黃雪芳

摘 要：本文以“電能的遠距離傳輸”為例，基于我國能源分布提出問題、模擬電能傳輸進行實驗觀察、構建電路模型落實能量觀念、引導學生科學推理論證、形成電能遠距離交流高壓傳輸方法等角度，談物理核心素養(yǎng)在課堂教學中的落實。慢慢引導學生構建電能傳輸?shù)奈锢韴D景，讓學生在行動上參與、思維上參與學習，從而使物理核心素養(yǎng)落地。

關鍵詞：核心素養(yǎng)；實驗觀察；物理模型

物理核心素養(yǎng)是學生在接受物理教育的過程中逐步形成適應個人終身發(fā)展的正確價值觀、適應社會需求的必備品格和關鍵能力，主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”四個方面構成[ 1 ]。《普通高中物理課程標準》（2017年版）指出：物理學科作為自然科學，旨在落實立德樹人的根本任務，凝練物理學科核心素養(yǎng)，為學生終身發(fā)展奠定基礎，促進科學事業(yè)的傳承與社會與時俱進。物理學應該基于物理問題，進行實驗與觀察，構建物理模型，應用數(shù)學等工具，通過科學推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系。在教育教學的過程中應幫助學生從物理學視角認識世界，構建物理圖景，引導學生經歷科學探究的過程，體會科學探究方法，養(yǎng)成科學探究習慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力。引領學生認識學科本質以及STSE的關系，形成科學態(tài)度、世界觀、價值觀。

1 教學背景

“電能的遠距離傳輸”是學生綜合運用電路知識解決實際問題的課例。高二學生對電路的基本知識有足夠的積淀，學生具有較強的自學能力以及綜合分析能力，而電能的遠距離傳輸，是在變壓器的基礎上進行知識的重組以及再構建，將理論分析與模擬實驗相結合，使學生理解高壓交流輸電的原理。以培養(yǎng)學生應用知識綜合分析問題能力，解決實際問題的能力，提高學生的合作能力。

2 教學設計

2.1 基于物理核心素養(yǎng)的教學目標

2.1.1 物理觀念

（1）通過輸電過程的了解，構建低壓輸電與高壓輸電兩個電路模型；

（2）通過電路分析，理解輸電損耗，培養(yǎng)學生的物質觀念、能量觀念。

2.1.2 科學思維

（1）經歷電路模型構建，區(qū)別輸電電壓與線損電壓；

（2）經歷減少輸電損失的實驗論證過程，促進科學思維發(fā)展；

（3）經歷理論論證，體會高壓輸電的優(yōu)勢。

2.1.3 科學探究

經歷交流高壓輸電過程電路設計與驗證過程，通過對比獲得結論，提高科學探究能力。

2.1.4 科學態(tài)度與責任

（1）通過對我國高壓輸電背景的了解，體會國家驕傲，與投身社會主義事業(yè)的責任感；

（2）通過輸電損耗的綜合分析，培養(yǎng)學生全面分析問題的科學態(tài)度。

2.2 教學過程

2.2.1 明了引入，提出問題

視頻播放：我國特高壓輸電技術新聞簡介，介紹兩個方面內容：其一，我國特高壓技術形成行業(yè)標準，如火箭技術、高特技術一樣是無數(shù)科學家共同努力形成的國家驕傲；其二，我國各種能源主要集中在西部，要將這些能源轉化成電能輸往東部。電能的輸送少則幾十公里，多則大幾千公里。這么遠距離的電能是如何輸送到東部用戶家的呢？這節(jié)課我們就一起來探討電能的遠距離傳輸問題。

2.2.2 實驗觀察，探索新知

實驗器材：小燈泡（3.8V、2.5A）及燈座各2個、電阻絲1m2條、學生電源1個、導線（帶鱷魚夾）若干。

分組實驗：對比實驗如圖1所示，將小燈泡用鱷魚夾夾在電阻絲上，從L1位置逐漸向L2位置移動的過程中，觀察燈泡亮度變化。

思考：為什么小燈泡亮度會逐漸變暗？

2.2.3 模型構建，科學思維

基于學生的知識儲備，小組交流討論，構建如圖2完善電路模型。從電阻定律出發(fā)明確輸電線電阻，從而落實輸電線電阻造成功率損失P線=I線2R線和電壓損失U線=I線R線。

