基于深度學習的初中物理教學設計與實踐

初中物理深度學習的主要目標是幫助學生掌握基本的物理知識和原理，深入了解物理知識的本質和規律。通過深度學習，教師能夠培養學生科學探究的能力，促進創新思維的形成。在教師的設計和引導下，以實驗探究的方式突破重點，構建新的學習思路和方法，使學生在物理探究活動中進入深度學習狀態，進而提高物理教學質量。在深度學習過程中，教師可以適當設計挑戰性較強的學習題目，理順學生的解題思路，并通過實驗操作強化學生掌握物理原理的推理和論證方法，提高解決問題的能力。基于此，本文以“科學探究：電流的熱效應”教學為例，對初中物理教學中通過設計與實踐完成學生深度學習進行了分析。

一、教材分析

通過之前的學習，學生已經掌握了電功率及其概念，并懂得不同公式的運算方法。在日常生活中與電熱相關的各種現象都會產生電流的熱效應，“科學探究：電流的熱效應”主要通過實驗對電熱的影響因素進行探究。電熱在各種電路中的預算方式及電流熱效應在實際生活中的應用是本節課程的主要內容。電流熱效應現象的發生具有一定的規律性，因此，教師可以采用規律性分析方法，根據分析結果將其應用到實際中，并進行綜合討論，逐步深化內容，由深入淺、層層遞進，進而符合學生的學習情況和學習需求。

二、教學目標

1.認識并了解在導體的作用下電流是如何產生熱效應的，能對這一現象進行歸納和總結，懂得其中的原理和機制。

2.通過示范引領學生獨自完成實驗任務，鍛煉學生的實驗操作能力；在電流的熱效應實驗中，能夠熟練使用電壓表和電流表，確保電路參數的穩定，其中包括溫度、電阻、電流、電壓等。

3.仔細分析實驗過程中產生的數據，并對影響熱效應的各種因素進行深入研究，如電流通過的時間和強度、導體材料等，根據原理進行論證并提出質疑，總結出正確答案。

三、教學重難點

教學重點：

1.電流通過導體時會產生一定的熱量，需要在實驗操作中探究其中的影響因素。

2.知道什么是焦耳定律，掌握該定律的運用方法。

教學難點：

電流通過導體產生熱量的實驗需要設計相應的實驗電路，順利完成實驗分析影響因素。

四、教學設計與實踐

（一）創新實驗引入，體驗電流的熱效應

（教師提前準備相應的實驗工具，如圖1所示，利用蓄電池和電阻絲進行實驗，做好一系列準備工作，為接下來的實驗提供便利。）

師：同學們，今天我們學習“科學探究：電流的熱效應”的內容，首先需要通過實驗來理解電流的熱效應。接下來，老師演示，大家要仔細觀察。

實驗過程：把蓄電池正極和負極連接到電阻絲的兩端，形成一個簡單的電路，同時將電壓表和電流表與導線連接到一起，便于測量電壓和電流。

師：這個實驗非常簡單，且易于操作。通過觀察老師的操作過程，你們發現了什么？

生1：當電流在電阻絲中通過時，在電阻的作用下能使電阻絲產生熱效應。

師：回答得很正確。有誰能回答這種熱量的轉化過程是什么？

生2：當電流通過時，電阻絲會出現發紅現象并產生熱量，這也是電能轉化為熱量的一個過程。

師：非常好！電能轉化為熱量的過程，實際上就是電流的熱效應，我們可以用Q來表示。

（設計意圖：通過實驗性的教學手段激發學生學習的熱情，利用清晰的實驗現象加深學生對電流熱效應的認識。通過具體問題的引領，學生能將實驗聯系到日常生活，從生活中發現電流的熱效應，進而對熱效應的概念有更深的理解。）

