例谈高中物理规律“深度学习”

摘 要：物理规律教学中，如何实现物理核心素养的有效培养？以“焦耳定律”为例，讨论了如何引导学生全身心地积极参与、体验成功、获得发展、有意义地学习，实现物理规律的深度学习.

关键词：核心素养;规律教学;深度学习

文章编号：1008-4134（2019）21-0004 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

作者简介：陈燕琴（1984-），女，浙江台州人，硕士，中学一级教师，研究方向：高中物理学科教学.

物理规律是观察、实验、思维、想象和数学推理等相结合的产物，它反映了有关物理概念之间的必然联系，物理规律的有效教学过程是学生获得知识、方法的重要手段，也是培养学生物理核心素养的重要途径.因此，物理规律的深度学习要突出“探求”过程，即教师引导学生全身心地参与、积极体验物理规律的探究过程及其中所采用的研究方法.以此激发学生学习欲望，提高解决问题的能力，进而实现物理核心素养的有效培养.物理规律深度学习常可分为如图1所示的四个重要环节[1].

本文以“焦耳定律”为例，讨论如何在高中物理教学中开展物理规律的深度学习.“焦耳定律”是人教版《高中物理》选修3-1中第二章“恒定电流”的第5节内容.通过本节课的学习学生需达成以下学习目标：（1）从电能向其他形式能的转化理解电功与电动率;（2）知道焦耳定律的物理意义，关注焦耳定律在生活、生产中的应用;（3）从能量的转化和守恒理解电功和电热的区别，知道纯电阻电路和非纯电阻电路.虽然初中时学生已经学习过电功、电功率、电热、热功率的计算表达式，但学生尚未建立电功与电热、电功率与热功率之间的区别和联系，因此引导学生有效建构纯电阻与非纯电阻是实现本节课教学目标、突破教学难点的关键.为有效实施深度学习，实现教学目标，教学结构设计如下.

课堂教学以分析“电风扇扇叶卡住而着火”这一实际问题为主线，展开观察、分析、猜想、实验、归纳等系列思维加工过程，引导学生全身心地参与到规律形成的思维过程中来，有效激发学生的学习兴趣与学习内驱力，实现深度学习.教学过程中，学生学习任务设计具体如图2所示.

【任务一】 问题情境的创设

（1）感受电流的热效应

教师展现生活中常见的用电器图片.

问题1：电熨斗、电炉等工作时会发热，电风扇、电动车等工作时会发热吗？

学生交流回答，得出电流的热效应.

设计意图：利用生活中熟悉的家用电器感受电流的热效应，为引入电风扇发热起火奠定基础.

（2）引入问题情境：观看着火的电风扇

教师播放视频“小心电风扇起火”.

问题1：运转不畅的电风扇为什么会起火？

学生小组讨论，提出一些观点，但又无法得出本质原因.

教师：要研究这个问题，需要先来了解相关的电学基础知识.

设计意图：引入问题情境，激发学生学习热情和学习兴趣.

【任务二】 思维加工：探究风扇起火原因

（1）理论分析

活动1：讨论电器工作时产生的电热与哪些因素有关？

师生共同复习焦耳定律.

活动2： 探究电流做功的计算表达式.

问题1：用电器产生的焦耳热是由什么能转化过来的？通过什么方式转化的？

问题2：如何計算电流所做的功？

①教师引导学生从电流的形成条件，分析、理解电流做功的微观本质;

②建立模型，从能量转化的视角推导电流所做的功，得到电功和电功率的表达式.

（2）猜想与假说

问题1：扇叶被卡住或运转不顺时电机发热更快可能是什么原因导致的？

学生：可能是电机的热功率变大导致的，流过电机的电流变大.

（3）实验模拟，定性分析

实验演示：观察电风扇卡住与转动时，与电风扇串联的小电灯泡亮度变化（如图3），验证学生的猜想.

问题1：为什么电风扇转动不顺时消耗的电功率会变大？

引导：焦耳热是通过电流做功转化而来，电功率与热功率有着重要的联系，我们不妨通过研究电功率与热功率的关系来寻找答案.

