基于PISA2015科学素养测评框架的物理复习课设计 以电与磁为例
发布于 2021-04-09 15:03 ,所属分类:知识学习综合资讯
摘 要:基于PISA2015科学素养测评框架设计物理复习教学,结合“缘分灯”中干簧管的结构、功能和工作原理的探讨,来复习磁现象、电流的磁效应及电磁继电器等知识,达成科学地解释现象、设计和评价科学探究、科学地阐释数据和证据等能力培养的目标。
关键词:科学素养;干簧管;电与磁;复习课
1 引言
PISA2015科学素养测评框架以能力为中心,在真实情境(个人的、地区/国家的、全球的)中展现能力,以科学知识(内容性知识、程序性知识、认知性知识)和科学态度(兴趣、方法对探究的作用、环保意识等)影响能力的发展,[1]包括科学地解释现象、设计和评价科学探究、科学地阐释数据和证据等能力要素。
初中物理复习可按照PISA2015科学素养测评框架进行教学设计,浙教版八年级下册第1章第1~3节的内容包括:指南针为什么能指方向、电生磁以及电磁铁的应用,主要内容为磁现象、电流的磁效应以及电磁继电器的应用,三者可作为一个单元进行复习。笔者基于PISA2015科学素养测评框架,利用“干簧管”创设复习课的情境,设计教学任务,达成PISA2015科学素养测评框架中能力要素的培养目标,具体教学流程如图1所示。
PISA2015科学素养测评框架重视能力要素在真实情境中的培养,把教学情境当成影响个体心理和行为活动的客观环境条件,从而强调情境的行为激发或促进功能,认为情境是促成个体具体行动的客观条件。[2]本复习课以魔术师表演“缘分灯”的神奇场面作为情境引入课题,整节课围绕“缘分灯”中的干簧管,解释科学现象、阐释数据和证据、评价和设计有关干簧管的拓展应用电路。
2 科学地解释“缘分灯”工作原理
2.1 教学任务规划
本环节总体的教学任务规划如表1所示。
表1
2.2 教学过程
2.2.1 视频展示
魔术师拿出一个“缘分灯”,让观众用手指接触“缘分灯”,灯泡不发光;魔术师用自己的手指接触“缘分灯”,此时灯泡亮了。
2.2.3 揭秘魔术
干簧管中有两只软铁簧片密封在玻璃管内,玻璃管内充满惰性气体,两片软铁簧片呈重叠状并且中间有一小空隙,外加磁场将会使两只软铁簧片接触。
(1)提出问题:如果你是魔术师,可以怎样让灯泡发光?
引导学生基于原理进行推测式解释,提出假设。
(2)揭示答案:魔术师手指戴磁戒,通过控制磁戒与“缘分灯”的距离来控制干簧管的通断(图4)。
2.2.4 工作原理和思维流程
教师提出问题:为什么磁体靠近干簧管,会使干簧管的两只软铁簧片相互接触?
