基于物理核心素养的差异性课堂教学探讨——以“电动势”教学为例

陈晓健

(南京第十三中学锁金分校,江苏 南京 210008)

2016年9月教育部发布了《中国学生发展核心素养》的研究成果,明确了中国学生发展的6大核心素养．对于物理学科核心素养包括4个成分,分别是物理观念、科学思维、实验探究、科学态度．笔者在研习这4个核心素养的同时,针对我校不同层次的学生进行了差异化教学设计．真实的课堂不是作秀,适合学生的课堂设计才是真课堂．笔者对两个班进行了对比设计,坚持以人为本,培养学生以科学的思维态度去探究物理概念．

1 紧扣物理观念,新课导入对比及分析

物理观念这一要素的内容,要求学生不仅要知道、理解物理知识,而且要将所学习的各个具体知识整合起来,形成对物理世界原理性、规律性的认识,即形成物理观念,包括物质观念、运动观念、结构观念、时空观念、相互作用观念、能量观念等及其应用(用来解释相关物理现象)．笔者针对竞赛班和普通班两个群体,就课题“电动势”进行了同课异构,分别做了如下导入.

方案1:针对普通班,由于这个层次的学生对物理的学习缺乏主动性,自学能力也比较弱,因此笔者为了更好地把物理概念简化,采用了类比的方法．

师:大家有没有玩过滑滑梯?(玩过)今天,我给大家带来了一个滑滑梯,展示“玩具滑滑梯”图1．

师:不过是玩具滑滑梯.

演示小球滚下.

图1

图2

师:把小球放到滑道高处,小球顺着滑道滑下,如果要让游戏得以持续进行,需要做什么工作?

生:搬运小球.

师:对,我现在用一个提升装置代替我搬运小球.

演示游戏持续进行过程.

师:由于提升装置的作用,滑滑梯游戏得以连续进行.

在前面的物理学习过程中,有没有什么物理过程与此相似?

生:电路中产生电流过程.

师:下面我们就一起来类比这两个过程如表1.

方案2:针对竞赛班,这个层次的学生对物理本身有很强的兴趣,自学能力较强,并且对物理模型分析能力很强．在引入电动势的概念时,不需要过多的类比．

表1

师:引导学生回顾上节课学习的“电源”的概念．

图3

在教材图3中电源的作用是什么?

师:(投影)(如图3所示)

生:电源能够不断地将电子从A搬运到B,从而使A、B之间保持一定的电势差;电源能够使电路中保持持续电流．

师:电源P在把电子从A搬运到B的过程中,电子的电势能如何变化?从另一个角度看,电源又发挥了怎样的作用?

生:电子的电势能增加了．电源为电路提供了电能．

师:自然界中的能量是守恒的,电源为电路提供了电能,必然会有其他形式的能量减少,从能量转化和守恒的角度,你认为电源是个怎样的装置呢?

生:电源是把其他形式能转化为电能的装置．

对比评析: 两种方案设计,方案1比方案2更加活泼、生动,更能调动学生的学习积极性,对学生的思维能力要求不高,同时还能通过类比来帮助学生构建物理概念的模型．方案2直击中心,直接拔高了学生的思维水平,把前面学过的相关知识进行了完美的整合．

2 渗透科学思维,巧妙科学探究,创设情境进展新课对比及分析

科学思维这一要素的内容,要求学生学会模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新等方法与能力．科学探究有两种不同途径: (1) 从对原有理论质疑开始; (2) 从新现象发现与研究开始．综合起来主要包括提出问题,形成猜想和假设,设计验证实验或制订修正理论方案,进行验证实验並获取和处理验证信息,根据验证信息做出分析、判断及结论并做出解释,以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思等．

笔者在展开新课时,针对不同层次学生分别做了两种设计思路．两种思路的设计紧扣核心素养,渗透科学思维的同时,巧妙再次使用类比法探究电动势的概念．

方案1:刚把滑滑梯上的提升装置类比成电路里面的电源后,从能量角度来定义电源的作用．接着采用类比法比较不同电源做功的本领大小，设计如下.

