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基于“伏安法”学习进阶的电学实验学习路径设计 　　摘 要：“伏安法”是高中?学实验的基础。纵观高中电学实验中对电阻、电源电动势和内阻的测量方式，可用主题核心概念――“伏安法”来统摄。由此，其学习路径设计可基于“伏安法”学习进阶来统筹规划微观教学设计。 　　关键词：伏安法；主题核心概念；学习进阶；中观教学设计 　　中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）3-0037-5 　　1 问题提出 　　电阻、电源电动势和内阻的测量是高中阶段两个极为重要的测量性实验，也是高考命题的热点。教学实践表明，学生在实验知识理解上往往“只见树木，不见森林”，其原因是教师对其学习路径的系统规划上鲜有研究。事实上，此类问题在科学教育中普遍存在，并引发了美国国家科学教育标准的重新修订，明确提出围绕核心概念进行知识组织，并对核心概念规定了12年一贯制的学习进阶，以此促进学生对核心概念的全面理解。受此启发，我们尝试基于核心概念学习进阶视角研究两类实验学习路径的系统规划。 　　2 “伏安法”的组织架构及其学习进阶 　　在高中阶段，尽管电阻、电源电动势和内阻的测量方式很多，但在原理上均可归结为R= 、U=E-Ir，所不同仅仅在于电压、电流的测量方式。由此，我们可用“伏安法”统摄两类实验中的众多测量方法。 　　在围绕核心概念进行教学设计前，首先需要构建其组织架构关系。在本文中，基于北京师范大学郭玉英等学者构建的科学概念层次模型来审视“伏安法”[1]，我们将其定位于主题核心概念，而“伏安法测电阻”及“伏安法测电源电动势和内阻”为次级主题核心概念，一些具体的测量方法则为重要概念，具体的组织架构关系如图1所示。 　　当然，要系统规划主题核心概念“伏安法”的学习路径，仅仅确立其组织架构关系是不够的，还需要结合学生的思维特点，规划其内容序列，即对主题核心概念“伏安法”的学习进阶进行研究[2]。 　　主题核心概念“伏安法”的学习进阶，其起点是初中相关的教学要求，终点则延伸至高考要求。在教学实践中，我们先后经历了学习进阶假设、验证等研究过程，确立了如表1所示的学习进阶。 　　表1 “伏安法”学习进阶 　　3 基于“伏安法”学习进阶的中观学习路径规划 　　教学设计是一个系统化规划教学系统的过程。从课程设计范畴看，教学设计可以分为微观、中观、宏观三个层面。其中，教学内容系统对应于课时的称为微观教学设计，对应于某一学科课程或整本教材的称为宏观教学设计，对应于主题核心概念的称之为基于主题核心概念的中观教学设计。 　　基于主题核心概念的中观教学设计程序是：构建主题核心概念组织架构关系假设、验证主题核心概念的学习进阶规划内容序列间的关联方式微观学习路径设计。在规划核心概念及其学习进阶后，统筹规划内容序列间的关联方式是中观教学设计的关键，它直接决定知识理解的深刻程度。 　　基于“伏安法”学习进阶的中观学习路径规划，主要体现在三个方面：一是中观路径规划，即基于学习进阶规定逐级设计学习过程；二是在测量对象选择上，改变传统方式，将阻值未知的电阻、电源分别改为电阻箱及蓄电池和电阻箱串联所构成的内阻等于电阻箱阻值的等效电源；三是在学习方式设计上，让学生经历不同电路中测量值与真实值的纵向比较，创造“发现”情境，“发现”待测器件阻值与测量方式的联系，从而构建起体验性学习的进阶路径。 　　4 中观教学设计视阈下的微观教学设计 　　对于各种测量方式的微观设计，应基于中观学习路径进行微观教学设计。 　　4.1 电阻测量学习路径设计 　　（1）由外接法进阶至内、外接法 　　在初中电阻测量中，不区分内、外接法，但一般采用外接法。而在高中阶段，则需要进阶至内、外接法。为此，设计如下体验性学习活动：内、外接法产生系统误差的体验实验建构内、外接法的选择方法―理论探寻系统误差产生原因。 　　【活动1】 内、外接法产生系统误差的实验体验 　　【活动2】 实验建构内、外接法的选择方法 　　断开图2（a）所示电路中电压表右侧接线，然后将其分别试触电流表左右两端点，观察电表示数的变化情况，总结待测电阻未知时，内、外接法的确定方法。 　　【活动3】 理论探寻系统误差产生原因 　　设电压表、电流表电阻分别为RV、RA，试推导内、外接法中电压表与电流表示数之比值与待测电阻、电表电阻的关系，说明系统误差产生的原因。 　　（2）由给定电表量程进阶至电表量程选择 　　在初中电阻测量中，不需要考虑电表量程匹配产生的偶然误差，但到了高中阶段，则要进阶至选择电表的量程，为减小测量中的偶然误差，需使二者能同时达到较大偏角。为此，设计如下体验性学习路径：体验电表量程对偶然误差的影响―建构电表量程选择原则。 　　【活动4】 体验电表量程选择对偶然误差的影响