焦月英

摘? ?要：以魯科版選修3-1第四章第一節(jié)“閉合電路歐姆定律”為例，研究提升物理學(xué)科素養(yǎng)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：學(xué)科素養(yǎng);教學(xué)設(shè)計(jì);電源;閉合電路歐姆定律

物理學(xué)科素養(yǎng)是每個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。在中學(xué)階段，物理學(xué)科教學(xué)的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人物理學(xué)科素養(yǎng)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中逐漸形成物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)創(chuàng)新的綜合能力。學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)主要是在物理課堂實(shí)現(xiàn)的，在物理課堂教學(xué)中，教師要重視過(guò)程性教學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、科學(xué)推理等使學(xué)生能夠經(jīng)歷知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程，從而讓學(xué)生學(xué)會(huì)物理問(wèn)題的解決思路和物理規(guī)律的研究方法。本文以魯科版選修3-1第四章第一節(jié)“閉合電路歐姆定律”為例，研究提升物理學(xué)科素養(yǎng)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。

1? 基于物理學(xué)科素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1? 教學(xué)目標(biāo)（表1）

1.2? 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生分析

本課是魯科版教材選修3-1第四章第一節(jié)的內(nèi)容，研究的是閉合電路，在初中階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了部分電路相關(guān)知識(shí)，但由于知識(shí)層次的局限，在初中的教學(xué)中沒(méi)有深入研究電源的作用，這節(jié)課是學(xué)生第一次較深入地了解電源內(nèi)部，電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是全新的概念，是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)高一物理的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備力學(xué)分析能力和實(shí)驗(yàn)探究能力，為通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻奠定了基礎(chǔ)。

閉合電路歐姆定律是研究閉合電路的基本規(guī)律，也是分析電學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)，是本章教學(xué)的重點(diǎn)。通過(guò)前面對(duì)電路和電場(chǎng)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)電路和電場(chǎng)中的功能轉(zhuǎn)化關(guān)系也有了一定的了解，具備學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律的知識(shí)基礎(chǔ)與認(rèn)知能力。

1.3? 教學(xué)過(guò)程

（1）物理觀念——電源的認(rèn)識(shí)

任務(wù)一：通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體會(huì)并理解電源的作用

演示實(shí)驗(yàn)一（放電實(shí)驗(yàn)）

實(shí)驗(yàn)演示：若用導(dǎo)線將電容器兩個(gè)極板連接起來(lái)

觀察實(shí)驗(yàn)：電流計(jì)指針有偏轉(zhuǎn)嗎？會(huì)持續(xù)偏轉(zhuǎn)嗎，為什么？

教師：電子經(jīng)導(dǎo)線由B運(yùn)動(dòng)到A，A電勢(shì)降低，B電勢(shì)升高，當(dāng)AB電勢(shì)相等時(shí)（圖3），電流消失。因此導(dǎo)線中只有瞬時(shí)電流流過(guò)。

思考：怎樣才能使導(dǎo)線中有持續(xù)的電流呢？

演示實(shí)驗(yàn)二（電源實(shí)驗(yàn)）

實(shí)驗(yàn)演示自制電池實(shí)驗(yàn)，如圖4，將銅片和鋅片插入容器中，接通電路，請(qǐng)同學(xué)們觀察電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況;然后向容器中注入一定量的碳酸飲料，請(qǐng)同學(xué)們?cè)俅斡^察電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況。

討論與交流：學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，試從力學(xué)和能量?jī)蓚€(gè)角度解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

教師畫(huà)出等效電路圖，如圖5，并小結(jié)：從動(dòng)力學(xué)角度看，在容器外部電路中，正電荷受電場(chǎng)力作用，從正極運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，容器內(nèi)部，兩個(gè)金屬片之間沒(méi)有導(dǎo)線連接，正電荷是在化學(xué)作用下從負(fù)極運(yùn)動(dòng)到正極的。

從能量角度看，在外部電路中，通過(guò)靜電力做功，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，在容器內(nèi)部，通過(guò)化學(xué)作用做功將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

