“电路”单元教学设计

时子豪 杨永丽 张石友 任栋

摘 要：本单元以电路为研究情境，以能量为研究中心，深化对电流、电阻、电功、电动势等重要概念及焦耳定律、闭合电路欧姆定律等核心规律的理解.通过建立物理模型、宏观与微观结合、科学探究等学习过程，熟悉并掌握物理学研究方法，完善物理观念.

关键词：单元教学设计;学科核心素养;电路;电能

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）03-0045-05

作者简介：时子豪（1992-），男，北京人，本科，中学一级教师，研究方向：中學物理教学与实践;

杨永丽（1968-），女，北京人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理教学与实践;

张石友（1978-），男，河南人，本科，中学高级教师，研究方向：物理课程开发与教学实践;

任栋（1993-），女，北京人，本科，中学二级教师，研究方向：物理课程与教学论.

1 单元教学指导思想

以大概念、大思路、大情境和大问题统领物理单元教学设计是北京教育科学研究院张玉峰老师提出的，是单元教学设计的灵魂，是发展学生核心素养的重要途径，因此在教学过程中，应注重整体性认识、单元式设计、可迁移化方法.在物理课程单元设计中，应围绕大概念的挖掘、整合、组织教学内容，通过课前学生学习诊断，掌握学生实际疑难点和需求，设置适合学生学习，与物理知识相关的问题情境;再基于情境发现提出问题，构建问题链，在任务驱动下，提升学生参与度，明确思路，依托物理概念和规律，解决物理问题;同时应引导学生在解决问题的过程中，整合思想方法，逐步形成具有系统性、可迁移的一般化问题的解决思路.

2 单元教学内容分析

“电路”单元是必修第三册中的第三、四章，此前，静电力与电势能的概念为本章做好了知识基础，本单元在此基础上将重点围绕电流的形成及电路中的能量问题进行研究.

2.1 整合单元知识，梳理围绕“大概念”的知识结构

本单元教学是将“电场”与“电路”相关联，在静电场的基础上开展探究活动，培养学生追寻物理本质的科学态度，发展学生的建模、科学推理、论证等科学思维水平.单元的知识结构图如图1所示.

2.2 挖掘育人价值，剖析知识背后隐含的思想方法（见表1）

建议在本单元学习过程中，可以参考内容情景，选定课题进行研究，如充电宝不同电量时的电动势和内阻的研究、手机耗电因素的研究等.引导学生设计方案，运用相关物理规律，完成探究，解决问题，做好课前、课中、课后的衔接与融合，实现物理课程的育人价值.

3 学生学习情况分析

以物理学科核心素养为主线，结合学生的课前诊断结果及教师教学经验，学情分析如下.

物理观念：学生已建立了“场”的观念、微观粒子的运动与相互作用观念，具备将电场与电路相联系的意识，为自由电荷在电路中的运动分析做好了准备.学生对功能关系和能量概念有了一定理解，能量转化与守恒观念已经形成并走向完整.

科学思维：在利用宏观微观结合思想建立导体内恒定电场模型、自由电荷在全电路的运动模型时仍面临较大挑战.学生学习过串、并联电路及其特点，但是，将其规律及“等效思想”熟练运用到混联电路中的能力不足，如对于欧姆定律的适用范围有理解盲区，受初中物理中关于电源输出电压不变的影响，认为电动势就是路端电压.

科学探究：学生由于之前科学实验的积累，具备了科学探究的基本素养，能够运用函数与图像分析物理问题，对于多次测量减小偶然误差等实验的认识基本形成，因此应该可以依照实验原理及实验任务完成实验探究，但对于实验方案的创新设计、系统误差的证据支撑、分析方法和手段的灵活度以及针对探究过程和结果的解释、评估、反思能力还有待提高.

科学态度与责任：学生对于规律的理解和应用往往仅限于解决物理问题，并未对物理规律的背景深入探索和反思，而学生对科学本质的理解是科学教育的重要目标之一，学生应加深对科学本质多维度的理解，有目的运用各种科学方法开展研究活动，建立自然规律.

4 单元教学目标

（1）学生建立“场”“路”之间的联系，理解电源、电阻、电流等物理量的意义，利用宏观微观结合思想建立自由电荷运动的微观模型，完善物理观念;理解电功、电功率、电热、热功率的概念及表达式的物理意义;通过电动机应用的实验探究能够辨析纯电阻电路和非纯电阻电路电功率与热功率的关系.

（2）知道电动势和内阻是表征电源特性的物理量，理解电动势的定义;构建微观模型，从定性的角度进行科学推理，找出电路中自由电荷定向移动过程中，静电力与非静电力做功的能量转化关系，形成结论;知道静电力做功与非静电力做功、电势差与电动势的区别;会从能量转化与守恒观念推导闭合电路欧姆定律，理解闭合电路欧姆定律如何在纯电阻、非纯电阻电路中的应用;会用闭合电路的欧姆定律从定性和定量两个方面进行科学推理分析电路中的问题.