（二）新課教學

在學習新內容之前，設置相關問題，讓學生帶著疑問去學習和探究。

師：我們可以把生活中的家用電器利用起來，只要是電器都會在導體的作用下通過電流最終產生熱效應，大家能舉例說明幾種家用電器嗎？

生3：有電磁爐、電水龍頭、電熱水壺、電飯鍋等。

師：這些電器在電能轉化為熱量的過程中有哪些共同特點呢？

生4：這些電器內部通常包含電阻絲或電阻體，電流通過這些電阻產生的加熱效應將電能轉化為熱能。

師：站在物理學的角度進行分析，在這一過程中產生的熱效應現象尤為明顯，是因為導體內有電流通過，把電能轉化為熱能。

師：什么是電流熱效應？有誰能舉例說明嗎？

生5：電流熱效應的實質就是電能轉化為熱能。當電流通過電阻時會消耗一定的電能，從而產生熱量，導體的溫度也會越來越高。

生6：如電熱水器，當電流在電阻絲中通過時會產生熱量，隨著電流的不斷通過，產生的熱量越來越多，使水溫不斷升高，這是采用了電能轉化為熱能的原理。

師：很好，其他同學還有什么看法？

生7：我觀察過電飯鍋底部的電熱盤，當電流通過電熱盤時會產生熱量，這些熱量會使鍋內食物的溫度越來越高，最終把食物煮熟。

師：非常正確。我們生活中使用的家用電器在啟動運行過程中都會隨著電流的通過而產生熱效應。

師：接下來，我們共同演示實驗。

教師拿出提前做好的實驗教具，組成如圖2所示的實驗電路圖。

師：同學們，這是老師自己制作的實驗教具，有定值電阻、鐮鋸合金線以及銅導線，它們的公式分別為R=20Ω、R1=R3=2Ω、R2=0.2Ω。

我們要從實驗中看到電流的熱效應，可以把火柴作為輔助工具，分別放在電阻絲上，接通電源使電流通過，觀察火柴的自燃時間。

通過剛才的實驗操作，同學們發現沒有，電流是在同一時間進入導體的，但電流產生的熱量卻各不相同，那其中的原因是什么？

生8：雖然通電時間相同，但電流產生的熱量并不相同。

師：那么，熱量產生最多的是什么？

生9：產生熱量最多的是R1。

師：你是根據什么現象判斷的？

生9：最先點燃的是R1上面的火柴。

師：我們可以根據火柴的點燃時間來判斷電流產生的熱量，在什么樣的條件下造成了電流產生熱量的差異？大家可以把R1、R2進行比較。

生10：受電阻的影響，使電流產生不同的熱量。

（設計意圖：深度學習不只是關注其真實性，更重要的是讓其在日常生活中得以體現。在這個課題中，將電阻絲點燃火柴的場景主題貫穿教學，通過觀察實驗結果來理解其核心。這種方法逐步深入，真正展現了真實環境的結構性設計思路。）

（三）學生分組開展實驗探究

實驗1：探究電熱Q與電阻R的關系。

探究問題：（1）要把什么控制在穩定狀態并保持不變？應該用什么方法控制？

（2）要改變什么內容？應該怎么做？

（3）電流的大小要如何才能顯示出來？

學生利用實驗教具正確操作，確保導體中有電流通過，電流與通電時間相對穩定，采用不同的電路接入方法獲取不同的電阻數值。

實驗2：探究電熱Q與電流I的關系。

探究問題：（1）要控制誰并確保保持穩定？

（2）要改變誰的大小？

（3）電熱Q與電流I之間存在什么樣的關系？

學生利用實驗教具正確操作，使兩邊盒子里接入電路的電阻與通電時間保持一致，通過設計電路圖改變電流的大小。

（設計意圖：要達到深入的學習境界，必須通過活動和實際體驗，讓學生通過實際操作感受樂趣，獲取知識。如果教學活動機械化，將很難激起學生的好奇心，因此，挑戰確實是確保活動成功的關鍵。教師鼓勵學生獨立設計與電路圖相關的各種因素來生成熱量，這樣的設計對于剛開始學習電路的學生來說，既具有挑戰性，又非常適合，能夠促進學生積極參與到實驗活動中，并從中獲得豐富的經驗。）

在實驗操作過程中，教師指導學生在導學案上以表格的形式把實現過程和實驗現象記錄下來，如表1、表2所示。

在實驗過程中，教師要與各小組學生進行溝通和交流，觀察學生是否需要幫助，鼓勵小組成員團結一致，必要時進行及時的指導和點撥，幫助學生順利完成實驗任務。同時，教師可以用錄視頻的方式將學生的實驗探究過程記錄下來，使用多媒體投屏把小組的實驗情況展示出來，便于學生及時發現實驗中存在的問題，并探討解決問題的方法，提高實驗的準確性。

（四）學生分組匯報實驗現象

實驗現象1：確保電流和通電時間的穩定性，高度差距會隨著U型管液面高度的上升而發生變化。

實驗現象2：控制好電阻和通電時間，高度差距會隨著U型管液面高度的上升而發生變化。

實驗現象3：電流和電阻保持不變，在延長通電時間的同時U型管液面越來越高。各小組根據實驗現象進行總結匯報：

第一，電流和通電時間相同，電流熱效應較為明顯的為大電阻；第二，把電阻和通電時間控制在穩定狀態，通過的電流越多，產生的熱量就越多；第三，在確保電阻和電流相同的前提下，通電時間越長電流產生的熱量就越多。如圖3所示。

（設計意圖：本環節的實驗案例非常成功，學生不僅通過自主設計實驗電路進行實際操作，還在實驗過程中關注控制變量，同時對學生的分析和總結能力進行了考查。學生通過參與和動手操作，對電流熱效應的理解更加深刻，認識到電流生成的熱量會受到不同因素的影響。教師在設計實驗任務時，以構建問題激發學生思考，并能對實驗過程和結果進行歸納和總結，正確匯報各項實驗任務，學生學習和思考的方式更加靈活，不僅可以激發學生的學習熱情，還能提高學生的物理學習能力。）

（五）評價電熱

如圖4所示，電阻Ｒ２、Ｒ４、Ｒ３串聯后與電阻Ｒ１并聯。

問題1：比較______和______的電熱可以研究電熱與電阻的關系？

問題2：比較______和______的電熱可以研究電熱與電流的關系？

問題3：電熱與電阻、電流有怎樣的定量關系？ 判斷依據是什么？

問題4：用什么方法驗證？

教師可以向學生展示表3中收集的數據。

問題5：請選擇有效數據推測電熱與電阻有怎樣的定量關系？

問題6：請選擇有效數據推測電熱與電流有怎樣的定量關系？

五、教學反思

初中物理知識具有一定的抽象性，在開展物理教學活動時，教師要把理論和實踐相結合，為學生創造良好的實驗環境，并發揮指引作用，促使學生自主學習和探索知識，并對知識進行歸納和總結。“科學探究：電流的熱效應”主要講解電流通過導體時產生的熱量以及電流的熱效應會受到因素的影響。教師可以通過組織學生開展小組實驗，對學生的實驗情況進行歸納和總結，有助于學生相互溝通和交流，探討實驗中遇到的問題，發表建議解決問題，有利于培養學生獨立思考和學習的能力。

在實驗教學中，教師需要明確物理的基本概念和規律，確保課程核心內容和難點得到落實。另外，教師還要根據不同情況選擇適當的教學方法，培養學生的自主學習意識。教師通過這樣的教學方式不僅可以客觀地了解學生的學習進展，還能鼓勵學生更加努力地學習，使其在收獲知識的同時體會學習物理的快樂。

（作者單位：甘肅省蘭州市第二十二中學）

編輯：趙文靜