基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的深度備課
——對“歐姆定律”復(fù)習(xí)課教學(xué)的思考

靳 晶

(江蘇省南京市第一中學(xué)泰山分校，江蘇 南京 210000)

《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》中提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，要求物理教師“基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)確定教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)設(shè)計過程中重視創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，通過問題解決的方法促進達成物理學(xué)科核心素養(yǎng)”。[1]教師要進行深度備課，必然要深化“以生為本”的教學(xué)理念，研究學(xué)情、研究教法，落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標，打造有學(xué)科特色的物理課堂，提高物理課堂教學(xué)效益。

物理深度備課之下追求的必定是這樣的“四動”：讓學(xué)生的腦子動起來—勤于思考，讓學(xué)生的眼睛動起來—善于觀察，讓學(xué)生的身體動起來—注重實驗，讓學(xué)生的筆動起來—思維可見。真正讓課堂動起來，讓課堂氣氛活躍起來，保持學(xué)生注意力高度集中，從而提高物理課堂的教學(xué)效果。如何圍繞課標要求進行深度備課？以下是筆者以“歐姆定律”復(fù)習(xí)課為例進行的實踐與思考。

1 明確目標，突出行為條件

教師精心研究學(xué)情、鉆研教材、研究教學(xué)方法，踐行“以生為本”的教學(xué)理念，精心設(shè)計教學(xué)目標。在“歐姆定律”復(fù)習(xí)課中設(shè)計目標如下：通過比較圖1中甲、乙、丙三個實驗電路圖，復(fù)習(xí)歐姆定律的內(nèi)容和公式，分析、解決簡單的電路問題。讓學(xué)生思考：利用上述電路圖還可以完成什么電學(xué)實驗？復(fù)習(xí)伏安法測電阻。教師介紹歐姆定律的研究過程，培養(yǎng)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、鉆研的科學(xué)精神，體會科學(xué)家研究科學(xué)的艱辛，充分認識到科學(xué)探究的艱難以及科學(xué)精神的可貴。

圖1

2 創(chuàng)設(shè)情景，引發(fā)認知沖突

教師展示自制的調(diào)光燈，并請學(xué)生來調(diào)節(jié)調(diào)光燈的亮度，由調(diào)光燈亮度的改變引入歐姆定律。復(fù)習(xí)提問：如何改變調(diào)光燈的亮度？如果將電壓調(diào)向“最大”或把電阻調(diào)向“最小”，小燈泡會越來越亮嗎？很多學(xué)生會認為當然可以。此時教師演示實驗：將調(diào)光燈電路中的電壓增大到一定程度(或電阻減小到一定程度)，燈泡燒壞。這一貌似“實驗事故”的教學(xué)設(shè)計引發(fā)了學(xué)生“認知沖突”，學(xué)生沒有見過成品調(diào)光燈因調(diào)節(jié)亮度開關(guān)而燒壞燈泡，也沒有料到教師做演示實驗也會“失敗”。這時候，教師及時講解“事故”背后的“故事”，可大大激發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識應(yīng)用于生產(chǎn)生活實踐的興趣。

復(fù)習(xí)教學(xué)時教師把物理重難點知識融于情景之中，注重引發(fā)學(xué)生的認知沖突，既可以充分調(diào)動學(xué)生的思維，又可以通過科學(xué)方法的訓(xùn)練發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提升物理課堂教學(xué)的效果，提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

3 設(shè)計實驗，關(guān)注探究過程

針對學(xué)生不同的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、知識儲備以及學(xué)習(xí)方式，教師要根據(jù)學(xué)情準確設(shè)計適合學(xué)生的教學(xué)方法。由于學(xué)生知識儲備、反饋能力不同，教師的預(yù)設(shè)也應(yīng)該結(jié)合學(xué)情、實情。

在本節(jié)復(fù)習(xí)課上，教師可以把三個實驗電路圖放在一起讓學(xué)生進行比較，選擇合適的電路圖來探究電流與電壓、電流與電阻關(guān)系的實驗，并說明理由。

大多數(shù)學(xué)生都能選擇出乙圖，教師此時可以設(shè)計問題串引發(fā)學(xué)生思考：為什么不選擇甲圖？學(xué)生會想到：甲電路圖中缺少滑動變阻器，因而不符合實驗要求。接著教師在此基礎(chǔ)上提出第2個問題：滑動變阻器在探究電流與電壓關(guān)系以及電流與電阻關(guān)系實驗中分別有什么作用？幫助學(xué)生復(fù)習(xí)滑動變阻器在上述實驗中的作用。繼續(xù)問學(xué)生：為什么不選擇丙圖？學(xué)生會想到丙電路圖中的小燈泡的電阻并不是定值電阻，因而無法完成探究實驗。

