宋博

摘 ? 要：在指導(dǎo)初中生學(xué)習(xí)物理概念時(shí)，教師要充分利用實(shí)驗(yàn)，要巧妙引導(dǎo)學(xué)生將已有認(rèn)知遷移過來，并鼓勵(lì)學(xué)生積極開展科學(xué)探究，才能對(duì)學(xué)生的核心發(fā)展產(chǎn)生積極影響。文章結(jié)合電功率的教學(xué)進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：初中物理;概念教學(xué);電功率

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）10-0025-3

概念是學(xué)生建構(gòu)初中物理知識(shí)體系的基礎(chǔ)，它是對(duì)一類事物本質(zhì)屬性的抽象和提煉，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)和觀察的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)化的思維排除非本質(zhì)因素的干擾，并進(jìn)行概括和總結(jié)而得來。物理概念要學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、遷移和探究等多方面的技能，對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展非常重要。筆者以“電功率”的教學(xué)為例，探討在教學(xué)中的一些體會(huì)和思考。

1 ? ?基于核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)設(shè)計(jì)之前，教師都要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析，事實(shí)上這二者是統(tǒng)一的，尤其是在發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的大背景下，教師要立足于學(xué)生的實(shí)際發(fā)展情況分析教學(xué)內(nèi)容，要預(yù)估相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)在學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展進(jìn)程中所能發(fā)揮的作用和意義。

電功率的學(xué)習(xí)建立在學(xué)生對(duì)電能認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，這一概念的研究將引導(dǎo)學(xué)生以能量觀念來分析和研究電路工作的問題，這將進(jìn)一步促成學(xué)生物理觀念的完善。結(jié)合能量觀念來研究電路問題是非常有實(shí)踐價(jià)值的，在日常生活中，很多人將電等同于能量，很多電路的設(shè)計(jì)或相關(guān)問題的解決都要從能量的角度來考慮。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)過電能之后，結(jié)合能量轉(zhuǎn)化的快慢來引入有關(guān)電功率的思考，這樣的教學(xué)將對(duì)接學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生的科學(xué)探究活動(dòng)將有序開展，學(xué)生將在一系列活動(dòng)中建構(gòu)相應(yīng)的認(rèn)識(shí)，而且他們還將借此加深對(duì)科學(xué)探究的認(rèn)識(shí)。

物理概念的建立離不開學(xué)生的科學(xué)思維，以電功率的學(xué)習(xí)為例，雖然學(xué)生之前已經(jīng)對(duì)歐姆定律和電路有了認(rèn)識(shí)，并且能有效把握電能表的使用，但是電功率的學(xué)習(xí)依然有一定的困難，這主要源于概念的抽象性。學(xué)生需要區(qū)分“電能消耗的多少”以及“電能消耗的快慢”，對(duì)初中學(xué)生而言，這是思維層面的一個(gè)跨越。對(duì)于這種問題的區(qū)分，教師不能讓學(xué)生局限于口頭上進(jìn)行辨析，而應(yīng)該通過情境的創(chuàng)設(shè)，有效激活學(xué)生的思維，讓學(xué)生在特定的場景里突破認(rèn)知的瓶頸，這樣操作對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展有強(qiáng)力的推動(dòng)效果。

2 ? ?教學(xué)過程

結(jié)合以上內(nèi)容的分析，筆者進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，并將教學(xué)過程闡述如下。

2.1 ? ?立足實(shí)驗(yàn)，引出概念

教師先通過問題引導(dǎo)學(xué)生回顧已學(xué)內(nèi)容，并通過問題將學(xué)生的注意點(diǎn)集中到實(shí)驗(yàn)上。

師：通過之前內(nèi)容的學(xué)習(xí)，你們知道用電器在電路中的作用嗎？

生：用電器是消耗電能的器件，它的工作能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為我們所需要的其他形式的能量。

師：我們用什么儀器來測(cè)量用電器消耗電能的多少呢？

生：電能表。

教師展示電子式電能表的圖片，并介紹：該電能表上面標(biāo)有“3200 imp/kW·h”，這表明電路中每消耗1 kW·h電能，指示燈就閃爍3 200次。當(dāng)學(xué)生對(duì)該型號(hào)的電能表有所認(rèn)識(shí)之后，教師繼續(xù)展示自制實(shí)驗(yàn)器材。在一塊木板上各固定兩個(gè)該型號(hào)的電能表，分別與一個(gè)五孔插座搭建成電路，這樣就可以通過電能表各自測(cè)定對(duì)應(yīng)用電器的用電情況。然后，教師分別將電水壺和電吹風(fēng)接入兩個(gè)電路，并示意學(xué)生觀察在用電器正常工作時(shí)，電能表指示燈的閃爍情況。

