创新设计生活化实验 突破物理教学重难点①——以高中“焦耳定律”教学为例

(重庆市教育科学研究院，重庆 400015)

很多老师在物理教学中经常有这样一种感受：课堂上教师讲得多，可谓面面俱到，但效果并不好，尤其在教学效果反馈时，发现学生对物理重点部分掌握得不够牢固，在难点之处错误率很高，究其原因，主要是在教学中没能有效地突破教学的重、难点。物理学是一门以实验为基础的学科，实验既是建立物理概念、探索物理规律、认识物理世界最基本的手段，又是验证物理假说、检验物理理论真理性的唯一标准。利用学生熟知的玩具、文具、生活用品，甚至是废旧物品自制物理实验器材，会使学生感到亲切，同时也能引导学生在课外利用身边常见物品主动做实验，激发其求知欲和成就感，使其充分体会到“生活中处处有物理”,认识物理的有趣和有用，顺利突破教学重、难点，达到有效教学的目的。下面结合自己高中物理“焦耳定律”的教学设计与实施，谈谈运用创新设计生活化物理实验来突破教学重、难点的体会。

1 教学重、难点的确定

教学重点就是学生必须掌握的基础知识与基本技能，包括基本概念、规律及由内容所反映的思想方法，也可以称之为学科教学的核心知识。教学难点是指学生不易理解的知识，或不易掌握的技能技巧。在一般情况下，使大多数学生感到困难的内容，教师要着力想出各种有效办法加以突破，否则不但这部分内容学生听不懂、学不会，还会为理解以后的新知识和掌握新技能造成困难。

在进行备课时，需要认真理解教材编者的意图，揣摩教学内容在教材中的地位和作用，在聚焦课标、研究教材、分析学生的基础上，确定贯穿单元教学全程的学习主题，引导学生建构有组织的知识网络、经历有明确意义的学习过程。在对高中人教版选修3-1第二章第五节“焦耳定律”的教材分析中，一方面要意识到初中也涉及这个内容，认真思考初、高中教学的衔接以及区别，另一方面，焦耳定律的理论推导涉及前一章电场力做功与电势能变化的关系，还与本章的欧姆定律以及后面的串并联电路、闭合电路欧姆定律有关。从物理核心素养来看，焦耳定律的理论推导、纯电阻电路和非纯电阻电路的能量转化涉及物理观念中的“能量”，通过实验创新来落实科学思维、科学探究的目标，通过焦耳定律与生产、生活的密切联系来落实科学态度与责任的目标。从学生认知来看，在初中对纯电阻电路的能量转化已经有所认识，能量由一种形式转化为另一种形式，是重点而非难点，而非纯电阻电路的能量转化是高中才出现的新内容，既涉及焦耳定律，又涉及能量由一种形式转化为另外两种形式，是本节课的重难点。

2 情境激趣，引入教学内容

知识的引入，是一个认知定向的环节，基本预设学生处于学习进阶的经验水平。在此环节，需要关注新、旧知识的联系，引导、启发学生发现、思考问题。利用生活化物理实验，可使学生在真实情境的基础上，顺利建构新知识，达到学习进阶的映射水平。

通过重庆精彩的夜景照片(如图1)引入，提出开放性问题：美丽夜景来源于什么？激发学生学习电能转化的求知欲，用演示实验“电炉的工作情况”(如图2)，创设纯电阻电路的情景，让学生仔细观察，然后描述观察到的现象，思考并回答电流流过电炉，电能转化为什么能？再观察玩具四驱车的工作情况，让学生安静倾听四驱车工作时候发出的声音，让学生触摸高速转动的车轮，注重学生的亲身体验，充分调动学生的视觉、听觉、触觉，在老师的引导下让学生回忆他们小时候玩过的四驱车，时间较长后，四驱车的电动机会产生发烫的现象，然后描述观察到的现象，思考并回答：电动机工作时，电能转化成什么能？这样，学生增强了感性认识，初步认识到：电流流过电炉时将电能转化为内能，电流流过电动机时将电能转化为机械能和内能。进一步激发他们思考、探究电能转化为内能、机械能的定量关系。

图1

图2

3 自主学习，推导焦耳定律

在推导焦耳定律环节，考虑理论推导比较枯燥，在提出“从理论上推导电功公式的要点是什么”的问题后，以学生自主学习为主，学生讨论交流后，老师引导学生，强调功能关系：“静电力对电荷做正功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能”，这是推导的理论基础，同时也是能量观念的具体体现。在推导过程中，挖掘教材中的图片功能(如图3)，它涉及科学思维中的模型建构，是对非常抽象的W=qU的形象直观的情景诠释，能使学生更好地理解“静电力对电荷做正功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能。”

