學(xué)科核心素養(yǎng)下的初中物理電學(xué)解題思維能力進階訓(xùn)練

摘 要：當(dāng)前，學(xué)生的思維能力訓(xùn)練已成為各學(xué)科教育的重點.為了強化學(xué)生的物理思維能力，在本次研究中，以學(xué)科核心素養(yǎng)為引領(lǐng)，對初中物理電學(xué)解題思維能力進行深入探討，通過構(gòu)建層次化的訓(xùn)練題目，提升學(xué)生解題思維能力，同時培育創(chuàng)新精神和實踐能力.文章以歐姆定律及解題思維能力進階訓(xùn)練為著手點，結(jié)合電功率、電阻實例，對初中物理電學(xué)解題思維能力進行全面剖析和實踐探索.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；初中物理；電學(xué)

中圖分類號：G632 ""文獻標(biāo)識碼：A"""文章編號：1008-0333（2025）02-0100-03

收稿日期：2024-10-15

作者簡介：陳仙霞，本科，中學(xué)一級教師，從事初中物理教學(xué)研究.

基金項目：福建省師范大學(xué)基礎(chǔ)教育課程研究中心2023年度開放課題“基于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)研究”（KCA2023196）.

在教育改革持續(xù)深化的背景下，學(xué)科核心素養(yǎng)已逐漸成為教育領(lǐng)域的關(guān)注焦點.這一概念指的是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐漸形成的能夠適應(yīng)個人終身發(fā)展及社會發(fā)展需求的品格與能力.初中物理電學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科的關(guān)鍵組成部分，其解題思維能力的培養(yǎng)對于學(xué)生的未來學(xué)習(xí)與成長具有深遠影響[1].然而，如何在學(xué)科核心素養(yǎng)的指導(dǎo)下，進一步提升初中物理電學(xué)的解題思維能力，已成為當(dāng)前教育工作者所面臨的緊迫課題.

1 初中物理解題思維能力進階訓(xùn)練概述

初中物理解題思維能力進階訓(xùn)練主要分為三個階段.在初級階段，要求學(xué)生扎實掌握基本概念，通過深入理解概念，能夠更好地把握問題的本質(zhì)，為解題奠定基礎(chǔ)[2].熟練掌握公式，能夠更快速地分析問題，迅速找到解決思路.在中級階段，要求學(xué)生提高問題分析和解決能力.通過分析問題，將復(fù)雜問題分解為簡單部分，逐步揭示問題的內(nèi)在聯(lián)系.同時要求學(xué)生掌握歸納法、演繹法、圖像法等，以幫助學(xué)生更加靈活地解決問題.此外，還需要熟悉常見物理模型.在高級階段，要求培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì).引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的解決途徑，提高解題效率，并借助實驗、觀察、總結(jié)等方法，幫助學(xué)生全面認識物理世界.

2 在歐姆定律中展開解題思維能力進階訓(xùn)練

例1 當(dāng)一導(dǎo)體兩端的電壓是6 V時，通過的電流是0.6 A，則該導(dǎo)體的電阻是多少（ "）.

A.10 Ω "B.3.6 Ω ""C.6.6 Ω "D.5.4 Ω

在引導(dǎo)學(xué)生解題過程中，按照思維進階訓(xùn)練的方式，可以將整個過程分為四個步驟，具體如下.

①電阻的大小與導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積和溫度有關(guān).根據(jù)歐姆定律，電阻R與電壓U和電流I之間的關(guān)系可以表示為R=UI.這個公式可以幫助我們計算出導(dǎo)體的電阻，要求我們理解歐姆定律的概念.

②運用歐姆定律解決簡單電路問題.假設(shè)我們有一個電池，兩端電壓為6 V，通過導(dǎo)體的電流為0.6 A.我們可以使用歐姆定律的公式R=UI來計算導(dǎo)體的電阻.將已知值代入公式，得到R=10 Ω.

③實際電路問題往往比這個例子更復(fù)雜.在這種情況下，需要結(jié)合其他物理定律，如能量守恒定律和電功率公式等，來解決復(fù)雜電路問題.