采用比較法將3個實驗電路圖直接進行比較，這樣既能引發(fā)學(xué)生思維的碰撞，又能提高學(xué)生對歐姆定律實驗原理的掌握程度。

在熟練掌握探究電流與電壓、電流與電阻關(guān)系的實驗電路圖的基礎(chǔ)上，可設(shè)計如下問題串：在探究I-U關(guān)系的實驗中需要保持什么物理量不變？改變什么物理量？怎么改變導(dǎo)體兩端的電壓？在此基礎(chǔ)上教師還可以追問：還有其他的方法嗎？引導(dǎo)學(xué)生提出改變導(dǎo)體兩端的電壓的另一種方法：改變電路中的電源電壓。這時候請學(xué)生對比分析：這兩種實驗方案哪種更加方便簡潔？除了操作方便以外，使用滑動變阻器還有哪些優(yōu)點？在調(diào)節(jié)滑動變阻器時應(yīng)該先看哪個電表的示數(shù)？同樣，在探究I-R關(guān)系的實驗中也可以參照上述問題來進行提問。

通過問題串的形式提出有深度的問題，可以幫助學(xué)生將所學(xué)知識升華，學(xué)以致用。讓學(xué)生意識到科學(xué)家將知識運用到生活生產(chǎn)中時，簡便往往也是科學(xué)家考慮問題的一個非常重要的因素，體現(xiàn)了物理核心素養(yǎng)中的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

4 掌握規(guī)律，強化模型建構(gòu)

模型建構(gòu)對解決物理問題有很大的幫助，其中建構(gòu)數(shù)學(xué)模型是解決物理問題的重要環(huán)節(jié)。合理運用一次函數(shù)知識解答物理問題，可以對初中生的物理學(xué)習(xí)起到很大的促進作用。[2]在“歐姆定律復(fù)習(xí)課”中，筆者設(shè)計了一道例題來培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力。

例1：表1表2是“研究電流與電壓、電阻關(guān)系”的實驗數(shù)據(jù)記錄。

圖2

電壓U/V2.03.05.0電流I/A0.200.300.50

表2 (U=3 V)

(1)分析表1中 數(shù)據(jù)，可得出什么結(jié)論？

(2)分析表2中數(shù)據(jù)，可得出什么結(jié)論？

分析表1時，學(xué)生運用了兩種方法：(1) 求出通過導(dǎo)體的電流與此時導(dǎo)體兩端的電壓之比，由于其比值為定值，可以得出結(jié)論:I與U成正比。(2) 畫出I-U圖像(圖3)，I-U圖像是正比例函數(shù)圖像，也可說明I與U成正比。

圖3

圖4

在運用一次函數(shù)知識得出物理量之間的關(guān)系時，往往不只有兩個物理量，常常采用控制變量法，即只改變其中某一個物理量，控制其他物理量相等，再結(jié)合一次函數(shù)分析得出結(jié)論。得出的結(jié)論需要考慮自變量與因變量之間的關(guān)系，自變量就是本身發(fā)生變化的物理量,應(yīng)變量就是由于自變量發(fā)生變化而引起的變化 。[3]

物理與數(shù)學(xué)關(guān)系十分密切,許多物理題用物理公式代入數(shù)值后能將其化歸為一次函數(shù),建立起數(shù)學(xué)模型,從而迅速準確地求解。應(yīng)在正確理解物理概念的基礎(chǔ)上,注意到數(shù)學(xué)方法與解題技巧的運用,提高解決實際問題的能力。

5 應(yīng)用知識，留有創(chuàng)新空間

在以上電路圖的基礎(chǔ)上，可以發(fā)散學(xué)生思維，幫助學(xué)生活學(xué)活用。教師可以設(shè)計問題串：(1) 你認為利用上述電路圖還可以完成什么電學(xué)實驗？學(xué)生會想到用伏安法測電阻。(2) 該實驗原理是什么？滑動變阻器的作用是什么？若還想利用上述器材測量小燈泡的電阻，能否繼續(xù)用探究I-U關(guān)系的電路圖？在原來電路圖的基礎(chǔ)上如何改進？

引導(dǎo)學(xué)生將三個重要實驗進行對比分析。還可以設(shè)計以下表格，請學(xué)生來辨別這3個實驗的相同和不同之處。

實驗名稱滑動變阻器的作用多次測量的目的電路圖研究電流與電壓的關(guān)系研究電流與電阻的關(guān)系運用伏安法測定值電阻的阻值

6 結(jié)語

從物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標出發(fā)，以生為本，深層次思考、研究教學(xué)，并且進行深度備課，有利于教師因材施教，提升自身的學(xué)科素養(yǎng)和教育素養(yǎng)，從而順利達成教學(xué)目標。