用問題引領課堂 凸顯核心素養
——以“閉合電路的歐姆定律”教學為例

吳瑋佳

(南京師范大學附屬中學,江蘇 南京 210000)

教師對于課堂的把控，很大程度體現在將教學內容自然地融入一系列邏輯嚴謹的問題之中。通過思路清晰的引導,在把控課堂大方向的前提下關注教學的生成性,不刻意限定學生的思維,讓學生作為學習的主體，說出教師想要表達的內容,充分參與到科學探究之中,自然地將教學內容吸收并內化。在這一過程中形成物理觀念,提高科學思維能力,體驗物理與生活的息息相關。筆者以“閉合電路的歐姆定律”一節的教學為例進行闡釋。

1 教材分析

自2017年版課程標準施行以來,核心素養就成為了廣大教師與學者熱議并深入研究的課題。對于一線教師而言,需要通過環環相扣的、嚴謹的教學思路，展現各知識點之間內在的、本質的邏輯聯系,同時關注以學生為主體的課堂生成,讓所有問題與知識點在教師引領下經由學生之口說出來,[1]以此來強化學生的物理觀念,讓學生體驗科學探究的過程,通過科學推理與論證建構物理模型,培養科學態度與責任。[2]

新版人教版教材將舊教材中“恒定電流”一章拆分為“電路及其應用”與“電能 能量守恒”兩章,明確地將高中物理電路部分的內容分為“路”與“能”兩條線,與必修系列中的“力”與“能”兩大版塊相呼應,有利于學生學習方式的延續和能量觀念的形成,符合教學邏輯。新版教材將電源電動勢的介紹直接納入了“閉合電路的歐姆定律”一節,避免了舊版教材的缺陷，舊版教材在本章開頭就引入電動勢的概念、研究電源內電路,導致學生對電動勢和路端電壓的關系一直存在疑惑和混亂。

2 教學主要問題設計

“閉合電路的歐姆定律”一節的教學主要包括認識閉合電路(尤其是內電路)、內外電壓與電源電動勢的關系、閉合電路的歐姆定律、路端電壓與負載的關系等四個部分。

2.1 靈活處理提問順序,正確處理教學重難點

問題1:實驗演示電路如圖1所示，開關閉合前后,電壓表示數會變化嗎?如何變化?原因是什么?如果是理想電源,結果應該怎樣?

圖1

教學意圖:課堂引入是整節課教學的開端，以簡單的演示實驗創設問題情境,通過實驗明確開關閉合后電壓表示數會變化,且減小,引出主線問題:減小的電壓去了哪里?設置與學生原有認知中理想電源的情形下電壓表示數不變的沖突,將學生的目光聚焦于電源內部,順理成章地猜想：變化的原因在于電源有內阻。

對于上述問題的提出順序,視學生的回答而定。若有同學認為電壓表示數不變,則可追問不變的理由,即先對理想電源進行分析,再演示實驗進行反駁，再讓猜想示數變小的學生說明理由；若學生認為會變,則先追問：如何變化？隨即進行實驗驗證,再讓學生說明理由,并追問：若是理想電源會怎樣？兩種提問的目的都是明確電壓減小的事實,為介紹電源內電路做鋪墊。

2.2 強化能量觀念,注重課堂生成,不給學生的思維限定框架

問題2:閉合電路的內、外電壓與電源電動勢之間的關系是什么?

教學意圖:以一個任務性的問題引領這部分的教學,讓學生開放思路進行推導后交流,在學生回答的過程中結合板書逐一展示重點信息。若學生先從電路中能量轉化的視角進行推導,qE=qU內+qU外,則可將表達式化簡,得到E=U內+U外,教師適時提問:這樣的推導有前提條件嗎?再引導學生將結論進一步寫成E=Ir+IR的形式,教師追問:任意電路都適用該結論嗎?如果是純電阻電路,內、外電路中靜電力做的功還可以如何描述?若學生先對純電阻電路的情形進行推導,得到：qE=I2rt+I2Rt，教師可追問：有無前提條件？對于非純電阻電路，還能這樣推導嗎?

對E=U內+U外的教學是本節課的重點，教材的處理是承接前一節焦耳定律的內容,直接以純電阻電路為例，對推導過程進行展示,得到E=Ir+IR的結論后，進一步寫成E=U內+U外。在教學中有的教師也往往會受此影響,在學生推導之前就先限定好了思路,甚至在PPT上按順序列好了類似的子問題：以純電阻電路為例,在內、外電路中靜電力各做功多少？非靜電力做功多少？這樣的提前設定迫使學生必須按照教師預設好的順序來思考,不利于學生物理觀念的形成及科學思維能力的提升。教材中的推導對學生的限制需要教師有意識地去打破,教師需起到引領作用,提出問題之后根據學生的反應進行課堂生成,適時調整問題順序,強調能量守恒的觀念以及各表達式的適用條件。

2.3 嚴謹建構物理模型,體現科學思維培養的要求

問題3:觀察閉合電路歐姆定律的表達式,負載R與內阻r是什么關系?由此可對電源內電路做怎樣的處理?你如何回答最開始提出的的問題：減小的電壓去了哪里?

