基于学生经验的单元整体教学设计①——以《欧姆定律》单元教学为例

郭灵叶 杨勇诚

(1.南京师范大学物理科学与技术学院，江苏 南京 210023； 2.江苏省苏州市吴江区实验初级中学教育集团，江苏 苏州 215200)

1 引言

学生都是带着自己的经验进入课堂的，教学始于学生的经验，终于学生经验的改造、重组和生长。面对“有备而来”的学生，如果教师忽视孩子的经验，按照教材“按部就班、照本宣科”，将无法有效地激发学生的学习动机和兴趣。如果教师充分利用学生的经验，教学会变得事半功倍、低耗高效。笔者对《欧姆定律》单元的教学流程进行调整，嵌入了主题式教学和项目化学习，将学生的经验转化为重要的教学资源，旨在促进学生学习方式的转变，进行深度学习，完善学生的必备品格，提升学生的关键能力。

2 峰回路转，一气呵成：单元教学整体设计的思路

在苏科版初中物理教材中《欧姆定律》单元的内容安排顺序是：电阻、变阻器、欧姆定律和欧姆定律的应用。为了更好地适应学生的经验生长和思维发展，笔者将“欧姆定律”前置，通过对“欧姆定律”的教学，倒逼学生自主学习电阻的相关知识，实现“先学后教、顺学而教”的目的。

2.1 通过实验探究，解决学习重点

电压是产生电流的原因，那么通过导体的电流与导体两端的电压有没有一定的数量关系？为了解决这个问题，教师组织学生对电流与电压之间的关系进行探究。

2.1.1 指导学生实验操作，采集实验数据

教师引导学生设计实验电路(图1)，虽然学生还没有学过滑动变阻器，但在生活中，使用某个工具前也不一定要弄清其工作原理，因此，教师可直接告知学生变阻器的作用和接法。每个小组使用的导体由镍铬丝或锰铜丝缠绕在塑料板上自制而成，且阻值不详。实验完成后，教师将某组学生采集到实验数据展示在黑板上(表1，以下数据均来自同一个学习小组)。

图1

表1

2.1.2 引导学生分析、处理数据，总结实验结论

学生先观察电流随电压变化的趋势，再通过描点画出I-U图像，根据图像粗略判断两个物理量可能成正比。接着，学生通过计算发现：同一个导体两端的电压与通过它的电流之比是一个常量，从而得出实验结论。

2.1.3 启发学生深度思辨，寻找事实真相

教师提出问题：这个情境跟我们以前学过的哪个内容相似？学生由此反刍自己的学习经验，发现与“密度”的学习十分相似，物体的质量与其体积成正比，比值反映了物质的物理属性，即密度。教师通过追问引导学生继续猜想：电压与电流的比值是不是也反映导体的某种性质？教师给以肯定回答，提出这个比值反映导体阻碍电流的性质，叫作电阻。

2.1.4 拓展学生的思维活动，揭示物理规律

教师没有顺应教材编排，引导学生学习有关“电阻”的知识，而是继续对数据进行研究，提出问题：观察表1中竖向数据，又会有什么发现呢？学生讨论分析，总结得出：在电压相同时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比。师生进行归纳总结，“发现”欧姆定律：通过导体的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。

2.1.5 帮助学生总结结论，展示欧姆定律

欧姆定律既是课程标准规定的学习重点，也是学生学习的难点。通过课堂教学设计，学生绕过电阻知识，直奔欧姆定律的学习，打破了学生的心理预设，他们的思路顺畅，兴趣盎然。

2.2 利用项目驱动学习，动手制作电阻

电阻器是重要的电气元器件，在教学中引入“制作电阻器”的项目，要求学生制作两个阻值分别为10 Ω和15 Ω的电阻器。

2.2.1 做一做，看谁做的电阻器外观更精美

为每组学生提供两种粗细不同的镍铬丝或者相同线径规格的镍铬丝、康铜丝(表2)，学生先读懂电阻丝铭牌上文字，再用刻度尺量取相应长度的电阻丝，并缠绕在塑料板上，用胶带固定，并对自己和同伴作品的外观进行评价。

