基于核心素養的高中物理教學

朱靈俊

[摘要]文章以選修3-1第二章第六節《導體的電阻》教學為例，從教材和學情分析出發，探討科學探究、科學思維在物理教學中的落實。如在實驗探究環節實施解決問題、探究能力素養的培養，用比值定義的思想方法幫助學生理解電阻率，進而培養學生的科學思維素養。

[關鍵詞]高中物理;核心素養;導體的電阻

[中圖分類號]G633.7? [文獻標識碼]A? [文章編號]1674-6058（2020）02-0049-02

新一輪高中課程改革圍繞“核心素養”展開。“核心素養”的落實，要求教師改善教學方式、豐富教學手段、構建立體式教學體系，從而讓學生在接受知識的過程中，不僅以學習知識為目的，更重要的是建立正確的人生觀、價值觀，讓學生在以后的人生道路中能夠適應社會以及個人發展的需要。

核心素養是由于時代的深刻變化和人們的觀點與時俱進而產生的，是對學生發展提出的更全面、更綜合的目標。它既包括我們常說的知識、能力、態度等的目標要求，也包括國家認同、自我管理、國際理解等目標。它是知識、能力、態度或價值觀方面的融合，既包括問題解決、探究能力、批判性思維等認知性素養，又包括自我管理、組織能力、人際交往等非認知性素養。

下面，以《導體的電阻》教學為例，談談怎樣在物理教學中更好地貫徹和落實核心素養教育。

一、教學要求分析

學科教學指導意見里的教學要求是：①知道用伏安法測量金屬絲電阻的電路，會用伏安法測量電阻。②會用刻度尺測量金屬絲的直徑;會通過實驗探究導體的電阻與長度、橫截面積的關系。③理解電阻率概念，掌握電阻定律;領會“探究導體電阻與其影響因素的定量關系”實驗中控制變量的思想。④會推導導體的電阻與長度、橫截面積的關系;定性了解金屬導體的電阻率與溫度的關系。

二、學情分析

影響導體電阻大小的因素，學生在初中就學過，多數學生知道長度、橫截面積、材料、溫度是影響導體電阻的因素，但僅知道長度長、橫截面積小，電阻就大，材料不同溫度不同，電阻也不同，都是定性、簡單的。

進入高中后，學生在這之前已經學習了電源電動勢、歐姆定律、串聯和并聯電路、焦耳定律，會設計簡單的電路圖，會根據電路圖連接實物線路，會用伏安法測電阻。

三、基于核心素養的教學要求

基于學生已有的知識水平和傳統教學，要求：

（1）根據提供的實驗器材，讓學生用控制變量法，通過小組合作探究影響導體電阻的因素，并分析數據，歸納出實驗結論。

（2）應用比值定義的思想理解電阻率的含義。

四、基于核心素養的高中物理教學設計

1.通過演示實驗引入課題

教師給學生展示兩盞正常工作的白熾燈，規格分別為“220 V，40 W”和“220 V，200 W”，觀察亮度情況，發現200 W的燈比較亮。關燈后再觀察燈絲情況，發現兩燈的燈絲粗細不同。讓學生分析原因，得到橫截面積是影響導體電阻大小的因素，再引出研究問題：影響導體電阻大小的因素還有什么？電阻大小和這些因素之間有何關系？能不能找到相應的關系式？

2.實驗探究影響導體電阻的因素

師：我們通過實驗探究導體的電阻與導體長度、橫截面積以及材料的關系。如何研究電阻與這三個因素之間的關系呢？

生：控制變量法。即控制導體的橫截面積以及材料不變，研究導體的電阻與導體長度的關系……

師：這樣一來，這個問題就等于分別研究導體的電阻與長度、導體的電阻與橫截面積、導體的電阻與材料之間的關系了。

師：這些探究中，我們要測量導體的電阻值，如何測量電阻？

生：伏安法測電阻。

師：現在提供給大家的器材有：若干粗細不同、硬度不同的鉛筆芯，放置鉛筆芯的支架，電流表，電壓表，滑動變阻器，干電池，導線等，請設計實驗電路。

為了節約時間，將全班學生分成8個小組，其中1?3組研究電阻和長度的關系，4?7組研究電阻和橫截面積的關系，第8組研究電阻和材料的關系。

鉛筆芯是學生平常學習生活中普遍用過的，鉛筆芯的主要成分是石墨和黏土，石墨具有導電性，配合粘土，其電阻又不會很小，可以避免短路。根據黏土與石墨的調配，我們可以得到不同型號的鉛筆，豐富了素材的可選擇性，能讓學生直觀地感受材料對電阻大小的影響。因此本課探究實驗采用鉛筆芯代替金屬絲，不僅增強了認同感，更重要的是可以提升科學實驗素養。