师:同学们在玩滑滑梯的过程中,反复爬升,会有什么感觉?

生:累并快乐着.

师:滑下来的过程是轻松的,爬升的过程比较累,是为什么呢?

生:克服重力做功,费力气,消耗能量．

师:下面我们再从能量角度类比这两个过程见表2.

表2

师:不同电源,转化的能量也有不同,电池和发电机分别把什么能量转化为电能?(展示电池,摇动发电机)

生: 电池通过化学作用把化学能转化为电能发电机通过电磁作用把机械能转化为电能.

师:根据这两个过程的类比,请同学们归纳总结电源在电路中的作用．

生:搬运电荷,提供电能.

师:非静电力作用→搬运电荷→提供持续电压.非静电力做功 → 能量转化 → 提供电能.

师:所有电源都能把其他形式能量转化为电能,但在能量转化时,不同电源往往在性能上也有差异．

师:如何比较电源把其他形式能量转化为电能的本领大小?

学生讨论:(未果)

图4

引导1:怎样研究电源能量转化?

生:通过研究非静电力做功来研究电源能量转化.

问题:如何比较电源非静电力做功本领大小?

学生讨论:(未果)

引导2:在前面的类比过程中,我们把电源类比为提升装置,非静电力做功类比为非重力做功,下面我们就先来看看如何比较非重力做功本领大小．

游戏介绍:比比“吹气做功”本领大小?

游戏过程:男、女生各一名,同时通过吹气提升砝码.

现象1： 男生吹重砝码,女生吹轻砝码,女生吹得高,男生吹得低.

问男生:是否你吹气做功本领比这位女生小?

男生:不是,我吹的砝码重,不公平.

现象2:男、女生吹同样的砝码,男生吹得高,女生吹得低．

师:(1) 吹气提升相同砝码,克服重力和阻力做功,吹升得越高,克服重力做功越多,产生的重力势能越多,吹气做功的本领越大．(2) 吹气做功本领大,即通过吹气把其他形式能量转化为机械能的本领越大.

师:体会刚才的游戏过程,总结是怎么比较“吹气做功”本领大小的,思考、讨论如何比较电源把其他形式能量转化为电能的本领大小．

生:搬运相同电荷,非静电力做功越多,非静电力做功本领越大,即电源能量转化本领就越大．

师:相同电荷常取单位电荷,比较搬运单位电荷,非静电力做功多少,就能比较电源能量转化本领大小.

问题:如果两种电源搬运电荷量q不等,非静电力做功W也不同,我们也可以通过适当的计算比较它们能量转化本领大小．如何计算?

生:W是非静电力做功多少,q是电源搬运的电荷,E的单位是伏特(根据W=qU可知,1 V=1 J/C)．

方案2.笔者只通过自制的抽水机给学生看了看,为让学生亲自动手操作,更多的是以问题为情境,环环相扣,步步紧问,让学生自己去探讨回答问题,通过阅读课本,利用小组讨论的方法,解决一系列问题，方案如下.

师:“假如你就是正电荷,请走进电源内部,研究并讨论电源的工作原理,并将分组研讨的成果向大家展示”, 给学生提供以下3个参考.

问题1:讨论形成持续电流的条件;

问题2:正电荷在电源外部运动情况,什么作用使其运动,做功情况及能量转化情况;

问题3:类比抽水机,试分析电源内部正电荷的受力情况、做功情况及能量转化情况,讨论电源的工作原理．学生小组研讨后,请学生代表到前台汇报展示研讨成果,得出原理:电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．

师:出示干电池、手摇发电机,提出问题:干电池、手摇发电机都可以做电源,这些电源中的非静电力相同吗?所起的作用相同吗?谈谈你的看法．

学生思考,分组讨论,选出代表回答．

干电池中的非静电力是化学作用,手摇发电机的非静电力是电磁作用,前者把化学能转化为电能,后者把机械能转化为电能．非静电力虽然不同,但从能量转化的角度看,他们所起的作用是相同的,都是把其他形式能转化为电能．

师:电源有好多种,他们在把其他形式能转化为电能的本领相同吗?如何比较呢?

