周勝林 錢長炎 丁珂

摘? ?要：通過對PCRR教學(xué)模式基本思想的分析，結(jié)合“閉合電路歐姆定律”的內(nèi)容特點(diǎn)，以影響電源內(nèi)阻大小因素、閉合電路電勢變化規(guī)律和能量轉(zhuǎn)化過程等學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)為論證內(nèi)容，探討PCRR教學(xué)模式在“閉合電路歐姆定律”教學(xué)中的應(yīng)用，以期為落實(shí)學(xué)生科學(xué)論證能力的培養(yǎng)摸索切實(shí)可行的方法和途徑。

關(guān)鍵詞：PCRR教學(xué)模式;閉合電路歐姆定律;科學(xué)論證;模型建構(gòu)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）9-0077-4

科學(xué)論證是科學(xué)家研究自然現(xiàn)象建立科學(xué)理論的常用方法，也是幫助學(xué)生獲得科學(xué)知識、發(fā)展科學(xué)思維和培養(yǎng)批判能力的有效方式，在新的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中被列為學(xué)科核心素養(yǎng)的一部分[1]。在核心素養(yǎng)目標(biāo)下，如何結(jié)合高中物理重要內(nèi)容的特點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力，是擺在廣大物理教學(xué)研究者和物理教師面前的重要課題。

“閉合電路歐姆定律”是高中物理電學(xué)的重要內(nèi)容，在該教學(xué)中如何落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，我們做過一定程度的探討[2]。本文在此基礎(chǔ)上，以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)論證能力為主旨，對PCRR（Present，Critique，Reflect and Refine）教學(xué)模式的基本思想及其在“閉合電路歐姆定律”教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，以期為新時(shí)期高中物理教學(xué)提供有益的參考。

1? ? PCRR教學(xué)模式的基本思想

PCRR是一種滲透式導(dǎo)向的科學(xué)論證教學(xué)模式。它以探究為驅(qū)動，以證據(jù)為基礎(chǔ)，通過引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)解釋型模型理解科學(xué)現(xiàn)象，同時(shí)模仿科學(xué)研究工作和同行審閱模式交流評價(jià)信息，從而在課堂中營造論證的學(xué)習(xí)氛圍，促進(jìn)學(xué)生對核心概念的深入理解。該教學(xué)模式主要有呈現(xiàn)、批判、反思和提煉四個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示[3]。

PCRR教學(xué)模式首先要求學(xué)生呈現(xiàn)模型。呈現(xiàn)模型有兩種方式：一是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)和前概念建構(gòu)模型，然后在探究中收集證據(jù)為模型和主張進(jìn)行辯護(hù);二是在探究中根據(jù)數(shù)據(jù)建構(gòu)模型，這種方式更側(cè)重于證據(jù)而非前概念。繼之，每個(gè)小組在白板上呈現(xiàn)模型、探究方法和基于數(shù)據(jù)的論證過程，向全班進(jìn)行展示，并由“同行”進(jìn)行審閱?！巴小睂忛啎r(shí)在便箋上對該小組探究方法的恰當(dāng)性、模型的準(zhǔn)確性和論證的充分性等方面提出意見，在此過程中教師進(jìn)行必要的監(jiān)督，以確保形成有效的討論和批判。在收到反饋意見后，引導(dǎo)學(xué)生反思最初所呈現(xiàn)的模型和論證過程，此時(shí)教師可以提出有針對性的探索問題，以幫助學(xué)生進(jìn)一步完善。最后，學(xué)生利用不同顏色的筆對模型和論證過程進(jìn)行提煉和修正。

PCRR教學(xué)模式結(jié)構(gòu)簡單，主要是在課堂中利用觀察或查找資料形成論據(jù)、論點(diǎn)以及推理，形式比較靈活，可以在一節(jié)課中循環(huán)使用，十分適合于物理概念或規(guī)律的教學(xué)[4]?！伴]合電路歐姆定律”是高中物理的難點(diǎn)內(nèi)容，既涉及到電動勢、電阻和電流等重要概念，又蘊(yùn)含著閉合電路電勢變化和能量轉(zhuǎn)化等諸多模型。將PCRR教學(xué)模式應(yīng)用在“閉合電路歐姆定律”的教學(xué)中，能夠幫助學(xué)生建構(gòu)相關(guān)模型，深入理解“閉合電路歐姆定律”的主體內(nèi)容，更好地培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)的論證能力。