图3

4 创新生活化实验，突破教学重、难点

物理概念和规律的形成，是一个复杂过程，需要深度的思维活动，必须适度引导，可将生活化物理实验所蕴含的深刻的物理内涵挖掘出来，并转化为学生头脑中的科学认识，使学生对概念、规律的理解从映射水平上升到关联水平。

在教学中首先唤起学生的体验，电风扇、擦鞋机等在工作一段时间后，摸其中的电动机时，会感到发烫，引入本节课的重难点——非纯电阻电路。

在人教版教材中，是用“例题1”来说明非纯电阻电路的能量转化，笔者在教学中，利用生活化物理实验，进行创新教学设计，改变为对玩具四驱车的工作情况进行定量研究，给出了以下实验器材：玩具四驱车1辆、干电池2节、电压表和电流表各1只、导线若干。实验步骤如下：(1) 用电压表直接测得2节干电池串联的电动势；(2) 用电压表、电流表测得玩具四驱车工作时电动机两端的电压和流过的电流(如图4、图5)；(3) 用电压表、电流表测得玩具四驱车电动机卡住不转时两端的电压和流过的电流。

实验后，循序渐进地提出了以下问题：在步骤(2)中，电能转化成了什么能？根据实验数据，可以求得电动机工作时的什么物理量？可以求得电动机工作时的热功率吗？在步骤(3)中，电能转化成了什么能？根据实验数据，可以求得电动机的什么物理量？现在可以求出四驱车工作时电动机的热功率了吗?还可以求出什么物理量？

图4

图5

然后让学生探究非纯电阻电路的能量转化问题，自主得出结论：电功W=UIt，电热Q=I2Rt，根据能量转化与守恒定律，有W=Q+ΔE。

通过生活化实验创设真实的物理情景，并让学生解决具有挑战性的问题，培养了学生的兴趣，激发了学生的求知欲，也很好地突破了教学难点。

5 深化拓展，运用物理概念和规律

在初步建构概念的基础上，选择具体问题，可以是课内让学生解决问题，还可以让学生在课外自己动手做一些有趣的实验，进一步提升和拓展对概念和规律的理解，从而使知识理解层级从关联上升到系统和整合水平。只有通过亲身的观察、操作、体验，才能有更深的体会，学到的东西才是真正属于自己的。

在“焦耳定律”的教学实施的最后，老师提出了两个课外思考的问题：(1) 四驱车使用一段时间后，为什么电池会发烫？(2) 在上述的实验探究中，3个步骤中电压表的读数不同，说明什么问题？这两个问题在本章学习结束后解决，让学生联系生活实际，积极观察思考，为后面的闭合电路欧姆定律作很好的铺垫，为学生提供课外学习的问题和机会，将物理的学习、探究延伸到课外，学生自觉主动地观察、实验、思考，研究物理问题，还可以布置学生撰写科技小论文。布置作业后，需要落实，通过检查，对学生进行评价和鼓励。

6 课后反思

问题是引发学习的根本，精彩的新课引入可以很好地激发学生学习兴趣、激励学生探究欲望。在本节课的教学活动中，创造性地使用教材，运用生活化物理实验，创设直观生动的问题情景。注重学生的亲身体验，充分调动学生的视觉、听觉、触觉，动手动脑学好物理。尤其是在非纯电阻电路的问题解决方面，用实验创设了非常好的问题情景。从问题开始，以问题结束，留下课后的研究问题，将物理的学习、探究延伸到课外。

教材是实施课堂教学的重要资源，教师要以新课程的理念创造性地使用它，在本课的教学中，把一道例题变为生活化创新实验，激发了学生的好奇心、求知欲和探究的热情，通过实验探究，顺利突破教学难点。

“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒和鼓舞。”学生是一个个富有个性、富有思维的鲜活的生命个体，教师要以学生为本，了解、理解、尊重学生，创造民主的教学氛围，让学生成为学习的真正主人。生活化物理实验教学注重学生的亲身体验和感受，更关注学生的学习进阶，有利于学生对知识意义的主动建构。生活化实验具有直观生动、形象具体的显著特点，它将抽象的物理学概念和规律具体化，让物理回归生活，使复杂的物理学概念和规律与生活实践生动相连，激发了学生学习物理的兴趣，调动了学生学习物理的积极性和主动性。利用生活化物理实验，可使学生在课内和课外展开自主探究，扩大了学习的空间和自由度，有助于提升学生的自信心和成就感，体验科学探究的乐趣。通过收集和使用生活中的废弃物品，制成物理实验器具，有助于学生形成正确的科学态度和价值观，为做有责任感的未来社会公民奠定基础。

参考文献：

[1] 李艺，钟柏昌.谈“核心素养”[J].教育研究，2015，(9)：17-23.

[2] 彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理，2016，(2)：1-2.