强化任务导向 优化认知结构深化素养生成

摘    要：围绕“感性认知、理论分析、定性推理、定量探究、拓展应用”等任务，掌握“类比”“由定性到定量”等研究方法，培植“模型建构”“质疑创新”等科学思维，形成“关注社会”“节能环保”等科学态度，优化认知结构，深化素养生成。

关键词：认知结构；科学思维；素养生成

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2025）3-0015-4

布鲁纳的认知结构学习理论指出，学习的实质和结果是形成和发展认知结构，是人的主动认知过程，即是认知结构的组织和重新组织。知识的学习是在学习者的头脑中形成各学科知识的基本结构，而学习通常通过“任务”来诱发。在任务导向下，学习者不断维持和加强成就动机，驱动达到学习目的。就本节课内容而言，通过提炼关键问题“电流产生的条件是什么”“电源的作用是什么”“电流的概念如何建立”“电流的微观解释是什么”等，生成主体认知结构（图１），生成“感性认知、理论分析、定性推理、定量探究、拓展应用”等核心任务，围绕“情境—问题—任务—活动—评价”等教学环节，组织开展相关的活动及评价，深化学科素养的生成与发展。

１    感性认知，提出问题

教学活动：展示生活中的“闪电”现象图片（图2），用感应起电机演示“人造闪电”的产生（图3），激发学生兴趣。

提出问题：人造闪电是怎样产生的？

学生：金属球带上大量异种电荷，击穿空气并形成闪电。

进一步提问：人造闪电产生过程中会有电流产生吗？如果有，电流会持续存在吗？

设计意图：生活是物理教学的根基和落脚点，引导学生对生活现象进行感受和体验，把课堂教学和生活素材紧密联系起来，通过看图片、做实验等方式引入课题，丰富教学内容，优化教学过程，增加学习活动的生动性和趣味性。通过“看一看”“测一测”等交流式评价，促进学生学习活动的发生［１］。

２    模型建构，理论分析

教学活动：引导学生把“人造闪电”抽象为已学的“等量异种电荷”模型。如图４所示，用微电流传感器连接两个带电金属球，发现产生了约０．０８ μＡ的微小电流，但电流产生并不持续。

师生共同理论分析：导线中的自由电子在静电力作用下定向移动，两个带电金属球瞬间成为等势体，故电流只是瞬时产生而不持续。如图５所示，学生分组体验电容器瞬时放电实验，观察二极管的瞬时发光状态。

设计意图：把“人造闪电”抽象为理想化的“等量异种电荷”物理模型，是为了把抽象的物理概念形象化，把复杂的物理问题简单化，促进科学思维的发展。用传感器测定瞬时电流，克服了传统电流表难以测定微小电流的弊端，激发学生兴趣，有效突破难点。电容器瞬时放电实验，引导学生通过亲身体验感知物理学是一门以实验为基础的自然科学。

教学活动：如图６所示，展示电子激光笔持续发光的现象，引发思考，拆开激光笔展示内部结构（干电池），提示电源是产生持续电流的根本原因。引导学生联系生活，说一说生活中持续电流的现象，提问：为什么在电源作用下可以产生持续电流？微观的物理机理是什么？

设计意图：课堂教学要指向解决实际生活情境的问题，致力于培养学生解释物理现象、分析物理问题的能力。采用“问题教学法”，牢牢抓住“有质量的问题是学生思维发展的引擎”这一关键点，通过“说一说”“想一想”等交流式评价，引发学生积极思考和情感共鸣。

教学活动：如图７所示，展示自制的连通器教具，观察水从高水位容器Ａ流到低水位容器Ｂ的现象。

提问学生：有没有办法使水从容器Ｂ重新流回容器Ａ？

学生：用抽水机抽水，或用勺子舀回去。

学生分组实验，体验“水泵抽水”的过程（图8）。引导学生对“水泵抽水”“电源供电”两类现象进行类比（图9）。学生充分思考和交流后归纳得出电源的作用：克服静电力，把电子从高电势“搬”到低电势。引导学生持续摇动感应起电机，体验“人造闪电”产生持续电流的实验过程，并解释其微观原理［２］。

设计意图：学生分组操作“水泵抽水”，加深感性体验与认知，调动身体感知，激发学习兴趣，提高学习质量。掌握类比方法，明确电源作用。引导学生观察“人造持续闪电”的现象，尝试用所学知识解释分析。