教學意圖:在一些教學設計中,教師會在教學伊始介紹內電路時，就把圖2所示的電源等效電路圖展示出來,這看似心照不宣,但細想沒有邏輯和理論支撐,如果能直接給出這樣的等效形式,那就是已經默認了負載和內電阻之間的串聯分壓關系,那還需要推導閉合電路歐姆定律嗎?如果教學邏輯混亂,何談培養學生的科學思維能力呢?

圖2

因此,為突出體現內阻,在開頭介紹內電路時最多只能先模糊處理,將電源內部大致描繪出來。直到得出閉合電路的歐姆定律之后,才能明確內電阻與負載R就是串聯分壓的關系,構建起電源的等效模型。這樣的教學才能讓學生體驗由物理規律的得出到物理模型的建構的完整過程,幫助學生通過科學推理，建構物理模型,培養科學思維,同時養成嚴謹認真與實事求是的科學態度。[4]

2.4 挖掘演示實驗的教學功能,設置簡單情境,突出學生學習主體地位

問題4:用圖1所示電路進行演示，均勻移動滑動變阻器的滑片(阻值由大變小),電壓表示數如何變化?變化均勻嗎?你能從理論上進行證明嗎?

教學意圖:仍使用課堂教學開始使用的電路進行演示,使簡單的情境得到充分利用,通過現象不僅讓學生觀察到路端電壓隨負載的變化情況,還借情境推進下一步教學,讓學生推導二者之間的定量關系,這比教師直接提問更能激發學生進行科學推理與論證的興趣。此外,在理論推導之后,展示由實驗數據擬合成的U-R圖像,對函數關系進行驗證。

教材中對這一部分的處理是直接推導，給出了表達式U=E-Ir，并未對電源內阻是純電阻進行說明,并且路端電壓與負載均作為外電路的特征,學生更容易想到的可能會是U=IR。因此,運用圖1所示電路進行演示的好處在于暗示學生在此情境下可先以純電阻電路進行推導,符合學生的認知規律,同時也將內電阻問題放至下一環節再做具體說明。

問題5:如圖3所示,已知電源電動勢為3V,內阻為1Ω,直流電動機額定電壓為2V,內阻為2.5Ω,求電動機正常工作時電路中的電流。

圖3

教學意圖:創設簡單的應用情境,將負載換成電動機,以例題的形式讓學生發現此時無法用路端電壓與負載阻值之比來表示電流,“逼迫”他們轉而從內電路著手解決問題。讓學生在這一矛盾轉化的過程中體會到解決動態電路問題時需用的換元思想,同時也借助他們的“思想斗爭”引出電源內阻是純電阻的問題,借學生之口說出教師想要說的內容,充分體現了學生的學習主體地位。此外,如果學生對電源內阻是純電阻提出質疑,可讓其課后查閱資料并設計實驗進行驗證,這又可在課外培養學生的科學思維和科學探究的能力。

2.5 回歸生活應用,凸顯科學態度與責任

問題6:為什么在偏遠地區,傍晚時燈泡的亮度沒有夜深人靜時亮?

問題7:為什么用舊的電池不能使手電筒正常工作,卻還能使電子鐘正常工作?

教學意圖:在課堂的最后介紹生活中的實例,體現生活——物理——生活的整體教學思路,讓學生能夠意識到生活與物理息息相關,形成探索自然的內在動力。同時,要注意對這兩個問題的解釋一定要細致,如為了回答問題6，需要建立理想模型,將所有用電器之外的部分等效成電源電動勢與內阻,并明確燈泡的亮暗由實際功率決定,一定要分析到功率這一步,而不是分析到路端電壓減小為止。對于問題7要明確“舊電池”的特征是電源電動勢變小、內阻變大,這也是為之后動態電路的分析做鋪墊。

3 結語

對學生核心素養的培養體現在教師每一節課的每一個細節之中,是一項極具挑戰性的任務,它對教師的教學能力與學科水平都提出了相當高的要求。本文僅以“閉合電路的歐姆定律”一課為例,結合知識點間的關聯,讓問題成為主線的同時，根據學生的課堂生成靈活處理預設問題，盡可能將課堂開放化，引領學生體驗完整的探究過程，做到課課嚴謹、處處育人。