2? ? PCRR教學(xué)模式在“閉合電路歐姆定律”教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)對PCRR教學(xué)模式基本思想的分析，結(jié)合“閉合電路歐姆定律”的內(nèi)容特點(diǎn)，我們確定了“影響電源內(nèi)阻大小的因素”“閉合電路電勢變化規(guī)律”和“閉合電路能量轉(zhuǎn)化過程”三個(gè)論證內(nèi)容。

2.1? ? 影響電源內(nèi)阻大小的因素

學(xué)生對電源內(nèi)阻的存在一直感到疑惑，如何有效幫助學(xué)生對電源內(nèi)阻的理解是建立閉合電路歐姆定律的基礎(chǔ)[5]。我們通過演示實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生建立等效模型，了解影響可樂電池內(nèi)阻大小的因素，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。銅片和鋅片浸入裝有可樂的容器中可以制成可樂電池，將可樂電池與電阻箱、電流表等串聯(lián)在電路中，閉合開關(guān)，電路中就有穩(wěn)定的電流。

首先，教師演示三組實(shí)驗(yàn)，分別豎直向上抽出鋅片、水平向左移動鋅片和向容器中倒入更多可樂，提醒學(xué)生觀察電路中電流的變化，見表1。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生思考電流大小變化的原因，并呈現(xiàn)模型對現(xiàn)象進(jìn)行解釋。在教師的引導(dǎo)下，啟發(fā)學(xué)生類比固體電阻，建立等效模型，即影響可樂電池內(nèi)阻的大小可能與電極之間的距離和電極與液體的接觸面積有關(guān)，并交由“同行”進(jìn)行審閱。

隨后的批判階段，提示“同行”該小組的論證過程是否充分，推理是否具有邏輯，如電動勢是電源的重要參數(shù)，電路中電流變化是否是因?yàn)楦淖冸姌O之間的距離或電極與可樂的接觸面積導(dǎo)致電動勢變化所引起的。根據(jù)“同行”反饋，引導(dǎo)學(xué)生將圖2實(shí)驗(yàn)裝置中的開關(guān)斷開，利用電壓傳感器測量實(shí)驗(yàn)操作前后電源電動勢的變化，以此獲得更多的數(shù)據(jù)對等效模型和論證過程進(jìn)行修正。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，三組實(shí)驗(yàn)操作下可樂電池的電動勢大小不變，從而引導(dǎo)學(xué)生對論證過程進(jìn)行提煉，并得出結(jié)論：可樂電池不僅存在電阻，而且電阻的大小和固體電阻類似，與電極之間的距離和電極與可樂的接觸面積有關(guān)。

對可樂電池內(nèi)阻的論證過程呈現(xiàn)了類比固體電阻的等效模型，直觀展示了電源內(nèi)阻的變化，促進(jìn)了學(xué)生對電源內(nèi)阻的理解，為后面閉合電路歐姆定律的建立以及閉合電路電勢變化和能量轉(zhuǎn)化的論證做了良好的鋪墊。

2.2? ? 閉合電路電勢變化規(guī)律

閉合電路的電勢變化是“閉合電路歐姆定律”的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué)生掌握電源電動勢、路端電壓和內(nèi)電壓定量關(guān)系的關(guān)鍵。在學(xué)生理解電源內(nèi)阻的存在時(shí)，提出探究問題：閉合電路中電勢如何變化？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)歐姆定律和電勢等先前經(jīng)驗(yàn)和前概念建立等效電路，呈現(xiàn)閉合電路電勢變化模型，如圖3所示。