列舉水電站和太陽(yáng)能電池，分析其能量轉(zhuǎn)化關(guān)系。

師生共同總結(jié)電源的概念、電源在電路中的作用。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生初中階段雖然接觸過(guò)電路，但對(duì)電源本身沒(méi)有做過(guò)研究，本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀感受到電源的作用，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)一發(fā)現(xiàn)“電容器提供的電流是瞬時(shí)的”這一事實(shí)，并能激發(fā)學(xué)生思考獲得持續(xù)穩(wěn)定電流的方法。然后通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)二，學(xué)生發(fā)現(xiàn)僅有兩個(gè)金屬片無(wú)法獲得持續(xù)電流，但是當(dāng)兩個(gè)金屬片之間充入某種化學(xué)物質(zhì)，便可獲得持續(xù)電流，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比與思考，逐漸認(rèn)識(shí)了電源。

任務(wù)二：通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，引出電動(dòng)勢(shì)的概念

演示實(shí)驗(yàn)三（電源對(duì)比實(shí)驗(yàn)）

教師演示：

①將電壓表接在自制原電池兩端，如圖6，觀察電壓表示數(shù);

②將電壓表接在干電池兩端，如圖7，觀察電壓表示數(shù)。

請(qǐng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析。

學(xué)生：電壓表示數(shù)不同，說(shuō)明不同電源的能量轉(zhuǎn)化本領(lǐng)是有差異的。

教師就勢(shì)引導(dǎo)，總結(jié)得出電動(dòng)勢(shì)的概念和物理意義。

【設(shè)計(jì)意圖】電動(dòng)勢(shì)概念比較抽象，單純的理論解釋學(xué)生理解起來(lái)很困難，本環(huán)節(jié)再次利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生切實(shí)感受到不同的電源能量轉(zhuǎn)化本領(lǐng)不同，從而巧妙地突破了教學(xué)難點(diǎn)。

任務(wù)三：通過(guò)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究電源內(nèi)阻

學(xué)生活動(dòng)：4人一組，合作完成以下任務(wù)：

①利用電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，按照?qǐng)D8連接好電路，將數(shù)據(jù)記錄到表2中。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)一：

提問(wèn)：當(dāng)電阻R逐漸減小時(shí)，圖中電壓表數(shù)值將發(fā)生變化嗎？如何變化？為什么會(huì)這樣變化呢？

學(xué)生：一部分電壓被R0分走了。

②利用電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，按照?qǐng)D9連接好電路，將數(shù)據(jù)記錄到表3中。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)二：

提問(wèn)：隨著R的減小，R兩端的電壓變化嗎？如何變化？

學(xué)生：當(dāng)R減小時(shí)，電壓表示數(shù)減小。

追問(wèn)：少的那部分電壓被什么分走了呢？

學(xué)生討論與交流后得出：電源內(nèi)部也有電阻，分走了一部分電壓。

教師小結(jié)：電源本身，自己的內(nèi)部對(duì)電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙，這種阻礙就表明電源自身有電阻，我們把它稱(chēng)之為電源內(nèi)阻，通常用r表示。

【設(shè)計(jì)意圖】實(shí)驗(yàn)探究是認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象研究物理規(guī)律的重要途徑，實(shí)驗(yàn)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生能夠真正地參與課堂。本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，研究思考，進(jìn)而得出電源存在內(nèi)阻的結(jié)論，學(xué)生經(jīng)歷了知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程，在此過(guò)程中學(xué)生學(xué)到的不僅僅是簡(jiǎn)單的“結(jié)果”，更重要的是學(xué)習(xí)了研究物理的方法。另外，通過(guò)分組做實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生記錄、統(tǒng)計(jì)分析能力的同時(shí)，同學(xué)們團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和各自在團(tuán)隊(duì)中角色和擔(dān)當(dāng)意識(shí)也會(huì)增強(qiáng)。

（2）物理規(guī)律——閉合電路歐姆定律

閉合電路歐姆定律是本節(jié)課的重點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以分別測(cè)得內(nèi)電壓U內(nèi)和外電壓U外的數(shù)值，也可以得出內(nèi)外電壓之和在誤差允許的范圍內(nèi)是個(gè)定值，但是高中階段電動(dòng)勢(shì)E無(wú)法通過(guò)電壓表直接測(cè)得，因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)外電壓之間的關(guān)系會(huì)存在一定的困難，鑒于此，本環(huán)節(jié)采用了理論推導(dǎo)的方法，設(shè)計(jì)一些問(wèn)題，逐步引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律。問(wèn)題設(shè)計(jì)如下：