師：我馬上要將兩個(gè)用電器同時(shí)打開，請(qǐng)大家觀察兩個(gè)電能表的指示燈。為了觀察有針對(duì)性，請(qǐng)坐在我右手邊的兩組同學(xué)觀察電水壺電路中電能表指示燈的閃爍情況，坐在我左手邊的兩組同學(xué)觀察電吹風(fēng)電路中電能表指示燈的閃爍情況，請(qǐng)記錄30秒內(nèi)指示燈的閃爍次數(shù)。

教師按下開關(guān)，并提示學(xué)生進(jìn)行計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后提示學(xué)生交流學(xué)習(xí)成果。

師：大家在剛才的實(shí)驗(yàn)過程中有什么發(fā)現(xiàn)？

生：兩個(gè)電能表的指示燈閃爍快慢不同。

師：能具體說說嗎？

生：與電水壺連接的電能表在30秒的時(shí)間內(nèi)指示燈閃爍了40次，與電吹風(fēng)連接的電能表在相同時(shí)間內(nèi)指示燈閃爍了30次。

師：這表明什么呢？

生：相同時(shí)間，電水壺電路中消耗的電能更多，也可以認(rèn)為是電水壺做功更快。

師：說得很好，其實(shí)我們?cè)谶@里可以引入一個(gè)物理量，對(duì)電流做功快慢進(jìn)行表述，這也是今天我們這節(jié)物理課所要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

2.2 ? ?巧妙遷移，結(jié)合舊知理解新知

師：在比較做功快慢時(shí)，我們可以比較相同時(shí)間內(nèi)做功的多少，還可以怎么來比較？

生：還可以比較做相同的功所耗費(fèi)時(shí)間的長短。

師：這里涉及到怎樣一個(gè)物理量呢？對(duì)此你們有什么想法嗎？

生：在力學(xué)研究中，我們當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)過一個(gè)描述做功快慢的物理量叫做功率，用“P”來表示。

師：很好！這個(gè)物理量同樣可以運(yùn)用于電路問題的分析，對(duì)應(yīng)的概念被稱作電功率。請(qǐng)大家類比力學(xué)中有關(guān)功率的認(rèn)識(shí)來研究電功率的基本概念。

生：電功率可以定義為“電流所做功與對(duì)應(yīng)時(shí)間的比值”，它的單位和機(jī)械功率的單位是一樣的，即“瓦特”，用“W”來表示，常用單位還包括千瓦（kW）、兆瓦（MW）等，計(jì)算公式有P=UI。

2.3 ? ?有效探究，辨析相近概念

在電功率的學(xué)習(xí)中，有兩個(gè)概念要區(qū)分，即額定功率和實(shí)際功率。由于概念上的相似性，很多學(xué)生在理解的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些障礙，甚至將兩個(gè)概念混淆在一起，教師要指導(dǎo)學(xué)生有效區(qū)分，辨析這些相近概念。

師：現(xiàn)在有一個(gè)燈泡，請(qǐng)同學(xué)們看一下它的銘牌信息。（通過實(shí)物展臺(tái)展示燈泡的銘牌）

生：“220 V”表示的是這個(gè)燈泡的額定電壓，“60 W”對(duì)應(yīng)的是這個(gè)燈泡的功率。

師：“60 W”是任何情況下燈泡的功率嗎？

生：不是的，應(yīng)該是燈泡的額定功率，也就是說當(dāng)它的電壓等于額定電壓時(shí)，功率才等于這么多。

師：怎樣才能驗(yàn)證你的說法呢？

生：做實(shí)驗(yàn)。

師：好，下面我們就來進(jìn)行一項(xiàng)研究——“探究不同電壓條件下燈泡的功率”。

教師通過PPT投影出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求：（1）實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量哪些物理量，需要哪些實(shí)驗(yàn)器材？（2）如何來調(diào)整燈泡兩端的電壓？問題提出后，教師給出足夠的時(shí)間，讓學(xué)生進(jìn)行交流和討論，隨后再安排學(xué)生進(jìn)行展示。

生：實(shí)驗(yàn)過程中需要測(cè)定燈泡的電流以及其兩端的電壓，因此需要電流表和電壓表。

師：在電流和電壓已經(jīng)測(cè)定的情況下，如何確定功率？

生：用公式P=UI來計(jì)算，這就是本實(shí)驗(yàn)的原理。

師：怎樣設(shè)計(jì)改變電壓的電路呢？

生：用滑動(dòng)變阻器。

師：現(xiàn)在給大家提供額定電壓等于“2.5 V”的燈泡、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源、電壓表、電流表以及導(dǎo)線等器材，請(qǐng)大家先設(shè)計(jì)電路。

