落實新課標實施新教法下“焦耳定律實驗”的課堂教學

孫守輝

【摘要】在新課標理念下，應該如何通過實施新教法來使課堂教學提質增效已經成為教學重點，把知識向素養方面進一步轉變，注重知識學習的同時，更重要的是學習的方法和發展學生的科學素養.平時的教學中，要優化教學設計，精心設計教學內容，深挖學生的思維.

【關鍵詞】初中物理；焦耳定律；實驗教學

在新課標理念下，應該如何通過實施新教法來使課堂教學提質增效已經成為當今教學的重點，把知識向素養方面進一步轉變，注重知識學習的同時，更重要的是學習的方法和發展學生的科學素養.本文以“焦耳定律實驗”為例，賦能和探討此實驗課堂教學，此實驗是來源于人教版教材的演示實驗，重點是教師演示、學生觀察得出實驗結論的過程.“探究電熱影響因素實驗”中，涉及的內容比較多，綜合性強，能夠考查學生經歷觀察、分析、判斷推理等科學探究過程，可讀性、自主性強，因此在此實驗中，首先要培養學生閱讀課本的能力，對實驗采用科學的探究方法進行探究，在“問題、證據、解釋、交流”等要素中，培養學生科學探究的核心素養.在教學中可以從科學探究的不同要素進行深度解讀，以此理解如何進行實驗.

例題? 請認真觀察圖甲和圖乙，這是探究“電流通過導體時產生熱量與哪些因素有關”的實驗，在這個實驗中，設計了如下甲和乙兩種方案，請根據圖甲和圖乙回答以下提出的不同問題.

（1）實驗中，要比較電阻絲產生的熱量的多少，可以通過觀察U形管中的變化來比較，U形管變化是因為容器中空氣的溫度發生了變化.這里采用的物理研究方法是.

（2）實驗中，兩個完全相同的透明容器中要（選填“密閉”或“開口”）；內部裝有初溫和相等的空氣，此透明密閉容器和U形管（填“是”或“不是”）連通器.盒內封閉一定量的空氣的優點是.

（3）甲裝置采用串聯電路可以控制相同和相同，通過甲裝置可以看出，它是在探究電流產生的熱量與的關系，通電一段時間后，（填“左”或“右”）側容器中電流產生的熱量較多.由此可知：在電流和通電時間相同時，越大，產生的熱量越多，且左、右兩根電阻絲產生的熱量之比是? ?.

（4）在乙裝置中，發現與甲裝置不同之處是，外部并聯一個電阻，電阻R3的作用主要是.

（5）采用乙裝置可以用來探究電流產生的熱量與的關系；在乙裝置的實驗中，通電一段時間，可以發現兩個U形管液面高度差比較大的是容器（選填“左”或“右”），也就說明此容器產生熱量多.

（6）通過乙裝置的實驗可知：在電阻和通電時間相同時，越大，產生的熱量越多，由此可知乙裝置中左、右兩根電阻絲產生的熱量之比是.兩種裝置實驗中，發現在通電一段時間后，左側的U形管液面高度幾乎沒有變化，則出現該現象的原因可能是.

（7）乙裝置中，若通電一段時間后，左側液面明顯上升，右側液面無變化則可能是（選填“R2”或“R3”）斷路.若將R3和R2并聯后接入右邊密閉容器中，則可研究電流產生的熱量與的關系.

（8）若乙圖中盒外連接的電阻R3阻值由5Ω更換為10Ω，（選填“仍能”或“不能”）完成該實驗探究.

（9）此實驗的依據是電流的效應，當家庭電路中的導線連接處接觸不良時，該處電阻會增大，容易引發火災，則圖? （選填“甲”或“乙”）的實驗結論可以用來解釋這種現象.

答案? （1）液面高度差；液面高度差；轉換法.（2）密閉；質量；不是；空氣受熱容易膨脹，便于實驗觀察.（3）電流；通電時間；電阻；右；電阻；1∶2.（4）使通過R1和R2的電流不同.（5）電流；左.（6）電流；4∶1；空氣盒氣密性不好.（7）R3；電阻.（8）仍能.（9）熱；甲.