在圖10中，閉合電路的電源電動(dòng)勢(shì)為E，外電路電壓為U外，內(nèi)電路電壓為U內(nèi)。通電后，設(shè)電路中電流為I，請(qǐng)回答下面幾個(gè)問(wèn)題：

問(wèn)題1：在t時(shí)間內(nèi)，外電路中靜電力做功W外為多少？

學(xué)生：：W外=qU外=ItU外

問(wèn)題2：在t時(shí)間內(nèi)，內(nèi)電路中靜電力做功W內(nèi)為多少？

學(xué)生：W內(nèi)=qU內(nèi)=ItU內(nèi)

問(wèn)題3：在電源內(nèi)部，t時(shí)間內(nèi)非靜電力做得功W非為多少？

學(xué)生：W非=qE=ItE

問(wèn)題4：W外、W內(nèi)和W非之間的關(guān)系是什么？

學(xué)生：靜電力做的功等于消耗的電能，非靜電力做的功等于轉(zhuǎn)化的電能，根據(jù)能量守恒可得W非=W外+W內(nèi)

即? ?ItE=ItU外+ItU內(nèi)? ? E=U外+U內(nèi)

問(wèn)題5：若閉合電路為純電阻電路，電流I、電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)電阻r和外電阻R之間關(guān)系是怎樣的呢？

學(xué)生：E=IR+Ir

即 I=

【設(shè)計(jì)意圖】提問(wèn)是啟發(fā)學(xué)生思維的關(guān)鍵[ 1 ]。巧設(shè)問(wèn)題可以激發(fā)學(xué)生思考的熱情，嚴(yán)密的理論推導(dǎo)可以培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力。本環(huán)節(jié)通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思考、科學(xué)推理，最終得出規(guī)律，學(xué)生親歷了物理規(guī)律的建立過(guò)程，對(duì)規(guī)律的理解會(huì)更加透徹，同時(shí)學(xué)生科學(xué)思維能力也大大提升。

2? 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)點(diǎn)評(píng)

本課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，思路明確、清晰，內(nèi)容豐富，重在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析能力和邏輯思維。從內(nèi)容上看，本節(jié)課的設(shè)計(jì)主要分為兩大塊：第一部分是電源，電源內(nèi)部看不見(jiàn)摸不著，比較抽象，本教學(xué)設(shè)計(jì)通過(guò)三次演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生直觀體會(huì)到電源與電容器的區(qū)別、電源在整個(gè)電路中的作用以及電動(dòng)勢(shì)引入的意義，有助于學(xué)生物理觀念的形成，科學(xué)思維的提升。在電源內(nèi)阻的教學(xué)中，采取讓學(xué)生親自進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們通過(guò)動(dòng)手搭建電路，觀察實(shí)驗(yàn)中所發(fā)生的現(xiàn)象，記錄并分析結(jié)果，見(jiàn)證電源中確實(shí)存在內(nèi)阻。這一設(shè)計(jì)提升了科學(xué)探究能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。第二部分是閉合電路歐姆定律，首先從能量的角度，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)閉合電路中電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)外電壓間的關(guān)系，進(jìn)而推導(dǎo)出純電阻電路的閉合電路歐姆定律，這部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)重視學(xué)生科學(xué)推理能力的培養(yǎng)。

本節(jié)課堂設(shè)計(jì)突破了教材的束縛，設(shè)計(jì)了三個(gè)演示實(shí)驗(yàn)和一個(gè)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生觀察、對(duì)比、分析、論證，使學(xué)科素養(yǎng)的提升落實(shí)到課堂的每一個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)是在學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中逐漸形成的，課堂教學(xué)設(shè)計(jì)不能只是知識(shí)的簡(jiǎn)單羅列或呈現(xiàn)，而更應(yīng)該重視知識(shí)和規(guī)律的建構(gòu)過(guò)程，物理教學(xué)的目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析物理現(xiàn)象，學(xué)會(huì)解決物理問(wèn)題，學(xué)會(huì)研究物理規(guī)律的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吉臨榮，開(kāi)發(fā)低成本資源構(gòu)建高效課堂——以蘇科版教材“探究樹(shù)蔭下的光斑”為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019（1-2）.