在解決復(fù)雜電路問題時，要注意以下幾點：其一，正確畫出電路圖，包括電池、導(dǎo)線和電阻等元件；其二，確定未知量，如電阻、電流或電壓，并找出與它們相關(guān)的方程；其三，應(yīng)用歐姆定律、基爾霍夫定律等物理定律，列出方程組并求解；其四，檢查計算結(jié)果是否符合實際情況，如能量守恒、電功率等.

④在解題過程中，可能會出現(xiàn)一些錯誤，如誤判電路類型、忽略電阻變化等.為了避免這些錯誤，需要學(xué)生注意四點，即仔細分析題目，確保理解清楚問題的背景和條件；熟悉各種電路定律和公式，并能靈活運用；養(yǎng)成畫電路圖的習(xí)慣，有助于更清晰地理解電路結(jié)構(gòu)；多做練習(xí)，提高解題速度和準(zhǔn)確性.

3 學(xué)科核心素養(yǎng)下初中物理電學(xué)解題思維能力進階訓(xùn)練

3.1 電能

例2 一臺電動機正常工作時線圈兩端電壓為380 V，線圈電阻為2 Ω，線圈中電流為10 A，這臺電動機正常工作1 h消耗的電能W和產(chǎn)生的熱量Q分別為（ "）.

A.3 800 J 200 J "B.3 800 J 3 800 J

C.72 200 J 200 JD.1.368 M J 72 000 J

在電動機的工作過程中，線圈的電壓、電流和電阻是三個重要的參數(shù).由此，根據(jù)題目給出的信息，我們可以計算出電動機在正常工作時消耗的電能和產(chǎn)生的熱量.

①電能的計算公式為W=UIt，其中U代表電壓，I代表電流，t代表時間.假設(shè)電動機正常工作時間為1小時，即t=1 h=3 600 s，那么電動機正常工作1 h的電能消耗為W=380 V×10 A×3 600 s=13 680 000 J=1.368 MJ.

②計算在正常工作狀態(tài)下電動機所產(chǎn)生的熱量.根據(jù)焦耳定律，熱量的計算公式為Q=I2Rt，其中I代表電流，R代表電阻，t代表時間.題目給出的線圈電阻為2 Ω，因此R=2 Ω.將電流I=10 A電阻R=2 Ω、時間t=3 600 s代入公式，可得熱量Q=（10 A）2×2 Ω"3 600 s=72 000 J.

因此，根據(jù)題目所提供的數(shù)據(jù)以及我們的計算結(jié)果，可以得出電動機在正常運行狀態(tài)下的電能消耗為1.368 MJ，同時產(chǎn)生的熱量Q為72 000 J.因此，正確答案應(yīng)為D選項.

3.2 伏安法測電阻

例3 小紅測電阻Rx的阻值，設(shè)計的電路如圖1所示，電源電壓保持不變，其中R0是最大阻值為200 Ω的滑動變阻器，R是未知固定電阻.她把開關(guān)S擲于a時，電壓表讀數(shù)為2.5 V，電流表讀數(shù)為I1=0.5 A；再把開關(guān)S擲于b，并調(diào)節(jié)R0，使電壓表讀數(shù)減小0.7 V，電流表I2讀數(shù)增加0.4 A.最后小紅得到Rx的阻值為（ "）.

A.5 Ω "B.3 Ω "C.2 Ω "D.1.75 Ω

圖1 電路圖

①明確伏安法測電阻的原理.該方法是通過測量電阻兩端的電壓及通過電阻的電流，依據(jù)歐姆定律計算電阻值.因其操作簡便且測量結(jié)果較為精確，成為初中物理實驗中廣泛應(yīng)用的策略.在物理解題思維的進階訓(xùn)練中，伏安法測電阻具有重要意義.

②分析電路變化.當(dāng)開關(guān)S擲于a位置時，電壓表所測的電壓為電阻Rx+R的電壓，此時電壓表讀數(shù)為2.5 V，電流表讀數(shù)為0.5 A.當(dāng)開關(guān)S擲于b位置時，電壓表所測的電壓為電阻R的電壓.由于電壓表讀數(shù)減小0.7 V，電流表讀數(shù)增加0.4 A，可以判斷電路中的電阻值發(fā)生了變化.同時，利用歐姆定律和串聯(lián)電路特點解題，在a位置時，根據(jù)歐姆定律，可以得到公式U=I（Rx+R）.在b位置時，根據(jù)歐姆定律，可以得到公式U-0.7 V=IRx.