师:能不能比较电源内部非静电力搬运电荷做功的本领?

提出问题:演示自制抽水机的工作过程,本领可以用抽水机搬运相同质量的物体,重力势能增加多少来判断,即重力势能增加多,本领大．类比非静电力做功,对相同电荷搬运,如何比较．

举例:在某一过程中干电池将2 C正电荷从负极搬运到正极做功3 J,而蓄电池将1 C的正电荷从负极搬到正极做功2 J,哪个电池中非静电力做功的本领强?

生:干电池和蓄电池搬运相同电荷做功不等,干电池做功本领强．

教师:我们把比较电源做功本领的物理量称为电动势．电动势也是用比值定义的物理量,请把电动势的定义完整地说出来．并写出电动势的定义式．说明给物理量符号的意义和单位．

学生思考,得出电动势的定义,并写出电动势的定义式．

对比评析： 对于方案1，笔者帮助学生建立模型,通过自制的教具,再次类比非静电力做功本领．过程探索有趣生动,特别是让女生吹2个砝码,让男生吹4个砝码,让学生比较做功本领时,学生判断出现困难,男生很不服气,引发了学生都要求吹相同砝码的时候来比较吹气本领,很自然地过渡到非静电力做功本领采用搬运等量电荷来比较．也很自然地引出电动势的概念．对于方案2，笔者通过自制教具抽水机做了类比,同时要求学生自己阅读课本,自主讨论,自主研究,问题的设计难度比方案1大,同时给了学生更多的空间自己思考,大胆假设,大胆探究．总之两种方案处处渗透着科学思维,同时笔者经过自己设计的教具带着学生去探究,还启发学生自己设计更改实验方案,探究方法上都采用了类比．只是探究的难易做差异性调控．

3 尊重实验事实,培养严谨科学态度,激发团队力量

科学态度与责任要求认识科学的本质，科学精神，科学与技术的区别，科学、技术、社会、环境(STSE)的关系等;与此同时,培养学习和研究物理的好奇心与求知欲,培养团队精神与遵循道德规范,反对从事有害社会的技术开发与技术行为,养成保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感．

笔者在推进电动势后,开始分析电势差和电动势的区别,提出质疑,引发学生思考电势差和电动势的单位虽然相同,物理意义不同．在两个层次的班里都采用了讲授法,这点也是本节难点.笔者在普通班中设置了更多的层次,帮助学生理解概念．接着笔者在总结电动势这一节内容时候还提出了课后探索内容．

对于普通班,笔者提出两个问题: (1) 调查常用可充电电池; (2) 电池的广泛应用与环保(节能减排;废旧电池的危害和回收).

对于竞赛班,笔者提出另外两个问题: (1) 调查常用可充电电池及研究废旧电池的危害、回收; (2) 查阅一种放在鞋底部的电池如图5,通过人们的身体运动进行充电的锂电池．查阅电池的研究过程及应用．

图5

笔者在课程的结束分别提出了不同的要求,培养学习物理的好奇心和求知欲,同时激发学生团队力量一起调查研究,在传授知识的同时,引导学生养成保护环境,节约资源的社会责任感．

4 差异化教学渗透物理核心素养的教学感触

笔者初次尝试在同一课题下以核心素养为导向,采用不同方案进行教学设计．两节课都通过创新性的设计课堂实验,有针对性的把抽象的物理概念通过类比形象化,让学生在轻松愉快的课堂气氛中经历了物理概念的建构过程,既深刻理解了电动势这个物理概念,又学习了解一些物理研究的方法,如类比法、用比值定义物理量方法．

两节课都用问题引导,充分尊重学生的思维发展过程,在学生思维发展的节点,构思巧妙的创新性物理实验让学生体验、给学生启发,使学生的思维能飞跃台阶,自己完成电动势概念的建构．同时,通过联系生活实际,让电动势这个抽象的物理概念与日常生活紧密联系在一起,使学生进一步体会了物理源于生活、服务于生活,激发了学生探究物理知识、学习物理技能的兴趣．两节课完全以物理核心素养为导向设计,笔者收获颇多,望同行批评指正．

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