学生以小组为单位进行讨论与交流,鼓励他们以图文并茂的形式来解释现象。各小组汇报、交流干簧管的工作原理,如图5所示,当磁体(魔术师手指上的磁戒)靠近干簧管时,干簧管里的两片软铁簧片被磁化,由于异名磁极相互吸引,故两片软铁簧片相互接触。
可用流程图展示学生的思维过程,说明磁体靠近干簧管时灯泡亮起的原理(图6)。
2.3 复习知识框架
本环节主要复习磁现象知识,可顺便指出:磁体(磁戒)是通过磁场使干簧管软铁簧片磁化的,复习时呈现出的具体知识框架如图7所示。
2.4 PISA2015能力培养
本环节主要是通过展示“缘分灯”中的干簧管,以磁现象知识来解释魔术师神奇的表演。要求学生能够在给定的“缘分灯”情境下回忆磁现象和磁场的知识,并运用它们解释灯的工作原理。此环节的精彩之处在于学生在教学前并没有接触过干簧管,通过任务驱动他们能够根据已有的磁现象等知识提出假设,用来解释干簧管的工作原理,要求学生能够利用“磁化”模型提出假设,预测、解释干簧管的工作原理。
3 科学地阐释“干簧管”的事实证据
3.1 教学任务规划
本环节总体的教学任务规划如表2所示,需要说明的是此环节中的能力少了“科学地阐述数据”,主要是由于利用干簧管时没有数据可用。
表2
3.2 教学过程
(1)说出能使软铁簧片发生磁化的其他方式。此环节围绕通过电流磁效应来使软铁簧片发生磁化,一是利用奥斯特实验效应,二是利用通电螺线管,三是利用电磁铁,三者磁化干簧管中软铁簧片的逻辑关系如图8所示。
(2)运用电磁铁来控制干簧管的通断。如图9所示,滑动变阻器的滑片从最上端开始缓慢滑到某个位置时,原来不发光的小灯泡亮了,请解释此现象。
学生通过讨论与交流,得出结论,其思维过程如图10所示。
3.3 知识复习框架
本环节主要复习电流的磁效应,包括通电直导线、通电螺线管和电磁铁周围的磁场,三者产生磁场的特征如表3所示。
表3
3.4 PISA2015能力培养
本环节通过对科学现象(小灯泡发光)进行论证(干簧管簧片被磁化而相吸),提取有效的事实证据(观察干簧管簧片的状态),同样需要一定的科学知识(电流的磁效应)为基础才能完成。这种科学地阐释事实证据的能力,就是“能够面向特定人群,用他们可以听得懂的语言解读科学证据的意义及其启示;能够评估科学信息的可信度与准确性,基于科学证据形成或评估论点与结论;运用证据评估其他可能的结论,使用程序性知识或认识论知识有理有据地支持或反对某一结论,能够发现达成结论过程中隐藏的假设”。[3]
4 设计和评价“干簧管”拓展应用电路
4.1 教学任务规划
本环节的教学任务总体规划如表4所示。
表4
4.2 教学过程
(1)利用如图11所示的器材控制灯泡的亮暗,画出电路图,并说明工作原理。通过小组交流与合作,展示学生的成果(图12)。
(2)对图12电路的解释与评价可通过如图13所示的思维流程来体现。
4.3 知识复习框架
在设计电路时用干簧管代替了电磁继电器,顺带复习了电磁继电器的知识(图14)。
4.4 PISA2015能力培养
在此环节中评估与设计科学探究的能力体现在:
(1)学生能够认识到干簧管可替代电磁继电器作为工作电路的“智能开关”;
(2)能够总结出干簧管与电磁继电器在工作电路中功能的异同;
(3)能够在给定的利用干簧管的具体情境下,知道干簧管代替电磁继电器的现实意义。与电磁继电器类似的是:并非在控制电路中有电流时,干簧管中的软铁簧片就能吸合,只有当电磁铁的磁性达到一定强度时,才可使磁化的软铁簧片吸合。
5 结语
基于PISA2015科学素养测评框架的物理复习课以陈述性知识、程序性知识为载体,创设真实的现实情境,引导学生通过合作、交流的形式进行形成性评价,培养学生的创造能力,提高学生的科学素养。
参考文献:
[1]张莉娜.PISA2015科学素养测评对我国中小学科学教学与评价的启示[J].全球教育展望,2016,(3).
[2]谷传华,张文新.情境的心理学内涵探微[J].山东师范大学学报(人文社会科学版),2003,(5).
[3]刘帆,文雯.PISA2015科学素养测评框架新动向及其对我国科学教育的启示[J].外国教育研究,2015,(10).
名师简介:蔡呈腾,男,浙江温州人,正高级教师,浙派名师,温州市名师,主要研究初中物理教学、中考物理命题。
监制 |苏科物理之友
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