表2

鉴于上一节课的伏笔，学生根据自己的经验，把测定电阻的方法聚焦到伏安法上。学生动手实验，分享制作选材信息和实验数据(表3)。

表3

2.2.3 想一想，看谁针对实验误差想得更精细

学生发现，各组制作的电阻器阻值与任务的要求相比较都偏小，教师抓住细节，提出问题：造成误差的原因是什么？学生通过讨论发现：电阻器的搭接位置会影响电阻丝的有效长度。

通过上述的课堂设计，借助项目化教学的方式，用任务驱动学生的学习，变伏安法的学习寓于解决真实问题的过程之中，“做中学”既加强了学生综合技能的训练，有助于学生核心素养的全面提升，又强化了学生对物理元器件的制作和使用的体验感，有利于学生学习兴趣的持久保持。

2.3 反思已有经验，促进深度学习

学生已学习过串、并联电路中电流和电压的特点，那么两个及两个以上的导体串联或并联时，电路中的总电阻与每个导体的电阻之间有什么关系？教师请学生利用上节课自制的两个电阻，使用伏安法进行测定和探究。将R1和R2串联或并联接入电路后进行测量，并将数据记录在表4中。

表4 (R1=9.50 Ω R2=13.57 Ω)

2.3.1 从实验发现到数学推导的归结

通过对实验数据的观察，学生发现：串联电路的总电阻等于导体电阻之和。这个结论是否可靠？教师引导学生采用数学推导的方法将数据代入如图2所示的公式中，从“实验事实”到“数学推理”，对推论进行论证。

图2

2.3.2 从数学推导到实验探究的验证

研究并联电路时，学生无法直接看出总电阻与各个导体电阻之间的数量关系。教师利用数学方法先把结论推导出来，再让学生将R1与R2的值代入如图3所示的公式进行计算，从“数学推导”到“实验事实”，对推论进行验证。

图3

在这个教学设计中，教师贯通了“数学推导”和“实验思辨”之间的双向通道，帮助学生充分体验了科学思维方法的魅力，体会了“实践—理论—实践”的认知方式，拓宽了分析问题的思路和解决问题的途径，促进学生的深度学习，为学生必备品格的完善和关键能力的提高夯实基础。

2.4 通过观察比较，完善课程学习

在完成“欧姆定律”和“欧姆定律的应用”学习之后，学生应用所学知识和实验探究方法，更有活力地投入到后续学习之中，极大地提高了学习效率和思维品质。

2.4.1 观察比较催思索

哪个组制作的电阻所用材料更合理？教师拆除几个用不同材料制成的10欧姆电阻，把电阻丝拉直，让学生观察电阻丝的长度。学生发现：电阻丝的长度不同。学生通过讨论得出结论：制作电阻器的电阻丝太长容易缠在一起发生短路，太短又会造成较大的实验误差。于是，教师追问：导体的电阻值跟哪些因素有关？学生有了动手制作电阻的经验，很容易地想到：电阻的大小与导体的长度、横截面积和材料有关。

2.4.2 深入探究求真知

教师引导学生采用控制变量法，测量了在电压相同时通过图4中各根金属丝的电流，总结得出决定导体电阻大小的因素。教师围绕电阻与导体长度的相关性，讲解滑动变阻器的工作原理和结构。鉴于学生前期的反复实验，已经掌握了使用滑动变阻器的技能，教师不再专门组织学生学习滑动变阻器的使用方法。

图4

2.4.3 实验对比得启发

教师演示“火烧灯丝”的实验(图5)，让学生观察通过灯丝的电流变化，发现：当电压一定时，随着灯丝温度的升高电流逐渐变小。由此证明灯丝的阻值随温度升高而变大；反之，灯丝的阻值随温度的降低而变小。由此，教师可自然引入超导现象和超导体的概念。

图5

教师将灯丝弄断，电流表中没有示数，即便换接了灵敏电流计，指针也没有偏转。这时，教师顺理成章地引入导体、绝缘体和半导体的概念，讲解生活中这三类物体的应用。然后，再用火焰烧烤玻璃柱(图6)，发现灵敏电流计指针居然发生了偏转。这说明玻璃的电阻随温度的升高而变小。教师进一步阐述：导体与绝缘体之间没有明显的界限。在特定条件下，绝缘体也会变成导体。

图6

至此，第十四章的内容学习顺利完成。在整个课程学习过程中，学生反复利用已有的经验开展自主学习，在掌握知识和技能的同时，潜移默化地发展了思维、提升了核心素养。教学前后贯通、一气呵成，相关知识联系紧密、结构完整。配合相关习题与训练，可大大提升教学效率。