教学活动：

提问学生：导线与电源正负极连接，导线中电场如何分布？是否只受电源正负极产生的电场作用？

引发学生产生质疑与思考。用“微元法”选取导线微元，联系所学的静电平衡知识进行理论分析。

学生习得相关物理观念：①导线处的电场是由电源（外电场）和导体内积聚的电荷（感应电场）共同形成；②导线中某点合场强方向和该点的切线方向平行；③导线内电场的静电平衡是动态平衡。

师生共同提炼恒定电场与恒定电流的概念，学生分组交流其特点，阐述联系与区别。

设计意图：引导学生对“导线中的电场如何分布”形成自己的看法和见解，提出相应观点，同时对他人的观点形成思考、产生质疑，促进批判性思维的发展。通过“由简单到复杂”“微元法”等研究方法的掌握，促进科学思维的发展。联系旧知，用已学知识解释导线处的电场分布特征，体会动态平衡。

３    定性推理，定量探究

教学活动：引导学生从电流的定义、大小、标矢性、方向、单位等方面分组交流已掌握的“电流知识”（图10），了解学生对如何定义电流，如何描述其大小等较为模糊。用“车流量”类比“电流量”，进一步明确电流定义，用比值定义法定义电流大小（图11）。引导学生联想旧知，说一说已学的物理量中哪些是用比值定义法定义的。

设计意图：课堂教学中要给学生一定的时间分组讨论、交流，进行头脑风暴。同时要有全局观念，当前知识的教学是对前概念知识的延续、补充和纠正，合理设置“接口”，让学生暴露前概念中的知识不足，提高新课教学的针对性和指向性。再一次体会“类比”的研究方法和比值定义法。通过“说一说”等交流式评价，引发学生联系旧知，积极思考比值定义法定义的其他物理量。

教学活动：设置具体案例和数据，提出“算一算铜导线中电子的定向移动速率”的任务。如图１２所示，教师展示导线柱体模型，引导学生获取感性认识，建构物理模型，师生共议得到电流的微观表达式I=nqvS，代入相关数据，得到铜导线中电子定向移动速率数量级为１０－５ ｍ/ｓ。引发质疑，这个速率合理吗？演示教室中打开电（下转第22页）

（上接第17页）灯的过程，学生观察灯立即亮而非经过几小时后才发光。引导学生辨析定向移动速率、电流传导速率、无规则热运动速率等相近概念的联系与区别。观看夏天摇蚊始终在头顶盘旋飞行的视频，让学生加强对三种速率的感受。

设计意图：采用自制教具进行辅助教学，展示柱体模型有助于学生观察及体会，激活形象思维，突破教学难点。推导理解电流微观表达式的过程，用数学方法将物理模型清晰化，有利于抓住问题的本质规律。引导学生对结果进行质疑，用生活中的摇蚊现象类比、辨析三种速率，促进科学思维的培养。

４    拓展应用，提炼收获

教学活动：展示各类电源的图片（图13），让学生了解生产生活中的各类电源，简要说明土豆电池的原理，充电宝中容量“ｍＡｈ”的含义，以及普及电动汽车对国家环保发展战略的重要意义。引导学生从观念形成、方法掌握、思维培养等方面总结本节课的收获。

设计意图：展示生活中常见的电源，突出物理知识在生产生活实践中的广泛应用，激发学生的学习兴趣。介绍电动汽车的环保和普及，引导学生形成正确的科学态度和价值观。

综上，通过提炼关键问题，强化任务导向，逐步优化形成完整清晰的认知结构，围绕“感性认知、理论分析、定性推理、定量探究、拓展应用”等任务，掌握“类比”“由定性到定量”等研究方法，培植“模型建构”“质疑创新”等科学思维，最终形成关注社会、节能环保的科学态度，用物理特有的精神文化深化学生的素养生成与发展是物理教学应秉持的态度。

参考文献：

［１］孙铁斌．“电源和电流”的“高端”备课［Ｊ］．物理教学，２０１６，38（2）：１５－１８．

［２］董文杰．“学习即研究”导向的物理教学案例分析——以人教版“电源和电流”教学为例［Ｊ］．物理教师，２０２２，43（5）：１９－２２．

（栏目编辑    赵保钢）

收稿日期：２０２４－１０－０８

基金项目：２０２３年浙江省教研课题“‘学习进阶’视域下资优生质疑创新能力培养研究”（Ｇ２０２３０８０）。

作者简介：戎杰（１９８９－），男，中学高级教师，主要从事高中物理教学工作。