基于物理核心素养的教学设计——以“焦耳定律”为例

刘永树 周元东

（湖北省十堰市竹溪县城关初级中学）

物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的要素构成。课堂教学中要充分让学生体验，让学生的思维活跃起来，运用科学方法，归纳实验结论，完成核心素养培养目标。笔者曾在湖北省第七届实验说课比赛中获得优异成绩，现以人民教育出版社《物理》九年级（全一册）“焦耳定律”为例，将实验教学内容呈现如下。

一、教学背景分析

（一）教材分析

“焦耳定律”是人教版《物理》九年级（全一册）第十八章第四节的内容。焦耳定律是能量守恒定律在电能与内能之间转化的具体体现，教材在电功、电功率之后安排焦耳定律，符合学生的认知规律。

（二）学情分析

从知识和技能方面分析，学生已经掌握了电能、电功、电功率等相关知识。学生还掌握了一些物理研究问题的方法，如控制变量法、对比法、归纳法等，为焦耳定律的探究学习打下坚实的基础。从心理层面讲，学生面对科学问题觉得很好奇，总想弄明白其中缘由，但有时却不知从何下手，实验方案设计能力略显不足。由于学生在前面的学习中亲手做了大量的电学实验，在实验操作中提高了科学探究能力。另外，还应培养学生的设计能力、观察能力、思维能力和归纳能力。

二、教学重难点

本节内容由电流的热效应、焦耳定律和电热的利用与防止三部分组成，重点研究了电热与电阻、电流、通电时间的定性关系，做好实验与分析实验现象是教学的关键。

（一）教学重点

探究电热与哪些因素有关。

（二）教学难点

实验电路的设计和探究焦耳定律实验。

三、教学目标

根据《义务教育物理课程标准（2011年版）》对焦耳定律的要求，笔者制定了如下的教学目标。

（一）物理观念

1.电流的热效应。

2.焦耳定律。

（二）科学思维

1.转换法（比热容—加热时间反应吸热）和控制变量法。

2.会归纳总结电热与电阻、通电时间和电流的定性关系。

（三）科学探究

1.会设计探究焦耳定律实验电路。

2.探究电热与电流的大小、通电时间和电阻大小的规律。

（四）科学态度与责任

1.培养学生探索兴趣和合作学习的意识。

2.辩证看待电热的利用与危害。

四、教学过程

（一）演示实验，导入新课

教师用电阻丝做切割泡沫实验。学生思考：电阻丝通电以后会产生哪些现象？能量是如何转化的？在观察和思考的基础上理解电流的热效应概念。学生根据实验现象提出具体的物理问题：电流产生热量可能与什么因素有关？

设计意图：学生通过观察演示实验，方便理解电流的热效应概念，针对演示实验现象，提出物理问题，培养科学探究能力。

（二）认真观察，引发猜想

用课件展示电炉丝通电时的图片（见图1和图2），学生观察、对比电炉丝和导线及不同电炉丝两次发热情况。学生在图片启示下，根据日常生活情境进行科学猜想：电流通过导体产生的热量与_______、_______和_______因素有关。

图1

图2

设计意图：学生通过观察、比较，发现物理问题，培养学生的猜想能力。

（三）小组合作，设计实验

小组先确定实验器材，再设计实验电路，任务完成后展示作品。

1.设计探究电热与电阻大小关系实验电路。

（1） 保证_______、_______一定，改变_______。（控制变量法）

（2）电流产生热量的多少由________来反映。（转换法）

图3 探究电热与电阻大小关系

2. 设计探究电热与电流关系电路

（1）保持_______、_______一定，改变_______。（控制变量法）

（2）电流产生热量的多少由_______来反映。（转换法）

图4 探究电热与电流关系

图5 探究电热与电流关系

（四）进行实验，收集证据

1.利用自制实验教具，按照图5所示组装实验装置（如图6），用来探究电流的热效应与电阻、电流和通电时间的关系。闭合干路开关S，断开支路开关S2，通过R1和R2的电流相等。用止水夹夹住盒子两边的橡皮管，观察U形管两液面的高度变化，探究电热与电阻和通电时间的关系。

图6

2.实验结论：_________________________。

3.将图5中的R1＝5Ω更换为R3＝10Ω电阻，闭合干路开关S和支路开关S2，用止水夹夹住盒子两边的橡皮管，接通电源，探究电热与电流的关系。通过R3的电流是R2的两倍。学生思考：观察U形管两液面的高度差变化，能得出怎样实验结论。

4.实验结论：_________________________。

设计意图：通过控制变量法和转换法，让学生自主设计实验电路，培养学生的设计能力。让学生动手进行实验，培养学生科学探究能力。让他们观察实验现象，归纳总结实验结论，培养学生科学思维能力。

（五）教师播放焦耳定律发现过程和焦耳成就的视频

1.介绍焦耳发现电流热效应过程和总结的焦耳定律。

2.学生归纳总结焦耳定律内容是_______。

3.电流产生的热量计算公式为_________。

4.注意：Q=I2Rt适用于一切电路。

5.电路消耗的电能W与产生的电热Q的区别。在纯电阻电路中，电能W____________电热Q，在非纯电阻电路中，Q___________W（大于、等于或小于）。

设计意图：从焦耳定律内容培养学生的物理观念，也说明焦耳严谨治学的态度；一个实验结果的确认需要付出大量的劳动，也说明科学家执着坚持的精神。

（六）焦耳定律的应用

电子白板展示日常生活中电器（如图7所示），学生观察，各有什么异同？为什么要这样处理

图7

设计意图：物理知识应用于生活，同时培养学生的辩证思维，教学中体现的哲学思想——任何事物都有两面性，对学生进行科学态度与责任的渗透。

五、教学反思

教学中应该充分地相信学生，给学生活动的时间和空间，教师在教学时要设计好一系列的问题，通过支架教学可以很好驱动学生完成探究实验任务，激发学生的主体作用，从而提高学生科学探究能力和科学思维能力。学生通过探究实验，总结得出焦耳定律内容，并运用焦耳定律解释日常现象，既掌握了物理知识，又达到学以致用的目的。课堂经过催化就会活起来了，学生也动起来了，充满着求知欲和表现欲，经过这样的课堂处理，才能循序渐进推进学生物理学科核心素养的培养。