基于提升學生核心素養的初中物理教學設計

摘 要：文章從培養學生核心素養的角度，對蘇科版初中物理教材九年級下冊第十五章第3節《電熱器電流的熱效應》進行教學設計，并進行教學反思，總結得出核心素養的提升可以滲透于教學設計的每個環節.

關鍵詞：核心素養；電流的熱效應；教學設計

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）26-0110-03

作者簡介：謝亭葉（1987.1-），女，江蘇省常州人，本科，中小學一級教師，從事初中物理教學研究.

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

2016年9月《中國學生發展核心素養》以項目研究成果的方式正式發布.“核心素養”研究與討論歸根結底是要解決“培養什么人”的問題，但是又不能憑空培養，需要以學科為載體，在具體的學科內容教學中，結合學科本身的特點和學生身心發展規律，在每一堂課的教學設計中落實核心素養的培養，才能對教學改革起到積極的推動作用.本輪課程改革的核心與關鍵是學科核心素養.通過近幾年的研究和討論，學科育人的價值主要體現在培養學生正確的價值觀、必備的品格和關鍵能力.具體到物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”.

提升學生的核心素養是當下物理課堂教學設計的核心目標［1］，無論是創設真實的物理情境、展示必要的實驗，還是設計與操作實驗探究，都要滲透提升核心素養的核心目標.教師在實驗教學設計時可通過創新實驗的展示，利用問題引導學生設計實驗，利用自制實驗器材探究實驗，結合實驗數據科學推理與論證，聯系實際生活的實踐應用等方法［2］，引導學生深刻領悟自然現象背后的物理規律，形成物理觀念.

1 基于提升學生核心素養的教材分析

教材知識框架下，學生通過前兩節的學習，知道了電功和電功率的概念，學會了在不同情境下利用不同的公式進行計算.本節課的任務是從能量轉化的角度，觀察生活中與電熱有關的現象，探究影響電熱的因素，學會不同電路中電熱的計算，探討電流的熱效應在生活中的應用與危害.從現象到規律，從定性到定量，從規律到應用，從特殊到一般，循序漸進，符合物理學科的特點和學生的認知規律.

2 以核心素養為先導的教學過程設計

2.1 創新實驗引入，體驗電流的熱效應

如圖1所示來進行實驗，這是蓄電池和電阻絲，通電后請大家觀察實驗現象.

問題：思考實驗現象說明了什么？其中的能量轉化是怎樣的？

生：通電后電阻絲變紅，說明導體中有電流通過時會發熱，將電能轉化為內能.

師：這種現象稱為電流的熱效應.這個過程中產生的熱量簡稱電熱，用Q表示.

設計思路：用實驗引入，激發學生的學習興趣，用明顯的實驗現象，加深學生對電流熱效應的感知，通過問題的引導，培養學生從實驗或生活現象中歸納、概括事物或過程本質特征的能力，促進學生理解物理概念，形成物理觀念.

2.2 通過設計實驗，探究電流的熱效應與哪些因素有關

問題1：請大家猜想，電流的熱效應與哪些因素有關并說出依據？

生1：與時間有關.電熱水壺通電時間越長，產生的熱量越多，水溫越高.

生2：與電流有關.剛才的實驗中通電前電阻絲不發熱，通電后電阻絲發熱.

生3：與電阻有關.實驗中，通電后電阻絲發熱發紅，而與其串聯的導線卻沒有明顯的發熱現象.

問題2：既然電熱與多個因素有關，采用什么實驗方法探究呢？

生：控制變量法.

電熱與時間的關系是顯而易見的.今天重點設計實驗探究電熱與電流、電阻的關系.

問題3：怎么探究電熱與電阻的關系呢？設計中需要思考討論清楚以下問題：

a.要控制誰不變？怎么控制？

b.要改變誰？怎么改變？

c.怎么顯示電流的大小？

d.怎么保護電路？

e.請畫出電路圖.

f.怎么比較電熱的大小？

小組內思考討論，將最終設計的電路圖畫在伴學案中，請核心發言人以問題為提綱進行設計分享.