問題1：如何減少功率損失和電壓損失？

針對以上問題，小組討論可行性方案。

問題2：減小電阻，如何減小電阻？該方案是否可行？

引導學生從電阻定律的角度分析，減小長度、減小電阻率、增大導線截面?？隙▽W生的回答，可行，但是基于實際條件限制，減小長度，兩地之間具有最短距離，在遠距離線路設計要考慮的具體問題，涉及到測量部門的工作；減小電阻率，對比金銀銅鐵等材料電阻率顯然銅線是最佳方案，目前使用最多的也是銅線，而超導同樣可行但是造價高；增大截面積，可行，但涉及到耗材以及工程造價等問題。此過程滲透科技前沿等科學態(tài)度與責任教育。

問題3：減小輸電電流，輸電電流怎么求？如何減小輸電電流？

自主學習，課本內容，交流討論進行匯報。

問題4：為了減少輸電線上的電熱功率損失，應該提高輸電電壓和減小輸電導線的電阻。但有同學從下列推證中得出相反的結論：“設輸送電壓為U，輸電電流為I，則功率損失P=U2/R。因此，要降低P值，就應該降低送電電壓和增加輸電線的電阻?！闭垎柲阍趺纯?？

引導學生明確輸電電壓、線電壓、用戶得到的電壓之間的關系。

2.2.4 科學推理與論證

例題 一發(fā)電站，輸電功率為2000kW，輸電線的總電阻為20Ω。輸電電壓是10kV，輸電線上損耗的電壓是多少？輸電線上消耗的功率是多少？用戶得到的功率是多少？輸電效率是多少？

變化1 如果用100kV的電壓輸電，輸電線上消耗的功率又是多少？用戶得到的功率又是多少？輸電效率又是多少？

變化2 若輸電功率為2000kW，輸電線的總電阻為200Ω。如果用100kV的電壓輸電，輸電線上消耗的功率又是多少？用戶得到的功率又是多少？輸電效率又是多少？

通過計算總結數(shù)據(jù)如表1。

通過上述數(shù)據(jù)交流論證，綜合考慮：高壓輸電的優(yōu)勢以及減小線電阻的局限。

2.2.5 形成方法與驗證——實現(xiàn)交流高壓輸電

問題1 怎么樣實現(xiàn)高壓輸電？

問題2 升壓后的電壓用戶能直接用嗎？還需怎么辦？

圖片展示輸電過程，要求學生設計輸電電路圖。并展示評價：學生設計的電路圖是否規(guī)范，做出合理評價。

實驗驗證：指導學生連接電路，升壓變壓器采用1：8，降壓變壓器采用8：1，進行實驗如圖3所示。

理論驗證：一小型發(fā)電機的輸出功率為50kW，輸出電壓為250V?，F(xiàn)用一臺1：16升壓變壓器使其升壓，輸送至用戶處再用一臺16：1降壓變壓器降壓。輸電線總電阻為40Ω，則用戶得到的電壓是多少？并畫出輸電電路簡圖。

這一環(huán)節(jié)，基于問題，設計實驗，進行實驗獲取信息，基于實驗與理論證據(jù)進行合理的解釋，交流討論，交流高壓輸電，實現(xiàn)電壓減少損失的可行性。

3 結束語

核心素養(yǎng)的落實不是一蹴而就，而是要在教育教學的過程中慢慢落實[2]。核心素養(yǎng)的落地生根不應急功近利，追求高效高容量。應該慢慢的從物理學視角引導學生認識電能的輸送，讓學生經歷實現(xiàn)電能遠距離傳輸?shù)倪^程，構建電能遠距離傳輸?shù)奈锢韴D景。讓學生行動上參與、思維上參與，從而獲得學習物理的興趣與幸福感。

參考文獻：

[1]黎穗梅.引入原始物理問題 發(fā)展學科核心素養(yǎng)[ J ] .中學物理，2018（3）：13-15.

[2]林明華.高中物理核心素養(yǎng)的內涵與培養(yǎng)途徑 [ J ].福建教育研究，2016（2） ：4-6.