③伏安法在初中物理思維進階訓(xùn)練中的運用主要涵蓋以下幾個層面：第一，電阻值的測量.在處理實際問題時，了解電阻大小為首要任務(wù).借助伏安法，我們能獲取較為精確的電阻值，為后續(xù)問題解答提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ).第二，電源電壓的計算.在解決電路問題時，伏安法協(xié)助學(xué)生依據(jù)電阻和電流計算電源電壓，進而分析電路的穩(wěn)定性、動態(tài)過程等.第三，元件性質(zhì)的判斷.通過伏安法測量電阻，可以推斷元件（如二極管、電容器等）的性質(zhì)，為解答相關(guān)問題提供參考.

④列方程求解.將兩個位置的電流表讀數(shù)和電壓表讀數(shù)代入公式，得到最終答案，電阻Rx的阻值為3 Ω.

⑤展開高級思維訓(xùn)練.在物理解題領(lǐng)域，伏安法不僅適用于解決基礎(chǔ)問題，還可用于復(fù)雜問題的訓(xùn)練.例如，在多個電阻并聯(lián)或串聯(lián)電路中，通過伏安法可求解各電阻的電壓、電流等物理量，從而提升學(xué)生解決問題的能力.

4 學(xué)科核心素養(yǎng)下初中物理電學(xué)解題思維能力進階訓(xùn)練策略

4.1 強化基礎(chǔ)知識的掌握

學(xué)生在解決電學(xué)問題時，首先要確保對基礎(chǔ)知識的理解和掌握.教師可以通過課堂講解、課后練習(xí)等方式，幫助學(xué)生鞏固電學(xué)基礎(chǔ)知識.

4.2 設(shè)計層次化的題目

教師的角色不僅局限于知識的傳授，更在于根據(jù)學(xué)生的實際狀況進行教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，以實現(xiàn)教學(xué)效果的最大化.在電學(xué)教學(xué)領(lǐng)域，教師可以根據(jù)學(xué)生的水平差異，設(shè)計出不同難度的電學(xué)題目，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升他們的解題能力.同時，這種教學(xué)方法也有助于激發(fā)學(xué)生對電學(xué)的熱情，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和實踐能力.

4.3 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力

在解決問題的過程中，教師應(yīng)充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生掌握分析題目、提取關(guān)鍵信息的方法，尋找解決問題的切入點.借助于此，學(xué)生在面對各類問題時將能更加從容應(yīng)對，不斷提升自身的綜合素質(zhì)與能力.

4.4 重視解題策略指導(dǎo)

教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握解題策略與技巧，如替換法、歸納法、圖解法等.這些策略不僅有助于學(xué)生更加高效地解決電學(xué)問題，同時還能培育其問題分析和解決能力.在教學(xué)過程中，教師需依據(jù)學(xué)生實際狀況，靈活運用這些方法，逐步提升其在電學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科素養(yǎng).

4.5 強化電學(xué)實驗教學(xué)

為了使學(xué)生更好地理解和掌握電學(xué)理論，開展電學(xué)實驗教學(xué)顯得尤為重要.在實驗過程中，學(xué)生可以親手操作實驗設(shè)備，觀察實驗現(xiàn)象，鍛煉自己的實踐操作能力.同時，實驗教學(xué)還能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力以及分析和解決問題的能力，為今后在科研和生產(chǎn)實踐中運用電學(xué)知識奠定基礎(chǔ).

5 結(jié)束語

教師通過實施逐步進階的訓(xùn)練方法，引導(dǎo)學(xué)生逐漸構(gòu)建系統(tǒng)化、邏輯化的電學(xué)思維模式，從而提升他們在電學(xué)領(lǐng)域的解題技巧.此外，教師還需關(guān)注學(xué)生的個體差異，因材施教，確保他們在電學(xué)學(xué)習(xí)過程中得到全面發(fā)展.

參考文獻：［1］ 馮岳翔.學(xué)科核心素養(yǎng)視閾下的初中物理解題思維訓(xùn)練[J].理科考試研究，2022，29（22）：35-38.

[2] 楊勇.基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的解題模型建構(gòu)策略：“以電學(xué)中最大功率問題”為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2022（15）：2.

［責(zé)任編輯：李 璟］