分享一：

利用滑動變阻器控制電流相同，換阻值不同的電阻進行實驗.

分享二：

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

要順利完成實驗，不僅要有科學的實驗設計還要關注實驗細節.

問題4：思考討論實驗中需要注意哪些細節？

生：電源用穩壓輸出，注意正負極；根據電流的需求調節電壓的大小；可以用電源開關控制電路的通斷；連接電路時開關要斷開；閉合開關前滑動變阻器要放在最大阻值處；實驗結束后及時斷開開關.

問題5：觀察提供的實驗器材，今天要用電阻絲加熱什么物質？與煤油相比有什么優點呢？

生：加熱空氣.有利于學生實驗，方便安全，比熱容更小，實驗現象更明顯.

下面請大家小組內分工合作，按照圖2所示完成實驗記錄數據，得出結論.圖2 加熱實驗裝置圖

實驗結論：________________________________

問題6：怎么探究電熱與電流的關系呢？同樣需要思考討論清楚以下問題：

a.要控制誰不變？怎么控制？

b.要改變誰？怎么改變？

c.怎么顯示電流的大小？

d.怎么保護電路？

e.為了節約實驗時間，前面設計的電路和數據有哪些可借用之處？

f.請畫出電路圖.

分享一：選一個電阻，用滑動變阻器調節電流的大小.

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象.可以借用第一次I=1 A時的數據，再調節一次電流即可.

下面請大家小組內分工合作，完成實驗記錄數據，得出結論.

實驗結論：_____________________________________

最終得到定性關系：電流越大，電阻越大，時間越長，產生的電熱越多.

設計思路：引導學生經歷完整的科學探究過程，培養學生結合真實情境提出物理問題，依據經驗或事實提出猜想或假設，依據物理原理應用科學方法設計制定實驗方案，正確使用基本的測量工具和實驗器材進行實驗操作，對收集的數據進行處理獲得實驗證據，根據實驗證據對猜想與假設做出判斷，從而解決問題并得到實驗結論的科學探究能力.

2.3 嘗試利用理論推導，探索電熱與電流、電阻、時間的定量關系

問題：我們對物理規律的研究往往采用實驗探究和理論推導兩種方法，請大家利用所學物理知識，在純電阻電路中推導得出電熱與電流、電阻、時間的定量關系？

生：Q=W=UIt=I2Rt

設計思路：讓學生體驗研究物理規律的兩種不同手段，學習科學家的探索精神，將這種探索世界的精神踐行于生活與學習中.

2.4 實踐應用，探討電流的熱效應在實際生活中的應用與危害

問題1：請同學解釋開始實驗中通電后為什么電阻絲發熱發紅，而與其串聯的導線卻沒有明顯的發熱現象？

問題2：探討電流的熱效應在生活中的應用與危害？

問題3：探討減小和預防危害的方法？

設計思路：培養學生能分析問題情境，明確研究對象，弄清物理過程，應用物理觀念的能力；能從物理的角度認識和解釋生活中物理現象的能力，提升實踐應用能力［3］.

核心素養的提升可以滲透于教學設計的每個環節.教師在教學設計時，可以通過設計直觀的物理實驗，設置精準的核心問題，引導學生對物理概念和物理規律等在頭腦中進行提煉與升華，對知識進行思維加工與內化，促進物理觀念的形成；也可以通過巧妙設置遞進問題的方式引導學生深度思考，提升學生的科學推理與論證的能力；還可以通過引導學生完整經歷實驗探究的過程，提升學生的科學探究能力；同時也可在學科觀念的應用中滲透對科學態度與責任的提升.

參考文獻：

［1］葉兵，孫德生.初中物理核心素養與關鍵能力的研究及測評實踐[J]. 物理教學，2017（12）：39-43.

［2］ 林紫德.21世紀學生發展核心素養的研究[M].北京：北京師范出版社，2016.

［3］ 吳夢雷.基于培養學科思維能力的高中物理教學設計[J].物理教師，2021（10）：8-12.

［責任編輯：李 璟］