电流概念的学习进阶分析与初步研究

强建萍 黄武英

摘   要：物理概念是学生认识和理解物理世界的基石。电流是电学中基础而重要的概念，这个抽象的物理概念在义务教育阶段普遍要求较低，因而在高中学习时需要的思维跨度较大，学生在理解此概念上存在着诸多困难。文章基于人教版教材中不同阶段电流概念的相关内容、学习进阶理论和课程标准要求，对电流概念的学习划分了进阶水平。希望该研究能帮助一线教师科学规划教学内容，降低学生学习的台阶，增强学生学习的系统性与连贯性。

关键词：学习进阶;物理概念教学;电流

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2022）2-0011-4

学习进阶（Learning progressions）理论认为，学生学习过程就是认知从简单到复杂，需要跨越不同认知水平的发展过程。学习进阶是用以描述在一个较长的时间跨度内学习或研究某一主题时，学生的思维方式得到逐级进阶的理论框架[1]。学习进阶的研究对象除了核心概念之外也可以是基本概念。大量的科学概念都是通过一定的逻辑相互关联，而呈现出科学概念体系的层次性。科学概念层次分析是科学教育研究和教学实践等方面的基础性工作[2]。

检索发现，很多研究者借助学习进阶理论对中学物理概念进行了层次分析与讨论。其中，闫兵兵[3]构建了力概念的学习进阶框架;贺向向[4]对中学物理能量概念展开了学习进阶研究;安秋等[5]对质量概念进行了学习进阶的初步研究。电流是电学中一个非常重要且抽象的物理概念，学生仅仅根据具象的经验来构建电流概念，在理解上会产生很多思维误区。电流概念教学也不是局限在一堂课中仅仅针对电流定义进行教学，最终是要在整个电路的学习过程中帮助学生实现对电流概念的科学理解。因此，对电流概念展开一个较完整阶段的学习进阶研究具有重要意义。

本文从课标要求出发，以普及度较高的人教版教材为例，通过分析比较电流相关知识点在小学、初中、高中教材中的编排，寻找知识内容之间的跨度，挖掘和探索其中的概念教学逻辑，在此基础上制订电流概念的学习进阶框架。

1    课程标准中对电流概念的要求

不同阶段的课程标准对电流提出了不同的学习要求。《义务教育小學科学课程标准》明确教师应帮助学生形成“电可以在特定物质中流动，电是日常生活中不可缺少的一种能源”的概念[6]。《义务教育物理课程标准（2011年版）》主要对电流表的使用以及电流与电压、电阻、电功率等其他物理量的关系作理解性要求，没有对电流概念本身作过多要求[7]。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修部分提出了理解闭合电路欧姆定律，理解电功、电功率及焦耳定律，了解产生感应电流的条件;选择性必修课程提出了理解楞次定律，了解涡流现象并认识交变电流[8]。

课程标准对于课程内容教学要求的规定都是较为长远的目标要求。在教学实践中，只有针对具体的教学内容对不同年级的学生应该达到的要求进行划分，获得短期的目标，才能明确地知道在某一阶段的教学中具体应该做什么，让学生学会什么。

2    教材中电流相关内容的呈现与比较分析

人教版小学科学教材主要是通过小实验的形式帮助学生认识到电可以在导体中流动[9]。

人教版初中物理教材在第十五章第2节首次提出电荷的定向移动形成电流。规定了正电荷移动的方向为电流的方向，在第四小节中将电流作为物理量介绍其字母表示以及单位等，对“电流”概念进行了定性的描述。初中物理是通过实验探究的形式得出串并联电路中电流的规律，并且实验探究了电流与电压及电流与电阻的定量关系从而得出欧姆定律等。在欧姆定律之后引入了两个新的物理量——电功和电功率，分别用来表示电流做功多少及做功快慢。关于电流的热效应，教材通过演示实验表明电流通过导体产生的热量与电流和电阻的定性关系，在此基础上引出定量的表达——焦耳定律。在“电与磁”章节中，先通过物理学家奥斯特的小故事引入电流的磁效应，之后在电生磁的基础上引出磁也可以生电，从而介绍了感应电流的概念。初中物理最后还强调了电流可以传递信息的功能[10]。

