杜粉麗 王 銳 侯 娟

(石河子大學理學院,新疆 石河子 832000)

1 引言

學生在學習過程中會遇到各種各樣的疑難問題，如果這些問題不能及時得到解決，就會影響后續(xù)的學習，形成一定的學習障礙。認知障礙是學習障礙的一種特殊類型，主要表現(xiàn)為學生在認知領(lǐng)域的言語信息、智慧技能、認知策略的能力方面欠缺或者出現(xiàn)了有悖于認知規(guī)律的各種問題，這將會對物理教學的效率造成一定的影響。[1]

微課可以突破時間與空間的限制，短小精悍，方便學習。[2]筆者對學生學習“歐姆定律”的認知障礙進行調(diào)查，有針對性地進行教學設(shè)計，制作微課輔助物理教學，并進一步探討微課在教學中的效果。

2 學習“歐姆定律”的認知障礙調(diào)查

初中物理課標關(guān)于歐姆定律的要求為：通過實驗，探究電流與電壓、電阻的關(guān)系，理解歐姆定律。教學時要求學生通過科學探究，應(yīng)用控制變量法，得出普遍的物理規(guī)律。[3]

歐姆定律的學習認知障礙調(diào)查從加涅認知領(lǐng)域的言語信息、智慧技能、認知策略三個方面來進行，言語信息是指學習者通過學習以后，能記憶事物的名稱、符號、定義，陳述具體的事實，針對歐姆定律的內(nèi)容，把言語信息確定為“對關(guān)鍵詞和名稱的了解”和“對歐姆定律的描述”兩個子維度；智慧技能是指學習者通過學習獲得了使用符號與環(huán)境相互作用的能力，關(guān)于歐姆定律，則確定為“歐姆定律的習得”和“問題解決中對歐姆定律的辨別”兩個子維度；認知策略是指學習者借以調(diào)節(jié)自身的注意、感知、記憶和思維等內(nèi)部心理過程的技能，在“歐姆定律”中確定為“歐姆定律的應(yīng)用和遷移”。將這些維度對應(yīng)到具體的測驗題中，以探查學生的認知障礙，測驗題從近幾年甘肅省中考物理題庫中選取，“歐姆定律”教學內(nèi)容與認知領(lǐng)域的對應(yīng)關(guān)系和題目設(shè)置如表1所示。

表1

在完成“歐姆定律”課堂教學的基礎(chǔ)上，對陜師大平?jīng)龈綄僦袑W初三年級的3班、8班及11班(重點班)實施調(diào)查，回收問卷115份，回收率為97%,其中有效問卷109份，問卷有效率為95%,各班在認知領(lǐng)域各維度的合格率如圖1所示。

圖1

通過對問卷調(diào)查的分析，發(fā)現(xiàn)學生在學習“歐姆定律”中存在的認知障礙如下。

(1) 在言語技能維度：第一，對電壓、電阻、電流、反比、正比、比值、滑動變阻器等關(guān)鍵詞及其關(guān)系的理解和陳述出現(xiàn)偏差，8班在這個維度的問題最為嚴重，錯誤率高達47.66%；其次，不能正確敘述歐姆定律，約34%的學生將電阻描述為隨電流和電壓的變化而變化，并沒有深入理解電阻是物體的固有屬性，只是用電壓和電流的比值來定義它，對定義式的記憶模糊。

(2) 在智慧技能維度：具體表現(xiàn)為應(yīng)用歐姆定律的能力較弱，其中有一題要求將正比例、反比例函數(shù)圖像與歐姆定律相結(jié)合，比較不同直線的電阻大小，這一題有25%的學生作答錯誤，學生對歐姆定律的物理意義、適用范圍的理解不深入。

(3)在認知策略維度：主要表現(xiàn)在將歐姆定律遷移到串聯(lián)電路和并聯(lián)電路中進行電路分析、利用歐姆定律判斷燈泡亮度和電表示數(shù)變化、分析電路故障等方面存在困難，此維度的障礙程度最為嚴重，學習基礎(chǔ)較好的11班的錯誤率也達到了31.71%，究其原因是沒有掌握應(yīng)用歐姆定律進行分析電路的方法和技巧。

3 基于認知障礙調(diào)查的微課制作

基于課標解讀和認知障礙調(diào)查，筆者制作了精講型微課，以突破歐姆定律的重難點，激發(fā)學生學習興趣，消除認知障礙，其制作流程如圖2所示，以下從3個維度說明教學設(shè)計思路。

圖2

3.1 言語信息

(1) 初中生的有意記憶占主要地位，形象直觀的東西更有利于學生識記。因此，微課設(shè)計應(yīng)首先創(chuàng)設(shè)識記電阻、電壓、電流、滑動變阻器、正比、反比等關(guān)鍵詞和名稱的情境，以識記電流為例，在“探究電流與電阻的關(guān)系”的微課中，展示電流在電路中的流動，給學生以形象支持，再適時點明電荷的定向移動形成電流。