解析? 縱觀此題各問層層遞進，從不同的方向進行了不同角度的考查，不僅從科學探究的各個環節進行了考查，同時也對實驗的評價、改進和應用能等方面進行了考查.

（1）電熱的多少需要根據轉換法來反映，當容器中空氣的溫度發生了變化時，氣體受熱膨脹導致U形管中液面發生變化，這是物理實驗常用的方法，U型管中液面高度差越大，說明電阻絲產生的熱量越大.

（2）實驗中，為了讓實驗效果明顯，透明的容器要密閉，密封性好，內部裝有質量相等的空氣，選用空氣的好處是空氣受熱容易膨脹，便于實驗觀察.裝置圖中的兩個U形管上端不都是開口的，有一端在密閉容器中，所以不符合連通器定義，故它不是連通器.

（3）通過觀察甲裝置可以看出，甲裝置中兩電阻進行串聯，這樣做的目的是使通過兩個電阻的電流和時間是相等的，電流和時間是這個實驗的不變量，兩個電阻是不同的，為變量，因此甲裝置實驗是用來探究電熱與電阻的關系.此實驗是通過U形管中液面的高度差反映電熱大小，不難看出右側高度差大，說明右側容器內電熱多，由此可知：在通電時間和電流相同時，電阻越大，產生的熱量越大，根據焦耳定律可知，電阻產生的熱量與電阻大小成正比，因此左、右兩根電阻絲產生的熱量之比是1∶2.

（4）在乙裝置中，通過與電阻R2并聯一個電阻R3，由于干路電流大于支路電流，也就是使通過R1和R2的電流不同.

（5）觀察圖乙裝置不難發現，兩容器中有大小相同的電阻，由于右側并聯一個電阻進行分流，使通過兩個電阻電流不同，這就說明此實驗裝置可以探究電熱與電流的關系；通電一段時間后，乙裝置中左、右兩個透明容器中，左側U型管內液面的高度差大，因此在相同時間內左容器產生熱量較多.

（6）對于結論的得出需要運用控制變量法的思維進行歸納，乙裝置實驗中，電阻、時間相同，電流不同，由此可知：在電阻和通電時間相同時，電流越大，電流通過導體產生的熱量越多，根據焦耳定律可知，電熱與電流的二次方成正比，由（5）可知，左側電阻的電流為右側電阻電流的二倍，因此乙裝置中左、右兩根電阻絲產生的熱量之比是4∶1.不管在哪種裝置實驗中，通電一段時間后，若出現U形管液面高度幾乎沒有變化，導致這種現象的原因可能是透明的密閉容器的氣密性不好導致熱量散失.

（7）若在乙裝置中，若通電一段時間后，左側液面明顯上升，若R3斷路，此容器將不會產生熱量，所以右側液面幾乎無變化.若將R3和R2并聯后接入右邊密閉容器中，此時右側容器內的電阻為2.5Ω，與左側電阻不同，并且是串聯，因此可以研究電流產生的熱量與電阻的關系.

（8）若將乙圖中容器外連接的電阻R3阻值由5Ω更換為10Ω，它仍能起到分流的作用，使通過R1和R2的電流不同，所以仍能完成電熱與電流關系的實驗探究.

（9）此實驗是通過把電能轉化為內能，導致容器內氣體的溫度發生變化，所以此實驗的依據是電流的熱效應，當家庭電路中的導線連接處接觸不良時，該處電阻會增大，容易引發火災，由于接觸處和其他位置是串聯，電流和時間是相同的，接觸處電阻越大則產生熱量越多，不難發現根據圖甲的實驗結論可以用來解釋這種現象.

點評? 對于這個“探究電流產生的熱量與哪些因素有關的實驗”，通過對演示實驗的拓展，運用發散思維的角度去變式成不同的問題，能促進學生的思維的能力的發展.在課堂教學中，要深入挖掘其特點，結合新課標理念去設計新的方法，促進學生各種能力的提高.

結語

在平時的課堂教學中，要深入落實新課標，實施新教法，要優化教學設計，精心設計教學內容，深挖學生的思維，在科學方法、數學表達、科學推理、科學論證、延伸和應用等方面不斷地探索，加強對科學思維和科學探究能力的培養，這樣才能融會貫通，高效快速地理解和熟悉物理內容及規律，最終打造高效的課堂.