3 迁思回虑、回味无穷：单元整体教学设计的评析

叶圣陶先生说过：“教材无非是个例子”，这就要求教师善于打破教材囹圄，充分利用学生已有的经验，顺应学生的认知特点，重组教学内容，优化教学流程，转变教学方式，从而提高学科育人的效果，欧姆定律单元教学的整体设计给我们带来了三个方面的启示。

3.1 学生的经验是重要的课程教学资源

物理与学生的生活联系紧密，初中物理学习与小学科学学习紧密相扣。初中物理教学始于学生经验，终于学生经验生长，需要教师在组织教学活动时“瞻前顾后，承上启下”，充分考虑学生已有的知识储备和学力水平。

如果重视了学生的经验，那么学生之间知识、技能上的差异不再是课堂教学的桎梏，而是学生合作学习的基础。他们彼此影响，相互成就，从同伴身上学到的不仅仅是知识与技能，还有掌握知识与技能所需要的方法和技巧。教师也可以做到“学生已经会的，学生通过自学、合作学习可以学会的”东西不教，就能克服“站在山顶看山脚”的成人视角所带来的教与学脱离的不足，让教学更加精准。比如，采用欧姆定律的学习来倒逼学生自主学习电阻知识、变阻器原理等。先有预设性的“先学”，再有生成性的“后教”，转变了学生的学习方式，教得更有趣、学得更主动，学生的经验也得到了充分的生长。所以，物理教师面对初中生，必须关注“儿童视角”“学生立场”。

3.2 实验和思辨都是重要的物理学习方法

近年来，在初中物理教学中重视情境、重视实验已是一个不争的事实。但是大量同质化、重复性的实验和“万事俱备只欠东风”式的探究充斥课堂，导致物理教学异化成科普体验，难以引发学生深刻的思维活动。

为了避免这些问题，在这个单元教学整体设计中将“大开大合”的教学流程调整与细致入微的实验优化结合起来，体现在以下4个方面：一是重视实验技能的培养，“伏安法”在不同场景中反复地出现就是为了在实践中巩固学生的操作技能；二是重视探究情境的创设，使用自制的电阻就是为了避免现成厂制电阻器对实验结果的暗示，让学生的探究回归真实问题的情境；三是重视思维品质的提升，帮助学生走好从“实验事实”到“科学真相”的最后“一里路”，触发深刻的思维活动，既安排“实验事实”到“数学推导”的论证，也安排从“数学推导”到“实验事实”的验证，配合数据观察、图像分析、数学计算等环节，将实验探究与数理方法紧密地结合起来，变“数据”为“证据”，避免“想当然”得出结论；四是重视动手习惯的养成，通过动手制作电阻，引入项目化学习，激发学生学习兴趣和探究动机、培养学生勤于动手的好习惯。由此可见，要成为学生的良师益友，物理教师必须要不断提升自身科学素养和教书育人的技艺。

3.3 培育物理观念是重要的学科育人目的

物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华。其外显在对物理问题的敏感性、分析问题的深刻性、处理方法的灵活性等方面，是物理学科核心素养的重要方面。物理观念的培育需要教师“有心栽花”，比如将欧姆定律和电阻知识的学习时序倒置，让学生在全新的学习过程中更好地感知物理现象、探究物理问题、寻觅解决问题的途径和方法。物理观念的培育也需要教师“无意插柳”，比如对自制电阻器阻值偏小问题的讨论，尽管不是课程学习的内容，但是通过充分利用这个细节可以培养学生对物理问题的敏锐度。

由于受应试教育的影响，教学容易变得急功近利，具体表现为：学校要求教师做到“堂堂清、日日清、月月清”。教师在课堂上表现为“要考的就讲，常考的常讲，不考的不讲”，忽视物理知识与方法的整体性，人为地把物理学体系割裂开来传授，把“讲会”知识与技能当作学科教学的唯一目的。然而学科教学是一个系统化的育人工程，无论是物理观念的形成、科学探究的实施，还是科学精神、科学态度、社会责任的培育，都必须在一个完整的学科教学框架中完成。教师只管“眼前一亩三分地”，只会使立德树人的根本任务在物理课堂中的落实效果大打折扣。因此，要想真正地培养学生的物理素养，物理教师必须要有育人情怀。

4 结语

单元教学整体设计的目的不是标新立异、孤芳自赏，牺牲学生的权益来满足教师自己的“独树一帜”，而是为了在物理学科教学中全面落实立德树人根本任务，充分利用学生的生活和学习经验，激发学生的学习动机和兴趣，以学定教、顺学而教，更好地发挥学科育人的作用，帮助学生学得更快、更好、更充分。