摘 要：文章從培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的角度，對(duì)蘇科版初中物理教材九年級(jí)下冊(cè)第十五章第3節(jié)《電熱器電流的熱效應(yīng)》進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行教學(xué)反思，總結(jié)得出核心素養(yǎng)的提升可以滲透于教學(xué)設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；電流的熱效應(yīng)；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）26-0110-03

作者簡(jiǎn)介：謝亭葉（1987.1-），女，江蘇省常州人，本科，中小學(xué)一級(jí)教師，從事初中物理教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十三期課題（基于測(cè)試分析的跟進(jìn)式改革項(xiàng)目）重點(diǎn)課題（立項(xiàng)編號(hào)：2019jyktzd-03）、常州市情智物理梅建芬名教師工作室項(xiàng)目研究階段性研究成果.

2016年9月《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》以項(xiàng)目研究成果的方式正式發(fā)布.“核心素養(yǎng)”研究與討論歸根結(jié)底是要解決“培養(yǎng)什么人”的問(wèn)題，但是又不能憑空培養(yǎng)，需要以學(xué)科為載體，在具體的學(xué)科內(nèi)容教學(xué)中，結(jié)合學(xué)科本身的特點(diǎn)和學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，在每一堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)中落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，才能對(duì)教學(xué)改革起到積極的推動(dòng)作用.本輪課程改革的核心與關(guān)鍵是學(xué)科核心素養(yǎng).通過(guò)近幾年的研究和討論，學(xué)科育人的價(jià)值主要體現(xiàn)在培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀、必備的品格和關(guān)鍵能力.具體到物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”.

提升學(xué)生的核心素養(yǎng)是當(dāng)下物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)［1］，無(wú)論是創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境、展示必要的實(shí)驗(yàn)，還是設(shè)計(jì)與操作實(shí)驗(yàn)探究，都要滲透提升核心素養(yǎng)的核心目標(biāo).教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的展示，利用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用自制實(shí)驗(yàn)器材探究實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)科學(xué)推理與論證，聯(lián)系實(shí)際生活的實(shí)踐應(yīng)用等方法［2］，引導(dǎo)學(xué)生深刻領(lǐng)悟自然現(xiàn)象背后的物理規(guī)律，形成物理觀念.

1 基于提升學(xué)生核心素養(yǎng)的教材分析

教材知識(shí)框架下，學(xué)生通過(guò)前兩節(jié)的學(xué)習(xí)，知道了電功和電功率的概念，學(xué)會(huì)了在不同情境下利用不同的公式進(jìn)行計(jì)算.本節(jié)課的任務(wù)是從能量轉(zhuǎn)化的角度，觀察生活中與電熱有關(guān)的現(xiàn)象，探究影響電熱的因素，學(xué)會(huì)不同電路中電熱的計(jì)算，探討電流的熱效應(yīng)在生活中的應(yīng)用與危害.從現(xiàn)象到規(guī)律，從定性到定量，從規(guī)律到應(yīng)用，從特殊到一般，循序漸進(jìn)，符合物理學(xué)科的特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.

2 以核心素養(yǎng)為先導(dǎo)的教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

2.1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)引入，體驗(yàn)電流的熱效應(yīng)

如圖1所示來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這是蓄電池和電阻絲，通電后請(qǐng)大家觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

問(wèn)題：思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明了什么？其中的能量轉(zhuǎn)化是怎樣的？

生：通電后電阻絲變紅，說(shuō)明導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)會(huì)發(fā)熱，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

師：這種現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng).這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量簡(jiǎn)稱電熱，用Q表示.

設(shè)計(jì)思路：用實(shí)驗(yàn)引入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，用明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加深學(xué)生對(duì)電流熱效應(yīng)的感知，通過(guò)問(wèn)題的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)或生活現(xiàn)象中歸納、概括事物或過(guò)程本質(zhì)特征的能力，促進(jìn)學(xué)生理解物理概念，形成物理觀念.

2.2 通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)

問(wèn)題1：請(qǐng)大家猜想，電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)并說(shuō)出依據(jù)？

生1：與時(shí)間有關(guān).電熱水壺通電時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多，水溫越高.

生2：與電流有關(guān).剛才的實(shí)驗(yàn)中通電前電阻絲不發(fā)熱，通電后電阻絲發(fā)熱.

生3：與電阻有關(guān).實(shí)驗(yàn)中，通電后電阻絲發(fā)熱發(fā)紅，而與其串聯(lián)的導(dǎo)線卻沒(méi)有明顯的發(fā)熱現(xiàn)象.

問(wèn)題2：既然電熱與多個(gè)因素有關(guān)，采用什么實(shí)驗(yàn)方法探究呢？

生：控制變量法.

電熱與時(shí)間的關(guān)系是顯而易見(jiàn)的.今天重點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究電熱與電流、電阻的關(guān)系.

問(wèn)題3：怎么探究電熱與電阻的關(guān)系呢？設(shè)計(jì)中需要思考討論清楚以下問(wèn)題：

a.要控制誰(shuí)不變？怎么控制？

b.要改變誰(shuí)？怎么改變？

c.怎么顯示電流的大?。?/p>

d.怎么保護(hù)電路？

e.請(qǐng)畫(huà)出電路圖.

f.怎么比較電熱的大??？

小組內(nèi)思考討論，將最終設(shè)計(jì)的電路圖畫(huà)在伴學(xué)案中，請(qǐng)核心發(fā)言人以問(wèn)題為提綱進(jìn)行設(shè)計(jì)分享.