學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)，并將電路圖展示出來，基本情形如圖1所示。

師：在實(shí)驗(yàn)電路已經(jīng)連接的情況下，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該如何操作呢？

生：先將滑動(dòng)變阻器的滑片置于最大阻值處，然后閉合開關(guān)，逐漸調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，讓電壓表的示數(shù)逐漸增大，依次記錄0.5 V、1 V、1.5 V、2 V、2.5 V等電壓條件下電流表的示數(shù)以及燈泡的亮度。

教師示意學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)，并做好相應(yīng)的記錄，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，并記錄和處理數(shù)據(jù)（見表1）。

師：結(jié)合實(shí)驗(yàn)，你們獲得了哪些認(rèn)識(shí)？

生1：我們發(fā)現(xiàn)，電壓增大時(shí)，燈泡亮度逐漸增大，且電功率在增大。這表明燈泡的亮度情況與其實(shí)際功率是相對(duì)應(yīng)的。

生2：我們觀察了燈泡的銘牌數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2.5 V時(shí)的功率確實(shí)與它所標(biāo)記的額定功率相等。

生3：我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中還嘗試了更高的電壓，燈泡的亮度也更大，功率也更高，但是電壓太大之后，燈絲燒斷了。

師：首先，我們要表揚(yáng)一些同學(xué)勇于探索的精神，即便是器材損毀也是值得的，這告訴我們?cè)谑褂糜秒娖鲿r(shí)不能讓電壓超過額定電壓。另外也要批評(píng)他們，實(shí)驗(yàn)過程中不能盲目操作。既然將額定電壓標(biāo)記出來，我們要先思考一下它的含義，然后再操作。畢竟這個(gè)過程是有危險(xiǎn)的，這一次僅僅只是燈絲燒斷，如果是在日常生活中，這樣的情況務(wù)必要避免。就知識(shí)學(xué)習(xí)而言，同學(xué)們剛才總結(jié)了額定功率和實(shí)際功率這兩個(gè)概念，請(qǐng)大家在后續(xù)學(xué)習(xí)中繼續(xù)區(qū)分和討論。

3 ? ?教學(xué)隨感

在物理課堂上，教師要對(duì)接學(xué)生的已有認(rèn)知基礎(chǔ)，在最近發(fā)展區(qū)設(shè)置鋪墊，讓學(xué)生能自主發(fā)現(xiàn)問題，并產(chǎn)生建立新認(rèn)知的期待。在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師由實(shí)驗(yàn)著手引出對(duì)“做功快慢”的思考。學(xué)校實(shí)驗(yàn)室原有實(shí)驗(yàn)器材是老式的電能表，可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢來反映電能消耗的快慢，如果依然用這個(gè)器材來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可視度不理想。使用數(shù)字型電能表，結(jié)合指示燈的閃爍情況來反映電能的消耗快慢，這樣的教學(xué)能夠給學(xué)生提供更加直觀的認(rèn)識(shí)，將學(xué)生的思維導(dǎo)向新概念的建立，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了新舊認(rèn)知的無縫銜接，極大提升了學(xué)生探究的興趣。

在指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知電功率這個(gè)概念的時(shí)候，教師要認(rèn)識(shí)到學(xué)生通過力學(xué)學(xué)習(xí)已經(jīng)能夠很清楚地把握功率這個(gè)概念。教師務(wù)必要讓學(xué)生將相關(guān)認(rèn)識(shí)遷移過來，這樣做的目的不僅是為了幫助學(xué)生理解電功率，更主要的是讓學(xué)生將功率和電功率都整合到能量觀念之中，讓學(xué)生意識(shí)到這些內(nèi)容是相通的，這對(duì)學(xué)生物理概念的體系化認(rèn)識(shí)有較大幫助。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生在認(rèn)知“做功多少”與“做功快慢”這兩個(gè)物理量時(shí)存在一定的障礙，為此教師一開始就將“做功快慢”作為概念建立的基礎(chǔ)，并由此將學(xué)生的思維引向有關(guān)研究，這有助于學(xué)生區(qū)分認(rèn)知，并提升概念理解的效率。

在探究中，教師沒有給學(xué)生太多的約束，以致于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中選擇更大的電壓來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，幾乎每一次實(shí)驗(yàn)中都有學(xué)生出現(xiàn)這種情況，這也在教師的預(yù)料之中。教師讓學(xué)生自主操作和體驗(yàn)，當(dāng)他們經(jīng)歷了燈絲燒斷之后，再進(jìn)行額定電壓的介紹，這樣能夠給學(xué)生更加清晰的認(rèn)識(shí)。此外，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中充分經(jīng)歷了額定功率與實(shí)際功率的比較，顯然要比生硬的概念灌輸產(chǎn)生的效果更好，且能更好地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）