在“同行”審閱時(shí)，教師提醒“同行”該小組所呈現(xiàn)的閉合電路電勢變化模型是否準(zhǔn)確，是否有數(shù)據(jù)支持。根據(jù)反饋，引導(dǎo)學(xué)生對所提出的模型和論證過程進(jìn)行完善，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)收集更多的證據(jù)支持自己的主張，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。將兩根探針插入可樂電池內(nèi)部，緊靠銅片和鋅片，開關(guān)閉合前電壓傳感器1測量可樂電池的電動勢，開關(guān)閉合后，電壓傳感器1和電壓傳感器2分別測量路端電壓和內(nèi)電壓。改變內(nèi)外電路的電阻就可以獲得多組數(shù)據(jù)。由于可樂電池的內(nèi)阻在百歐以上，為獲得更好的實(shí)驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持外電路電阻在百歐或千歐以上。可樂原電池相對于硫酸原電池，安全有趣，實(shí)驗(yàn)效果更好，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[6]。

學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：電源電動勢等于路端電壓和內(nèi)電壓之和，進(jìn)而對模型和論證過程進(jìn)行提煉，并用不同顏色的筆對模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生不難利用歐姆定律推演出閉合電路歐姆定律。

2.3? ? 閉合電路能量轉(zhuǎn)化過程

“閉合電路歐姆定律”是體現(xiàn)功和能關(guān)系的很好的素材，能夠充分展現(xiàn)功和能概念在物理學(xué)中的重要性[7]。因此，我們可以提出探究問題：閉合電路中的能量是如何轉(zhuǎn)化的？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)利用圖示、符號等方式呈現(xiàn)閉合電路能量轉(zhuǎn)化的概念模型，如圖5所示。

在“同行”批判模型和論證過程時(shí)，提示學(xué)生被審閱小組所呈現(xiàn)的模型是否可以進(jìn)一步完善，如該模型是否顯示了閉合電路中能量是如何進(jìn)行轉(zhuǎn)化的、各是多少等重要信息，并在便箋中提出意見?？紤]到學(xué)生完整呈現(xiàn)閉合電路能量轉(zhuǎn)化的概念模型難度較大，在反思過程中，教師可以提出探索性問題：其他形式的能轉(zhuǎn)化成的電能與電能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能存在怎樣的數(shù)量關(guān)系，該概念模型適用于什么樣的電路？根據(jù)“同行”反饋和教師的提示，引導(dǎo)學(xué)生對閉合電路能量轉(zhuǎn)化的概念模型進(jìn)行提煉，如圖6所示。最后，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)能量守恒定律理論演繹出閉合電路歐姆定律，并明確閉合電路歐姆定律適用于純電阻電路。

基于閉合電路能量轉(zhuǎn)化的論證過程，一方面幫助學(xué)生厘清閉合電路能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從能量角度進(jìn)一步理解閉合電路歐姆定律的主體內(nèi)容，明確定律的適用條件，有利于學(xué)生能量觀念的形成;另一方面，通過科學(xué)論證的過程，培養(yǎng)了學(xué)生模型建構(gòu)的思維能力，形成較為完整的功和能知識體系，同時(shí)也對概念模型有了一定的認(rèn)識和理解[8]。

3? ? 小結(jié)與啟示

通過對PCRR教學(xué)模式基本思想和主要環(huán)節(jié)的分析，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)困難和“閉合電路歐姆定律”的內(nèi)容特點(diǎn)，我們對PCRR教學(xué)模式在“閉合電路歐姆定律”教學(xué)中的應(yīng)用做了較為全面的探討，不僅幫助學(xué)生更好地理解電源內(nèi)阻、電勢和閉合電路能量轉(zhuǎn)化等重要概念和規(guī)律，掌握閉合電路歐姆定律，而且發(fā)展了學(xué)生模型建構(gòu)和科學(xué)論證的能力，為落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)做了有益的嘗試。

此外，通過這些工作，我們深深地感受到根據(jù)物理知識內(nèi)容的特點(diǎn)和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，將PCRR教學(xué)模式合理地融入高中物理重要概念或規(guī)律的教學(xué)中，既能幫助學(xué)生加深對核心概念的理解，又能夠有效地落實(shí)學(xué)生科學(xué)論證能力的培養(yǎng)，是實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的重要方式。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）