分享一：

利用滑動(dòng)變阻器控制電流相同，換阻值不同的電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

分享二：

將阻值不同的電阻串聯(lián)，控制電流相同，只需連接一次電路.將電熱轉(zhuǎn)換為比熱容較小的物質(zhì)溫度的升高量.

要順利完成實(shí)驗(yàn)，不僅要有科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還要關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié).

問(wèn)題4：思考討論實(shí)驗(yàn)中需要注意哪些細(xì)節(jié)？

生：電源用穩(wěn)壓輸出，注意正負(fù)極；根據(jù)電流的需求調(diào)節(jié)電壓的大小；可以用電源開(kāi)關(guān)控制電路的通斷；連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)要斷開(kāi)；閉合開(kāi)關(guān)前滑動(dòng)變阻器要放在最大阻值處；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后及時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān).

問(wèn)題5：觀察提供的實(shí)驗(yàn)器材，今天要用電阻絲加熱什么物質(zhì)？與煤油相比有什么優(yōu)點(diǎn)呢？

生：加熱空氣.有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，方便安全，比熱容更小，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯.

下面請(qǐng)大家小組內(nèi)分工合作，按照?qǐng)D2所示完成實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，得出結(jié)論.圖2 加熱實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：________________________________

問(wèn)題6：怎么探究電熱與電流的關(guān)系呢？同樣需要思考討論清楚以下問(wèn)題：

a.要控制誰(shuí)不變？怎么控制？

b.要改變誰(shuí)？怎么改變？

c.怎么顯示電流的大?。?/p>

d.怎么保護(hù)電路？

e.為了節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，前面設(shè)計(jì)的電路和數(shù)據(jù)有哪些可借用之處？

f.請(qǐng)畫(huà)出電路圖.

分享一：選一個(gè)電阻，用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電流的大小.

分享二：可以借用第一次連接的電路，以溫度升高較快的大電阻為研究對(duì)象.可以借用第一次I=1 A時(shí)的數(shù)據(jù)，再調(diào)節(jié)一次電流即可.

下面請(qǐng)大家小組內(nèi)分工合作，完成實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，得出結(jié)論.

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：_____________________________________

最終得到定性關(guān)系：電流越大，電阻越大，時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的電熱越多.

設(shè)計(jì)思路：引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷完整的科學(xué)探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合真實(shí)情境提出物理問(wèn)題，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或事實(shí)提出猜想或假設(shè)，依據(jù)物理原理應(yīng)用科學(xué)方法設(shè)計(jì)制定實(shí)驗(yàn)方案，正確使用基本的測(cè)量工具和實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得實(shí)驗(yàn)證據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)對(duì)猜想與假設(shè)做出判斷，從而解決問(wèn)題并得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論的科學(xué)探究能力.

2.3 嘗試?yán)美碚撏茖?dǎo)，探索電熱與電流、電阻、時(shí)間的定量關(guān)系

問(wèn)題：我們對(duì)物理規(guī)律的研究往往采用實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)兩種方法，請(qǐng)大家利用所學(xué)物理知識(shí)，在純電阻電路中推導(dǎo)得出電熱與電流、電阻、時(shí)間的定量關(guān)系？

生：Q=W=UIt=I2Rt

設(shè)計(jì)思路：讓學(xué)生體驗(yàn)研究物理規(guī)律的兩種不同手段，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索精神，將這種探索世界的精神踐行于生活與學(xué)習(xí)中.

2.4 實(shí)踐應(yīng)用，探討電流的熱效應(yīng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用與危害

問(wèn)題1：請(qǐng)同學(xué)解釋開(kāi)始實(shí)驗(yàn)中通電后為什么電阻絲發(fā)熱發(fā)紅，而與其串聯(lián)的導(dǎo)線卻沒(méi)有明顯的發(fā)熱現(xiàn)象？

問(wèn)題2：探討電流的熱效應(yīng)在生活中的應(yīng)用與危害？

問(wèn)題3：探討減小和預(yù)防危害的方法？

設(shè)計(jì)思路：培養(yǎng)學(xué)生能分析問(wèn)題情境，明確研究對(duì)象，弄清物理過(guò)程，應(yīng)用物理觀念的能力；能從物理的角度認(rèn)識(shí)和解釋生活中物理現(xiàn)象的能力，提升實(shí)踐應(yīng)用能力［3］.

核心素養(yǎng)的提升可以滲透于教學(xué)設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié).教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)設(shè)計(jì)直觀的物理實(shí)驗(yàn)，設(shè)置精準(zhǔn)的核心問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理概念和物理規(guī)律等在頭腦中進(jìn)行提煉與升華，對(duì)知識(shí)進(jìn)行思維加工與內(nèi)化，促進(jìn)物理觀念的形成；也可以通過(guò)巧妙設(shè)置遞進(jìn)問(wèn)題的方式引導(dǎo)學(xué)生深度思考，提升學(xué)生的科學(xué)推理與論證的能力；還可以通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生完整經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力；同時(shí)也可在學(xué)科觀念的應(yīng)用中滲透對(duì)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的提升.

參考文獻(xiàn)：

［1］葉兵，孫德生.初中物理核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力的研究及測(cè)評(píng)實(shí)踐[J]. 物理教學(xué)，2017（12）：39-43.

［2］ 林紫德.21世紀(jì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的研究[M].北京：北京師范出版社，2016.

［3］ 吳夢(mèng)雷.基于培養(yǎng)學(xué)科思維能力的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教師，2021（10）：8-12.

［責(zé)任編輯：李 璟］