基于探究問題發展學科核心素養
——以閉合電路歐姆定律教學為例

陳敬華

(廣西北海市合浦廉州中學 536100)

問題是學生思維的引擎，學生的思維是圍繞問題展開的，好的問題能直指課堂的核心知識，啟迪學生思維，為探究過程指明方向，如何讓學生發現問題，提出問題，就要創設物理情景，問題的提出要情景化，是基于物理學概念、規律、理論的形成特點.所以基于物理情景發現問題，提出問題，基于情景中的問題展開探究，在探究中形成和理解物理概念和規律，在探究中發展科學思維，利用所學的概念和規律通過科學思維解決情景化的問題，形成物理觀念，是物理課堂教學發展學生核心素養的基本路徑，必然要求；物理情景化的特質與要求告訴我們，物理情景的創設要基于生活與自然、體現物理學科特點、內含問題，簡明扼要，要做到歷史性與時代性相結合，要能激發學生的興趣；其具體策略是：(1)通過聯系生活、生產、自然現象創設情境，(2)通過實驗創設情境，(3)通過動畫、視頻創設情境，(4)通過回顧物理學發展史創設情境，(5)通過復習舊知識創設情境.

一、閉合電路的歐姆定律的教學的情景創設

設計如圖1所示的右側電路，當燈泡接上兩節干電池時，燈泡發光，但還不是最亮，為使燈泡更亮怎么辦呢？(學生討論)多數學生認為接上電壓更大的電池，接著展示左側電路，接上9V(舊)電池會怎么樣？此時多數學生認為燈泡會燒掉，結果燈泡更暗，為什么？測出此時的燈泡的電壓只有0.5V左右，是否舊電池的電壓太低了，斷開燈泡與電池的連接，測出此時電池的電壓約7.5V，提出核心問題，7V的電壓到哪里去？通過學生的討論分析得出只能是電池的內部分掉那7V的電壓，接著圍繞丟掉的7V的電壓到哪里去對電池展開探究.

點評上述情景的創設簡明扼要，沒有一點的花架子，很容易讓學生提出要探究的問題：9V的舊電池給燈泡供電不如3V的電池亮的原因是什么？問題打破了學生的原有認知，引起認知沖突，激發學生的探求欲望，樸素而高效，直指本課的教學核心.

物理問題的探究要深度化，即探究問題的結論要觸及學科知識的內核，要能讓學生通過探究過程及結果建立正確的物理概念，規律，及概念規律間的關聯，進而形成體系化的學科核心知識架構，促進學生物質觀、運動觀、能量觀的建構，探究問題的過程要凸顯科學思維和方法，要具有層次性，由淺入深，層層遞進，由低階思維到高階思維，突出模型建構、科學推理、科學論證、等科學思維的體驗，通過對問題的深度探究，培養學生的批判性思維，使學生的思維是基于事實和證據的，獨立而不盲從，具有創新和多元，敢于質疑；探究過程要致力于培養學生解析、分析物理現象、過程、結論的意識、角度和眼光，使學生學會猜想與假設，設計實驗與制定計劃，進行實驗與收集證據，分析論證、評估、交流與合作，基于物理現象和過程，構建物理模型，運用分析綜合、推理計算，聯想與遷移，形成物理學科的概念、命題、理論的思維方式、認識模式和觀念、思想，形成物理學科文化和物理學科本質的人文精神、科學精神、科學責任，形成物理學科的精氣神，并能感悟到物理學科獨特的魅力，產生對物理學持久的熱愛和興趣.

二、歐姆定律的探究過程設計如下

基于實驗提出7V的電壓到哪里去后，接著圍繞這一問題設計實驗展開探究，設計學生的活動程序如下：

活動1：學生給如圖2所示的電路中的電壓傳感器標上正負極，后按電路圖連接好電路；

活動2：學生通過實驗探究內外電壓的關系；

活動3：選取其中的兩組進行分析、討論，數據如下：

根據實驗結果設計如下兩個問題：

(1)等效電路如圖3所示由實驗數據可得內外電壓之和為一常數，這個常數有何物理意義呢？引導學生先從能量守恒的角度去探究常數的意義，對問題(1)的探究路徑可根據學生的實際設計如下階梯問題：①設電路的電流為I，經時間Δt，通過電路的電荷量q是多少？②外電路消耗多少電能？內電路又消耗多少電能？消耗的電能從何而來？③由實驗結論U外+U內=常數(k)兩邊同乘q后你有何發現？由此可得常數k表示什么意思？由qU外+qU內=q·k及能量守恒可得：k表示單位電荷循環一周的過程中，電源把其它形式的能轉化為電能的數值，即單位電荷循環一周的過程中非靜電力所做的功，從而建立電動勢概念及歸納總結出閉合電路的歐姆定律；再讓學生利用移動探針按如圖4所示的電路沿電流方向，測出各點的電勢，并在坐標系中畫出A、B、C、D、E、F各點的電勢，(設A點的電勢為0，結果如圖5所示)，學生從圖像中容易得到k=ΔU1+ΔU2，且沿閉合電路一周，電勢的總升高等于電勢的總降落，使學生從另以側面理解閉合電路歐姆定律，這樣對定律的理解更完整、全面.

(2)內外電壓隨外電阻的變化如何變化？對此問題的探究可解析7V的電壓到哪里去，回答開始提出的問題.

點評把演示實驗改為學生的分組實驗突出學生在探究問題的主題地位，通過學生的實驗操作，數據獲取及分析討論，能多維度提升學科素養，從能量守恒的角度對U外+U內=常數(k)中常數物理意義的探究，設計階梯型問題可以降低探究的難度，培養學生利用能量觀點分析物理問題的習慣，利于能量觀念的形成，通過作電勢分布圖像，使學生更能深刻理解閉合電路歐姆定律，對概念、規律達到深度化理解.

學生學習新知識的過程本質是發現問題，解決問題的過程，物理概念、規律的教學過程要運用問題模型，使學生學習的知識問題化，經歷情景—問題—探究—結論(概念與規律)的實踐過程，形成物理觀念，發展科學思維，提升科學探究能力，樹立科學責任和態度.