高中物理教材必修第三册第十一章“电路及其应用”中第一小节名为“电源和电流”，先在静电场的基础之上介绍恒定电场，引入恒定电流的概念，之后对电流这个物理量在初中物理定性描述的基础上进行了定量表达[11]。作为改版的新教材，在电流强度定义的表达上发生了些许变化。

通过比较分析，笔者将初、高中教材中对电流的表述进行总结，如表1所示。

高中物理利用电流强度的定义式从理论上解释了串并联电路中的电流规律，还在初中物理的基础上结合电场知识解释了电流做功的实质。不同于初中通过实验归纳得出焦耳定律，高中教材则从能量守恒定律分析得出，强化了能量的观念[12]。在电与磁相关内容上，通过实验探究感应电流产生的条件。高中物理选择性必修教材第二册中通过探究影响感应电流方向的因素介绍了楞次定律，在感生电场的基础之上引入了涡电流的概念，并且在第三章着重介绍了交变电流[13]。

由此可见，高中阶段电流概念的学习不仅仅是由初中的定性描述转变为定量，还要结合电场的理论和能量转化与守恒的观点对电流进一步解读，帮助学生从宏观和微观层面认识和理解电流。通过以上分析可以发现，人教版教材对电流概念的学习安排如表2所示。

3    电流概念学习进阶的层级水平的划分

郭玉英教授及团队对基于学习进阶的教学设计模型进行大量实证研究，并提出了科学概念理解发展的层级模型[14]，为本文进阶水平的划分提供了重要参考。

笔者在该模型基础之上参考已有的概念研究以及高中课程标准与高考大纲的要求，对电流概念的学习进阶层级水平进行初步的划分（表3），制订出电流概念的学习进阶框架，进行学习内容的纵向水平进阶，同时关注学生典型的迷思概念，强调电流与其他相关概念间的联系。 选择的进阶变量是电流概念相关知识内容和学生的思维发展水平。

4    结  语

概念的学习过程是由浅入深、逐步递进的过程。概念的学习进阶不是由一个阶段水平简单地跨越到另一个阶段水平，学习进阶的路径也是多种多样的。将学习进阶理论应用于概念教学中，最重要的是教师能够了解学生对某个概念的认知水平，准确地对学生概念理解的层级作出判断，从而采取有针对性的教学策略和手段，帮助学生逐步深入地理解科学概念。本文从小学、初中和高中阶段对电流概念的不同课程标准要求出发，比较了不同阶段人教版教材中电流相关内容，在此基础上，构建了电流概念学习进阶的框架。通过对电流概念学习进阶的初步研究，希望能为改善初、高中物理概念教学中的衔接问题提供一点帮助。

参考文献：

[1]National Research Council. Taking science to school：learning and teaching science in grades K-8[M]. Washington DC：National Academies Press， 2007.

[2]张玉峰，郭玉英.科学概念层次分析：价值、变量与模型[J].物理教师，2015，36（11）：2-6+10.

[3]闫兵兵.中学“力”概念的学习进阶研究[D].曲阜：曲阜师范大学，2018.

[4]贺向向. 中学物理能量概念的学习进阶研究[D]. 延安： 延安大学， 2019.

[5]安秋，王长江.“质量”概念学习进阶的初步研究[J].物理教师， 2020， 41（05）：2-5+9.

[6]中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社， 2017.

[7]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[8]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社， 2020.

[9]人民教育出版社，课程教材研究所，课程教材开发中心， 义务教育教科书科学三年级上册[M].北京：人民教育出版社， 2019.

[10]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.义务教育教科书物理九年级全一册[M].北京：人民教育出版社， 2019.

[11]人民教育出版社， 课程教材研究所， 物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理必修第三册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[12]梁旭.人教版《物理》“第十二章  电能 能量守恒定律”编写说明[J].中学物理，2020，38（07）：5-7.

[13]人民教育出版社， 课程教材研究所， 物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理选择性必修第二册[M].北京：人民教育出版社， 2019.

[14]郭玉英， 姚建欣. 基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J]. 课程·教材·教法， 2016， 36（11）： 64-70.

（欄目编辑    赵保钢）