基于学习进阶理论的教学设计
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作者:吕薇 王诗嘉 刘立华
摘要：“闭合电路欧姆定律”作为“恒定电流”这一章教学的重难点，同时也是整个电流与电路板块的核心内容。在教学实践时，学生往往无法掌握定律的应用，课堂效果无法达到预期结果，学习进阶理论可帮助解决这一问题，使课堂设计清晰简洁，为教师提供了一条高效备课的路径。
关键词：学习进阶;教学设计;闭合电路欧姆定律
中图分类号：G642.42 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）13-0171-03
一、引言
初中阶段学生已对欧姆定律有了初步认识，高中阶段学生于此基础上在“恒定电流”第三节继续学习了欧姆定律。但教学实践中发现学生仍旧会知识混淆，如电源两端电压与电源电动势就经常认为是一个物理量，对两者之间的实质没有做具体划分，导致学生难以理解，在闭合电路欧姆定律的习题中就会感到困难。学习进阶理论可帮助我们提供解决问题的思路，在“闭合电路欧姆定律”的教学设计中，以学习进阶理论为线索，按照说明指引寻找进阶目标、进阶起点、进阶策略和途径，进阶目标从新课程标准和学生对于物理学科知识汲取需求程度来设定，进阶起点从学生已有的知识水平和教师授课经验角度设计，进阶策略和途径从学生的认知与思维转换能力和身心特征情况选取。最终，将线索联系为清晰脉络构建完整课堂，以此来解决课堂效果达不到预期的问题。
二、学习进阶理论概述
美国国家研究理事会（NRC）将学习进阶定义为：“学习进阶是对学生连贯且逐渐深入的思维方式的假定描述，在一个适当的时间跨度下，学生学习和探究某一重要的知识或者实践领域时，其思维方式逐渐进阶。”[1]
学习进阶理论常常描述学习者在习得某一模块内容时，需要分阶段学习这一内容，相邻两个阶段之间存在物理逻辑关系，通過不断深化对于前一阶段内容的认知结构，促进对核心概念的理解，后一阶段对该概念的学习都是以拓展前一阶段的内容为线索，最终目的是促进学科素养发展。学习进阶主要探究如何提供适合学生认知发展的学习路线，这条学习路线是学生在学习某一模块的核心概念时，思维所遵循心理与生理相互适应的路线。如一些基本知识呈前进式与螺旋式排列，通过内在的逻辑关系隐形的线索，组成了一条简洁路线。
三、基于学习进阶理论的“闭合电路欧姆定律”教学设计
我国学者王较过等人认为由于年龄和认知能力发展水平的限制，中学生对核心概念的学习不可能一步到位，必须经历一个循序渐进，逐步深化的过程。[2]高中阶段学生已对欧姆定律形成一定的认识水平，并且电路部分的学习是在之前内容上的深度拓展。
（一）教材分析
本节课位于教材中的第二章第七节，而关于电源电动势、欧姆定律以及焦耳定律等基本概念在前六节已一一呈现，从本节课开始综合电学基本知识，以闭合电路欧姆定律为核心内容进行电学实际运用，所以这节课教师要引导学生从功能关系角度得出闭合电路欧姆定律，然后研究路端电压与负载之间存在什么关系，从而为物理走向社会的核心理念储备知识基础。
（二）学情分析
高二学生在学习本节课之前，通过对“恒定电流”前三节的学习，掌握了部分电路欧姆定律、电源电动势、内阻等方面的知识。现阶段的学生已可以在教师辅助下，独立进行科学探究过程，且对头脑中的事物认知发展可进行繁杂抽象活动。
（三）进阶目标
学生在学习本节课后需掌握闭合电路欧姆定律的推导过程，通过基本电学实验深入理解路端电压与负载的关系，并且在实验基础上，与数学相结合描绘出路端电压与电流的U-I图像，了解图像的物理意义，在领会定律基础上进行灵活运用。
（四）进阶起点
从教材编排以及学习顺序可知，学生在本章第二节已学习了电源电动势的定义及其物理意义，给出一些基本电学元件，能够将其依次连接，原理为部分电路欧姆定律。在此基础上，利用功能关系推导出闭合电路欧姆定律。
（五）进阶层次划分与主要教学活动设计
1.进阶第一层次：认识闭合电路及电路中电势变化情况
问题1：如图1所示，请同学们概括出闭合电路的组成。
学生回答：导线、用电器、开关和电源。
教师给出内外电路的定义：内电路为电源内部，包括电源内阻;外电路为除了电源内部的部分。
问题2：请同学们思考闭合回路的电流方向和电势是如何变化的？
学生回答：在外电路中，电流方向由正极流向负极，在内电路中，由负极流向正极。
关于电势的变化：在外电路中，静电力把正电荷从电势高处移至电势低处，沿电流方向来看，电势在降低;在内电路中，非静电力把正电荷从电势低处移至电势高处，沿电流方向电势“跃升”，如图2所示。
设计思路：通过本部分内容的讨论分析，巩固了要学习内容的核心概念，认识了解电路的组成部分，与之前学习的电路相比，发现对于电路的理解更加的深入，对于接下来的逻辑推理起到层层递进的作用。从学生已掌握的知识出发，是教师在教学时常选择的课堂引入途径，符合学生现阶段的逻辑思维推导过程。
2.进阶第二层次：讨论思考闭合电路中的能量转化
问题3：如图2所示，同学们思考讨论以下问题：
当电路为通路时，若外电路为纯电阻电路，电阻为R，求在时间t内外电路中有多少电能转化为内能？若考虑内电路有电阻为r，求有多少电能转化为内能？
求电源在通路时，电源内部非静电力做了多少功？以上各能量之间有什么关系？
学生可得出结果为：纯电阻电路中，外电路中电能全部用于转化为内能，所以Q1=I2Rt;内电路中的电能也全部转化为内能，所以Q1=I2rt;非静电力所做功为W=Eq=EIt;根据能量守恒定律，W=Q1+Q1，即：EIt=I2Rt +I2rt，E=IR+Ir
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