“电压表和电流表的电路结构”教学：电表物质观的形成路径与实践探索

　　一、电表物质观的涵义阐释

　　物质观念是物理学科核心素养形成的要素之一。电表物质观是对电流表、电压表等电表的结构和性质所形成的看法与观点。电表物质观本身不是物质，而是看法与观点，这种看法与观点是一种头脑中的抽象，这种抽象是思维的产物。所以，电表物质观的形成过程是伴随思维发展的。人教版教材的思路是：先建立简化模型，从电路角度看，电流表看成能读出自身电流的电阻，电压表看成能读出自身电压的电阻，然后说明电流表和电压表都是由小量程电流表（表头）改装的。电压表和电流表的改装是串、并联电路的重要应用，这两个电表是中学常用的电学仪表，了解其电路结构和使用方法，也是中学物理的教学目标。

　　通过高中阶段物理学科的学习，学生能够建立起“电表是一个‘聪明的电阻’，可以串联，也可以并联，如果知道电表的阻值，既是电流表，又是电压表（角色可以变换），也可以减小伏安法测电阻的测量误差”的看法与观点。拥有这种电表物质观的学生能够判断和预测“已知电学器材，可以测量什么量”，能够设计较复杂的电路，能够写出某个所测物理量的表达式等。没有达到这种电表物质观的学生，虽然也会分析判断，但表现出来的是“不断试错”的新手解决问题的样态，甚至表现出“束手无策”。因此，形成高层次的电表物质观对解决复杂的电学电路问题有着重要的价值意义。

　　二、电表物质观形成的路径分析

　　观念的形成是具有渐进性和层次性的，需要将零散的相关要素彼此衔接和重组，形成有价值的进阶路径，力求对电表物质观水平层级和学习活动设计的精准把握。

　　（一）电表物质观形成的水平层级

　　电表物质观的形成是在学习电表改装的事实、知识以及解决典型问题案例基础上逐渐构建起来的，其观念水平具有层次性[1]。从初中到高中的学习进程中，电表物质观的素养水平统计如表1所示。

　　由表1可以发现，电表物质观具有发展性、抽象性和系统性，需要经历结构化的事实和案例，运用概念规律解决序列化典型问题，并不断提高认识层次和提炼看法观点的形成过程。

　　（二）电表物质观形成的设计路径

　　

　　单元整合教学为电表物质观的形成提供了很好的解决办法，将零散的电流表、电压表知识统整为结构化、序列化的事实案例，同时引导学生总结提炼出看法与观点。依据北师大郭玉英教授研究团队《基于科学概念学习进阶的教学设计模型研究》的成果，在“电表物质观单元整合教学”学习进阶的路径上存在“经验—映射—关联—系统—整合”五个相互关联的中间阶段。在电表物质观学习进程中构建起进阶路径，采用有针对性的教学策略，引导学生逐级跨越台阶，完善头脑中的电表物质观，如图1所示。

　　由表1电表物质观水平层级和图1电表物质观教学路径可以发现：单元整合将高中物理相关电表内容联系起来，按学生的认知发展规律开展学习活动，帮助学生更好地理解物理学科知识背后本质的物理思想和物理方法，构建起属于学生自己的结构化知识和解决问题的思路方法，促进物理学科核心素养的真正落实。

　　（三）电表物质观形成的整体规划

　　根据电表物质观形成的水平层级和设计路径，利用小量程电流表（以下简称G表），对电表物质观形成作出教学过程的整体规划，如表2所示。

　　在整合电表相关教学内容的过程中，要充分考虑学生的认知规律，分析学生的已有水平和已具备的物理学科素养，确定好教学起点和教学策略，强调逻辑性、结构化和整体性，让每一个学生在课堂中能够发生持续的深度学习。

　　三、电表物质观形成的教学实践

　　（一）经验到映射：发现电表不是理想电表

　　“发现电表不是理想电表”教学实践如下页表3所示。

　　设计意图：出示真实任务和教师演示实验以及真实数据，唤起学生“伏安法测电阻”的相关经验，引发学生深入了解电流表、电压表内部构造和工作原理的热切期盼。

　　（二）映射到关联：理解电表的结构和工作原理

　　“理解电表的结构和工作原理”教学实践如下页表4所示。

　　

　　

　　

　　

　　设计意图：观察G表（表头），使学生对表头获得直观的认识。在认识其内部构造及工作原理时，教师让学生观察拆卸下来的表头核心部分，使学生能够清楚地认识到表头内有多匝的线圈。了解磁电式电流表（表头）的原理，知道表头的内阻、满偏电流和满偏电压及相互的关系。

　　（三）关联到系统：G表改装成电压表和电流表

　　（1）“将G表改装成大量程的电压表”教学实践如表5所示。