整個實驗過程需要學生全員參與，這樣就能充分發揮學生的主體作用和小組合作探究的作用。教師巡視，指導學生進行實驗探究，對學生在研究中出現的問題進行點撥指導，要求各組把數據記錄在實驗報告紙上，并進行分析，引導學生得出正確的結論，從而激發學生的學習熱情。

最后，各實驗小組代表進行實驗數據和實驗結論的匯報。初步得出結論：導線的電阻與導線的長度成正比，導線的電阻與導線的橫截面積成反比，電阻與材料的性質有關。

3.結論的理論分析

在材料一定的前提下，導體的電阻與長度成正比、與橫截面積成反比，根據串并聯電路的總電阻規律也可以得到這樣的規律：

兩因素合并得到關系式，假設正比例系數為k，得到。

然后和學生一起對k展開討論，發現有三個特點：

在實驗探究和理論探究中，沒有規定用什么材料。說明不論是何種材料，只要是同一種材料，k就是恒定不變的，與長度、橫截面積、電阻大小都無關。

不同的材料，k的數值一樣嗎？可以用學生之前探究的電阻與材料關系的實驗數據來說明。幾個導體對比，L、S都一樣，只是材料不一樣，那么根據關系式可知，若R不同，則k不同。

還發現，根據生活經驗，k的數值大小與材料的導電性能有關，k值小的，導電性能相對好些。

從而確定k可以用來反映材料對導體電阻的影響。物理學上也是這么做的，把k叫電阻率，用p來表示。這樣，上面的正比例等式變成了電阻定律公式。

類似這樣的理論推導，在必修1《加速度與質量、合外力關系》及選修3-1第一章《電場強度、電容器的電容》的學習中接觸過，學生還是能夠主動思考的。讓學生在邏輯世界中感悟電阻率的含義，自然引出電阻率。

4.電阻率分析

電阻率與溫度因素相關的教學是本節課的難點，通過一道習題和一個演示實驗的分析可以巧妙地化解教學難點。采用課本中的習題：R₁和R₂是材料相同、厚度相同、表面為正方形的導體，但R₂的尺寸比R₁小很多，通過兩導體的電流方向如圖1所示，試比較R₁和R₂的大小。

和學生討論明白L如何確定后，學生很快解出：，所以。

教師引導：體積不同的導體可以通過控制厚度使電阻相同，可以使電路微型化，集成電路的發展，電阻定律提供了理論支持，但也帶來了新的問題——散熱，散熱不好，電路不穩定，為什么溫度對電阻有影響？有什么樣的影響呢？

演示實驗展示：小電珠、學生電源、敲破玻璃的200 W的白熾燈及開關串聯成回路，如圖2所示。合上開關，小電珠發光，用打火機燒白熾燈燈絲，發現小電珠不發光了。

師生一起討論實驗現象：打火機燒燈絲，使燈絲溫度升高，燈絲電阻變大，回路電流變得很小，所以小電珠不發光了。結論是溫度升高，燈絲電阻變大。

再用電阻定律來討論：燈絲的長度不變，橫截面積不變，材料也沒變，但電阻變大了，為什么電阻率變大了。如果用電阻定律來測量某材料的電阻率，在長度、橫截面積、材料都不變的情況下，改變溫度，就能測到不同的電阻率，這就意味著電阻率和溫度具有一一對應關系。展示課本中的電阻率表，純金屬的電阻率隨溫度升高而增大，有的合金的電阻率幾乎是不變的。利用這些特點，可以按需制作不同的電阻。其他材料的電阻率和什么因素有關呢？與溫度有什么關系呢？可以課外再研究。

五、總結

總之，教師應創設鮮活、真實的學習情境，帶領學生領略物理學的價值，體驗物理學研究過程中的科學精神，從而提升物理素養。

[參考文獻]

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