创设序列微情境 促进知识结构化——以“电磁感应发电机”的教学为例.pdf
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1、Vol.41No.10物理教学探讨2023年第1 0 期教学改革创设序列微情境促进知识结构化以“电磁感应发电机”的教学为例何季军1,曹建军2*1.南通市教育科学研究院,江苏南通22.南通市虹桥二中,江苏南通 2 2 6 0 0 1摘要:知识结构化教学要求课堂必须创设连贯、有序的情境。为此,教师首先要从学科结构的视角挖掘教材的知识并构建知识结构,进而对微知识进行问题化处理,形成微问题。再开发适应微问题的微情境并形成序列,对序列微情境进行有机整合,创建核心情境,从而开展教学活动。以苏科版初中物理“电磁感应”课题为例,详细介绍促进物理知识结构化的教学设计与实施过程。关键词:知识结构化;微情境;深度学
2、习;电磁感应中图分类号:G633.7文献标识码:A义务教育课程方案(2 0 2 2 年版)明确指出,要培养学生在真实情境中综合运用知识解决问题的能力,必须注重真实情境的创设,加强知识间的内在关联,促进知识结构化。义务教育物理课程标准(2 0 2 2 年版)在教学建议中倡导情境化教学、突出问题教学 2 。物理课程标准中“情境”至少出现5 3 次,这表明情境在物理教学中的重要性。情境如何促进学生知识结构化,是一线教育工作者当前迫切需要解决的问题。本文尝试构建促进学生知识结构化的核心情境和微情境序列的教学设计,并以初中物理“电磁感应发电机”为例说明其教学设计和实施过程。1木构建知识结构,挖掘核心知识
3、知识结构源于布鲁纳的“学科结构”他指出学科教学务必使学生理解该学科的基本结构,学习学科的基本结构有利于促进学生认知结构的发展,从而开启了结构主义课程改革,编制结构化的学科课程并实施。现行的初中物理教材注重学科、学生认知建构与心理发展的统一,知识产生于所设计的一系列学习活动之中,知识结构被遮蔽。知识结构内隐于教师的脑海与教学行动之中,要使其显性化,这就需要教师发挥主观能动收稿日期:2 0 2 3-0 3-1 3基金项目:江苏省教育科学“十三五 规划课题微情境创设与运用在初中物理课堂中的实践研究(D/2020/02/114)。作者简介:何季军(1 9 7 1-),男,中学高级教师,主要从事初中物理
4、教学工作。*通信作者:曹建军(1 9 7 1-),男,中学高级教师,主要从事初中物理教学工作。226001文章编号:1 0 0 3-6 1 4 8(2 0 2 3)1 0-0 0 0 5-4性,从学科结构的视角挖掘教材的知识并构建知识结构,在知识结构体系中挖掘核心知识,从而抓住知识结构的核心,使散乱、无序的知识在核心知识的统摄下形成连贯、有序的知识结构。苏科版教材在“电磁感应发电机”中设置了三个活动:“观察磁生电现象”活动旨在建立电磁感应现象、感应电流的概念;“探究感应电流产生的条件”活动旨在利用实验室器材探究怎样才能产生感应电流以及感应电流的方向与哪些因素有关;“观察手摇发电机发电”活动旨在
5、从科学与工程实践的视角探究感应电流的周期性变化及其能量转化 3 。从教材的序列看,“电磁感应”所涉及的知识主要有:电磁感应现象、感应电流、产生感应电流的条件、感应电流的方向、交变电流等,图1 是这一节的知识结构,涵盖了本节的主要内容。从知识结构图中可以看出,本节知识是在电磁感应现象的基础上生长而来。如何产生感应电流涉及到其产生条件(“看得见”的条件),深研感应电流就必然涉及其方向和大小(唯象),感应电流的方向和大小又与产生感应电流的条件中物理量的方向和大小密切相关(溯因)。电磁感应在一52023年第1 0 期技术上的应用是利用发电机产生感应电流,这种感应电流具有大小和方向随时间呈周期性变化的特
6、点,所以命名为交变电流。因此,电磁感应的概念是本节知识的基础和关键,所以将电磁感应的概念确定为本节内容的核心知识,其他知识确定为微知识。与条件中磁场、导体运动的方向和大小相关方向大小应用方向、大小发电机感应电流周期性变化条件电磁感应现象图1“感应电流发电机”的知识结构2创设微问题串,开发微情境序吴加澍老师曾经指出,物理教学设计的过程是“知识问题化”和“问题情境化”的过程,学生学习物理的过程是“在情境中发现问题”并“在问题解决中建构知识”的过程。因此,教师在知识结构化的基础上需要对微知识进行问题化处理,微问题串由结构化的微知识所产生,微问题串具有内在联系;微问题与所开发的微情境相对应,微问题的有
7、序促使多个微情境之间能够形成微情境序;对微情境序有机整合,创建核心情境,系列微情境派生于核心情境之中,核心情境又为多个微情境形成序列提供保障(图2)。这一情境创设的方式避免了情境之间的孤立化和碎片化,情境与情境之间形成核心情境下的微情境序,有利于深度学习的发生。核心情境不微情境1微情境2微问题1微问题2微知识1微知识2核心知识图2 基于知识结构化的情境创设教材在“电磁感应发电机”中设置了三个课内情境,分别是体验微型电扇发电、实验探究感应电流产生的条件和观察手摇发电机发电,这些-6-物理教学探讨情境之间看似相互独立,本质上它们之间密切关联。体验微型电扇发电是得到核心知识(电磁感应现象)的情境,学
8、生在此情境中学习不仅能感受“磁生电”,还能提出“怎样才会产生感应电流”(微问题1)“感应电流的方向和大小与哪些因素有关”(微问题2)、“这种感应电流与日常生活中使用的电流本质上是否相同,发电厂是如何产生这一电流”(微问题3)等问题。针对微问题1,让学生进一步观察拆解后的微型电扇(核心情境),发现有磁体和线圈。由于交变电流叶片的旋转才产生感应电流,学生联想,感应电流是线圈在磁场中运动产生的,根据“电路通路才有电流”的认识,要产生感应电流,线圈必须是闭合的。由于核心情境中的部分电路既不在磁场中,也不运动,学生容易形成“闭合电路的一部分导体在磁场中运动会产生感应电流”的猜想,从而利用实验器材搭建实验
9、装置进行实验探究。针对微问题2,在核心情境中叶片旋转的快慢会导致发光二极管亮度的变化,学生能够猜想到“感应电流的大小与运动的快慢有关”,在解决微问题1 的情境中学生能够发现“运动方向的不同,会导致感应电流方向不同”。针对微问题3,在核心情境中的叶片转动就相当于摇动手柄,微型电扇的磁体就相当于蹄形磁体,二极管相当于小灯泡,用电流表替换小灯泡,可观察到电流的大小和方向周期性变化。上述研究表明,构建知识结构和核心知识是基础,微情境和核心情境是关键,微问题串是情境与知识的桥梁。学生在情境中发现问题,经由情境作出猜想,在情境中操作以获取证据,对情境中证据和事实的分析、推理,完成对猜想的科微情境X学论证,
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