵循自然界的客观规律。

3    结合学科能力理论的教学实施

3.1    教学流程

教学流程如图2所示。

3.2    新课教学

3.2.1    “学习理解”能力维度的教学实施

“学习理解”是指学生对所学知识概念、使用规则和限定等的认知[2]。

3.2.1.1    情景导入，问题渗透

通过设置相关问题情景导入习题教学，引发学生的求知热情。例如，图3显示了恒温箱的温控原理，图中的“电源”是恒温箱加热器的电源，当电源的电流大于或等于20 mA时，衔铁被吸合，加热器停止工作，实现温控。教师向学生提问“在图3中，如何才能接通恒温箱内的加热器？”

3.2.1.2    解决电学坐标图像题的方法

①方程法

方程法是结合上述电路图和电阻阻值的变化情况，考虑图中电流与电阻的关系后，列出方程。但单纯运用方程法辅助学生解决此类问题，并不利于学生科学思维的养成，应将方程法与整体法、隔离法结合使用，才易于学生理解，提高他们的科学思维能力。

②整体法与隔离法

选一个较图3复杂一点的图像进行对比，如图4所示。

已知滑动变阻器从一端滑动到另一端，两只电压表和一只电流表的示数变化关系如图4所示，求解电源电压U。

a.整体法

电源电压的欧姆定律等式：

U=I1（R1+R2+R）（1）

U=I2（R1+R2）  （2）

b.隔离法

电路元件的欧姆定律等式：

U2=IR+U1  （3）

R=30 Ω

U1=U2=IR2  （4）

R2=30 Ω

将（3）（4）式所得结果与（1）（2）式结合起来，得出电阻R1，从而得到电源电压U。

3.2.1.3    整理步骤，归纳题型——分析归纳

第一步，理清问题的过程：将“图”与“图”和“图”与问题之间的关系理清;

第二步，采用隔离法：对相关对象进行实际分析，列出正确的等式;

第三步，采用整体法：在整体视角下列出正确的等式;

第四步，逆向检验，确认等式的正确性。

3.2.2    “应用实践”能力维度的教学实施

3.2.2.1    实验求真、动手探讨——综合运用

教师将学生分成小组，每个小组根据文字条件和坐标图像自主讨论，连接成电路。通过对比题目给出的电路图和自己连接的电路图是否一致，来检验对坐标图像的理解程度。

例如，学生根据已知条件自主绘制电路图。

当滑动变阻器从一端滑向另一端，电压表示数与R2的变化关系如图5所示。

学生通过隔离法对R2进行初步判断，电路若为串联电路，随着电路中总阻值增大，电流值减小;又因为电源电压值不变，电阻R1为定值电阻，电流值若减小，则电阻R1两端的电压会减小。若为并联电路，根据所给的实验器材，电压表所测的电压为电源电压，电压表的示数应是不变的。

综上所述，学生认为电压表是测量R1两端的电压。进而在“中学电路虚拟实验室”软件上绘制电路实物图和电路图，结果如图6所示。

（a）（b）为滑动变阻器滑动前后虚拟电路图;（c）为相应的电路示意图

3.2.2.2    实际案例、学以致用——推论预测

①原始问题的抽象模型（图7）

图7中电路内含压敏电阻，作用等同于滑动变阻器，通过改变电路中的总阻值、电流等参数，以期达到使用需求。

②巩固练习

以该题为例，已知电源电压为24 V，R0的阻值为10 Ω，Rx为压敏电阻，其阻值与储水箱水深的关系如图7乙所示。为了保证电流表的安全，水箱中的水最深为多少米？

整体法：学生认为要保证电流表安全就要控制压敏电阻的阻值大小;

隔离法：当压敏电阻阻值为多少时，水深为多少，才能刚好达到电流表的临界值0.6 A，从而保证电流表的安全。

3.2.3    “迁移创新”能力维度的教学实施

除了电学图像问题，还有力学图像问题。比如浮力的考查，如图8所示。

4    教學反思

教学理念方面：以学生为主体，不管是在接受知识的能力上，还是在课堂活动组织上都充分考虑到学生的感受[3]。

教学方法方面：整体法与隔离法本是高中物理教学的常用方法，笔者将这些方法的核心运用于初中电学的学习中，帮助学生正确理解和解决问题，训练学生的科学思维。

学科能力理论运用方面：教学过程结合6个能力维度，分别在情景导入—总结提升—迁移讨论各个环节，分层逐步讲解，层层提升迁移，旨在多方位帮助学生解决学习困惑，提高知识运用能力。

参考文献：

[1]王磊.学科能力构成及其表现研究——基于学习理解、应用实践与迁移创新导向的多维整合模型[J].教育研究，2016，37（09）：83-92+125.

[2]周后升.基于核心素养的物理学科能力理论的教学实施——以“三力动态平衡问题”的复习教学为例[J].物理教学，2019，41（3）：14-18.

[3]董友军，马北河，朱建平. 落实“物理核心素养”的教学策略——以粤教版“作用力与反作用力”为例[J].物理教师，2019，40（3）：30-32.

（栏目编辑    邓   磊）