设计意图：建立物理模型，验证学生猜想，为定量探究电功率和热功率关系奠定基础.

【任务三】 深入探究：实验探究电功率和热功率关系

（1）实验设计

问题1：要实验研究热功率与电功率的关系，我们需要测量哪些物理量？

问题2：如何设计实验电路图？要用哪些实验仪器？

问题3：实验中需要注意什么？

（2）实验探究，定量分析

教师和学生一起探讨实验方案、测量实验数据的仪器，并由学生分组实验分别测量电风扇转动、卡住及定值电阻的电功率和热功率.

（3）交流思辨，理论分析

归纳实验规律，讨论规律本质.

设计意图：根据实验数据分析深刻体验电功率和热功率的区别和联系，促进学生形成认知冲突，化解错误前概念.

【任务四】 建立规律

（1）理解电功与电热之间联系与区别

问题1：根据实验结果请同学们分析其中的原因.

教师引导：电功、焦耳热、电功率、热功率都涉及能量问题，同学们从能量角度寻找原因.

学生小组讨论，从能量转化的视角得出电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.

（2）构建纯电阻与非纯电阻概念

教师引导学生得出纯电阻与非纯电阻的概念.

①电动机不转时，可等效为一个电阻，该电路称为纯电阻电路.电动机消耗的电能转化为内能，W=Q，欧姆定律适用该电路.

②电动机转动时，不能等效为一个电阻，该电路称为非纯电阻电路.电动机消耗的电能转化为内能和其它形式的能，W=Q+E其它，欧姆定律不适用于该电路.

设计意图：引导学生从能量的转化和守恒角度理论分析电功和电热、电功率和热功率的区别和联系，有效建构纯电阻电路和非纯电阻电路，促进学生规律的建立.

【任務五】 学以致用

学以致用1：分析风扇扇叶卡住着火的原因.

学以致用2：分析电动车上坡电机烧坏的原因.

设计意图：能够独立解决物理问题是检验学生物理规律掌握情况的重要方法，也是巩固和加深学生理解物理规律的重要环节.学以致用环节起着巩固、拓展及学习兴趣激发与培养的作用.

【任务六】 巩固与练习

活动：课堂小结与巩固练习.

课堂教学以解决生活实际问题——为什么扇叶卡住时风扇会起火为教学主线，引导学生经历“生活问题分析—形成知识障碍—相关电学知识学习—原因猜测—定性实验验证—定量实验探究—建立规律—化解问题”等一系列思维过程，以“为用而学”代替“为学而学”激发学生的学习兴趣与学习内驱力，引导学生全身心地积极参与、体验成功、获得发展、有意义地学习，并通过一系列的主动学习、信息收集、思维加工、交流合作、应用迁移等活动，实现深度学习.使学生有效经历“深度学习”过程，实现学习素养的有效培养.

深度学习的开展，需重点关注三个问题：一是为何而教？教学的最终目的是为了知识本身还是思维培养？劳厄曾说：“教育重要的不是获得知识，而是发展思维能力.教育无非是一切已学过的东西都忘掉后所剩下的东西.”因此，深度学习应将教学的重心放在学生思维能力的培养上，实现物理教学向物理教育这一育人目标转变[2].二是何以为教？教师要思考什么样的情境和题材能成功吸引学生全身心地参与与积极体验？因此，深度学习应能从学生立场出发，挖掘学生感兴趣的素材，激发学生的好奇心与求知欲，引导学生“为用而学”，而非“为学而学”.三是如何实施？教师应从学生的认知水平出发，采用能满足学生发展需要的教学策略和教学手段，为学生创设一个个物理现象、物理问题，引导学生在积极、主动的探知过程中掌握教学内容，实现教学目标[2].在物理规律教学中实施深度教学尚处初级阶段，如何有效地实施还需不断地实践和摸索.

参考文献：

[1] 王建峰.物理规律教学中如何开展深度学习[J].物理教学探讨，2019（1）：12-19.

[2] 王建峰.物理概念教学中如何开展“深度学习”[J].物理教学， 2018（5）：24-26.

（收稿日期：2019-06-21）