(2) 對物理概念適當進行重復(fù)和強調(diào)，滑動變阻器貫穿了歐姆定律整個章節(jié)的實驗設(shè)計，第一次出現(xiàn)時可以詳細講解其變阻原理，而后在不同微課中，例如在“動態(tài)電路分析中的歐姆定律”等微課中多次重復(fù)，通過反復(fù)強調(diào)，加深學生的理解和記憶。

(3) 重視轉(zhuǎn)變學生錯誤的前概念，例如：在“探究電流與電阻的關(guān)系”微課中，轉(zhuǎn)變學生“電阻隨著電流變化”的錯誤前概念。在前面的學習中學生建立了“電阻表示對電流阻礙作用的大小”的概念，因此在本微課的實驗設(shè)計中具體演示導(dǎo)體阻礙電流的過程，即演示導(dǎo)體電阻變大時(電壓不變)電流表的示數(shù)變化，實驗表明：當電壓一定時，導(dǎo)體的電阻越大，流過導(dǎo)體的電流就越小，說明電阻不同的導(dǎo)體對電流的阻礙作用是不同的，從而深化學生對電阻概念的理解。

(4) 在微課中充分展示“電阻、電壓、電流”關(guān)系的探究過程，梳理電路圖的設(shè)計思路、控制變量法的應(yīng)用、實驗電路的連接、數(shù)據(jù)的記錄和處理，利用正比例、反比例函數(shù)推導(dǎo)電流與電壓、電阻的關(guān)系，通過以上一系列操作演示，為學生提供認識并描述歐姆規(guī)律的基礎(chǔ)，促使學生的認知由感性向理性跨越。

3.2 智慧技能

在“串聯(lián)電路中的歐姆定律”微課中采取的教學策略為：回顧串聯(lián)電路中各物理量的關(guān)系——分析結(jié)合的方式——典型例題講解；針對學生對“歐姆定律”的適用范圍認識不清的問題，通過實驗探究和典型例題講解，強調(diào)歐姆定律中的I、U、R的物理意義，明確電阻是哪段導(dǎo)體的電阻、電壓是哪兩端的電壓、電流是流過哪條電路的電流，對歐姆定律的組成要素作深層分析和解讀。

3.3 認知策略

學生在認知策略方面的障礙主要表現(xiàn)為：遇到問題時常常無思路、無方法，不能正確運用物理規(guī)律。為此，筆者設(shè)計了“串聯(lián)電路中的歐姆定律”“并聯(lián)電路中的歐姆定律”和“動態(tài)電路分析中的歐姆定律”三個微課，訓練學生的思維，提高其認知策略水平。

微課從典型的例題講解入手，采用多樣化的手段促進學生正確應(yīng)用歐姆定律解決問題。例如：在分析電路時，先將條件歸類，再將歐姆定律與串并聯(lián)電路中電壓和電流的規(guī)律相結(jié)合；在復(fù)雜電路中，將并聯(lián)的部分用紅色方框圈出來，看作整體(圖3)，力求使微課的呈現(xiàn)方式符合學生的認知規(guī)律。

圖3

在電路故障的分析環(huán)節(jié)，利用虛擬實驗?zāi)M斷路、短路現(xiàn)象，既可以演示一些存在安全隱患的實驗，又可加深學生印象，通過語言、動畫、實驗現(xiàn)象，引導(dǎo)學生利用歐姆定律分析電路故障。

4 教學效果分析

通過網(wǎng)絡(luò)將制作好的系列微課發(fā)送至學生的移動終端，要求學生在家學習，進行了為期15天的微課輔助教學實踐，對微課學習效果進行量化評價，用各班在后測中每個維度題目的成績減去前測中的成績，再除以前測中各個維度的成績，得出各班在認知領(lǐng)域的成績提高率(表2)，分析結(jié)果如下。

表2

(1) 在整體上各班在認知領(lǐng)域各維度的認知障礙都有不同程度的降低，各維度的成績都有所提高，提高幅度最小的是11班的言語技能，提高了4.85%。提高幅度最大的3班在認知策略維度提高了83.80%，表明微課輔助教學有助于消除學生在學習歐姆定律中存在的認知障礙。

(2) 對于各維度的比較可以看出:認知策略維度的認知障礙消除效果最為明顯，平行班(3班和8班)達到83.80%和69.21%。運用微課輔助教學，學生可以調(diào)控自己的思維活動，較好地將歐姆定律應(yīng)用于串并聯(lián)電路、復(fù)雜電路、動態(tài)電路和電路故障的分析中。

(3)基于學生樣本的對比分析，對知識基礎(chǔ)較薄弱的8班，認知障礙的消除效果最明顯，各維度的成績提高率都達到了30%以上，特別是在“歐姆定律的應(yīng)用和遷移”維度的成績有大幅度提升；對于知識基礎(chǔ)較好的3班，在學生認知策略維度的效果最顯著(提高率為83.8%)；對于知識基礎(chǔ)最好的11班，認知障礙的消除效果也較為明顯。