（3）知道欧姆表的原理并会使用;通过导体电阻率的测量，学会游标卡尺和螺旋测微器的使用，正确选择测量电路和控制电路;设计电源电动势和内阻的测量方案，培养创新思维、科学探究意识和质疑精神;通过对实验现象的观察和实验数据的采集与使用，树立证据意识，形成应用数据进行研究的科学素养.

5 单元学习过程设计（见表2）

6 主要学习活动设计

6.1 以科学探究促进电路模型的构建

电功率与焦耳热、电功率与热功率的区别是学生很难掌握的，焦耳定律在初中已经学过，但初中学习的都是纯电阻电路，所以在学生的认知里，电功与焦耳热是一致的.因此通过创设问题情境，解决纯电阻电路与非纯电阻电路的本质区别，形成正确的模型是非常重要的.如图2所示，通过理论探究与实验探究，真正从本质上理解纯电阻电路与非纯电阻电路.

6.2 以科学问题和方法引领核心概念教学

学生在学习电动势概念之前对电源在电路中的作用和用恒定电场的知识解释电流的形成有了初步的了解，具有能量的观点，但对宏观体现与微观机制的结合方面还很陌生，生活中学生知道“电源电压”，对初中所学电源电压不变印象深刻，多数学生容易把电动势与电源两端电压混淆，不能区分电动势与电势以及电势差等概念.鉴于学生存在的问题，本节教学过程中主要采取如图3所示的策略.

6.3 以核心任务引领实验探究

鉴于对学生科学素养的培养，实验教学应强化学生的主体性，让学生完成实验设计，具体教学过程中主要采取图4所示的策略.

7 学习效果诊断与评价

7.1 课前学习指导与诊断

课前学习是教学的起始环节，为学生在课上进一步深入理解知识、发展能力、解决问题打下基础.课前学习目标和指导应有利于促进学生对知识的深层理解，重难点定位要精准，学习内容要具体，问题设置要有层次感.如“电能”的学前诊断策略为：以问题驱动，引导学生深度阅读，促进新认知的生成.

7.2 课堂认知发展评价

7.2.1 完善探究实验报告，培养学生科学探究能力

以实验报告作为过程性评价，评价学生在实验探究中的科学思维和科学探究能力的发展.本单元重点实验为导体电阻率的测量、电池电动势和内阻的测量，基于实验原理，学生分别从方案设计、仪器操作、数据记录和处理、误差分析、结论分析、交流感悟等方面撰写探究实验报告，对学生报告进行针对性指导.

7.2.2 深入理解核心规律，发展学生科学思维

引导学生，讨论外电路为纯电阻时，不同的物理量间的图像关系以及对图像的理解，以闭合电路欧姆定律为核心规律，重点分析了U-I图像后，让学生尝试画出U-R、I-R、P-U、P-I、P-R这五个图像，理解图像的含义，通过这些图像全面理解闭合电路欧姆定律，熟练运用解析式和图像分析问题，解决问题.

7.3 课后素养提升评价

（1）设置典型问题，强化解决问题的思路和方法：课后测试题的命制要注意由浅入深，层层递进，要尽可能创设真实情景，锻炼学生从实际情景中抽离转化、建立物理模型、讨论物理问题的能力.

（2）巧用课题研究，参与创新设计，实现物理课程的育人价值：面对一个真实的情境，通过与已有认知的联系和分析，提出并表述可以进行探究的物理问题，由解决固有的课内问题，转为发散的、科学性的社会问题，如充电宝、新能源电动汽车供电装置等.

8 教学设计评析

从整体上看，本单元教学设计符合发展学生核心素养的课程改革理念.

（1）学习内容整合，以教材为依托，走出教材，引导学生探寻电路中基本概念、重要概念和重要规律的本质，体会规律的建立过程以及科学探究精神.

（2）重视物理情境的创设，由探讨生活中的物理问题做单元导入，让学生观察、感受、思考、质疑、分析，体会物理思想方法.在闭合电路欧姆定律的学习中，创设熟悉的实验情境，引导学生用熟悉的情境探究新的问题.

（3）重视科学探究能力的培养，通过创设情境和任务，让学生在观察和体验后有所发现、联想，萌发出新的科學问题，运用科学思维、探究解决科学问题.培养学生问题探究的多种设计和解法的能力.

（4）以问题解决促进物理学科核心素养的达成，在本单元的教学中，无论是课前、课中还是课后，无论是概念学习还是规律的探究，均以问题和任务做驱动，基于问题解决，让学生建立并体会一个完整的物理观念和科学探究过程.促进学生的全面发展，真正实现物理课程的育人价值.

参考文献：

[1]张玉峰.以大概念，大思路，大情境和大问题统领物理单元教学设计[J].中学物理，2020，38（03）：2-7.

[2]王美芹，张玉峰.基于物理学科核心素养的单元教学内容分析与学情分析[J].中学物理，2020，38（04）：8-11.

[3]张玉峰.基于学习进阶的物理单元学习过程设计[J].课程·教材·教法，2020，40（03）：50-57.

[4]张玉峰，秦晓文，王美芹.物理单元教学反馈性评价的内容与思路[J].中学物理，2020，38（06）：19-22.

（收稿日期：2021-01-27）