基于提升学生核心素养的初中物理教学设计

摘 要：文章从培养学生核心素养的角度，对苏科版初中物理教材九年级下册第十五章第3节《电热器电流的热效应》进行教学设计，并进行教学反思，总结得出核心素养的提升可以渗透于教学设计的每个环节.

关键词：核心素养；电流的热效应；教学设计

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）26-0110-03

作者简介：谢亭叶（1987.1-），女，江苏省常州人，本科，中小学一级教师，从事初中物理教学研究.

基金项目：本文系江苏省中小学教学研究第十三期課题（基于测试分析的跟进式改革项目）重点课题（立项编号：2019jyktzd-03）、常州市情智物理梅建芬名教师工作室项目研究阶段性研究成果.

2016年9月《中国学生发展核心素养》以项目研究成果的方式正式发布.“核心素养”研究与讨论归根结底是要解决“培养什么人”的问题，但是又不能凭空培养，需要以学科为载体，在具体的学科内容教学中，结合学科本身的特点和学生身心发展规律，在每一堂课的教学设计中落实核心素养的培养，才能对教学改革起到积极的推动作用.本轮课程改革的核心与关键是学科核心素养.通过近几年的研究和讨论，学科育人的价值主要体现在培养学生正确的价值观、必备的品格和关键能力.具体到物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”.

提升学生的核心素养是当下物理课堂教学设计的核心目标［1］，无论是创设真实的物理情境、展示必要的实验，还是设计与操作实验探究，都要渗透提升核心素养的核心目标.教师在实验教学设计时可通过创新实验的展示，利用问题引导学生设计实验，利用自制实验器材探究实验，结合实验数据科学推理与论证，联系实际生活的实践应用等方法［2］，引导学生深刻领悟自然现象背后的物理规律，形成物理观念.

1 基于提升学生核心素养的教材分析

教材知识框架下，学生通过前两节的学习，知道了电功和电功率的概念，学会了在不同情境下利用不同的公式进行计算.本节课的任务是从能量转化的角度，观察生活中与电热有关的现象，探究影响电热的因素，学会不同电路中电热的计算，探讨电流的热效应在生活中的应用与危害.从现象到规律，从定性到定量，从规律到应用，从特殊到一般，循序渐进，符合物理学科的特点和学生的认知规律.

2 以核心素养为先导的教学过程设计

2.1 创新实验引入，体验电流的热效应

如图1所示来进行实验，这是蓄电池和电阻丝，通电后请大家观察实验现象.

问题：思考实验现象说明了什么？其中的能量转化是怎样的？

生：通电后电阻丝变红，说明导体中有电流通过时会发热，将电能转化为内能.

师：这种现象称为电流的热效应.这个过程中产生的热量简称电热，用Q表示.

设计思路：用实验引入，激发学生的学习兴趣，用明显的实验现象，加深学生对电流热效应的感知，通过问题的引导，培养学生从实验或生活现象中归纳、概括事物或过程本质特征的能力，促进学生理解物理概念，形成物理观念.

2.2 通过设计实验，探究电流的热效应与哪些因素有关

问题1：请大家猜想，电流的热效应与哪些因素有关并说出依据？

生1：与时间有关.电热水壶通电时间越长，产生的热量越多，水温越高.

生2：与电流有关.刚才的实验中通电前电阻丝不发热，通电后电阻丝发热.

生3：与电阻有关.实验中，通电后电阻丝发热发红，而与其串联的导线却没有明显的发热现象.

问题2：既然电热与多个因素有关，采用什么实验方法探究呢？

生：控制变量法.

电热与时间的关系是显而易见的.今天重点设计实验探究电热与电流、电阻的关系.

问题3：怎么探究电热与电阻的关系呢？设计中需要思考讨论清楚以下问题：

a.要控制谁不变？怎么控制？

b.要改变谁？怎么改变？

c.怎么显示电流的大小？

d.怎么保护电路？

e.请画出电路图.

f.怎么比较电热的大小？

小组内思考讨论，将最终设计的电路图画在伴学案中，请核心发言人以问题为提纲进行设计分享.

分享一：

利用滑动变阻器控制电流相同，换阻值不同的电阻进行实验.

分享二：

将阻值不同的电阻串联，控制电流相同，只需连接一次电路.将电热转换为比热容较小的物质温度的升高量.

要顺利完成实验，不仅要有科学的实验设计还要关注实验细节.

问题4：思考讨论实验中需要注意哪些细节？

生：电源用稳压输出，注意正负极；根据电流的需求调节电压的大小；可以用电源开关控制电路的通断；连接电路时开关要断开；闭合开关前滑动变阻器要放在最大阻值处；实验结束后及时断开开关.

问题5：观察提供的实验器材，今天要用电阻丝加热什么物质？与煤油相比有什么优点呢？

生：加热空气.有利于学生实验，方便安全，比热容更小，实验现象更明显.

下面请大家小组内分工合作，按照图2所示完成实验记录数据，得出结论.图2 加热实验装置图

实验结论：________________________________

问题6：怎么探究电热与电流的关系呢？同样需要思考讨论清楚以下问题：

a.要控制谁不变？怎么控制？

b.要改变谁？怎么改变？

c.怎么显示电流的大小？

d.怎么保护电路？

e.为了节约实验时间，前面设计的电路和数据有哪些可借用之处？

f.请画出电路图.

分享一：选一个电阻，用滑动变阻器调节电流的大小.

分享二：可以借用第一次连接的电路，以温度升高较快的大电阻为研究对象.可以借用第一次I=1 A时的数据，再调节一次电流即可.

下面请大家小组内分工合作，完成实验记录数据，得出结论.

实验结论：_____________________________________

最终得到定性关系：电流越大，电阻越大，时间越长，产生的电热越多.

设计思路：引导学生经历完整的科学探究过程，培养学生结合真实情境提出物理问题，依据经验或事实提出猜想或假设，依据物理原理应用科学方法设计制定实验方案，正确使用基本的测量工具和实验器材进行实验操作，对收集的数据进行处理获得实验证据，根据实验证据对猜想与假设做出判断，从而解决问题并得到实验结论的科学探究能力.

2.3 尝试利用理论推导，探索电热与电流、电阻、时间的定量关系

问题：我们对物理规律的研究往往采用实验探究和理论推导两种方法，请大家利用所学物理知识，在纯电阻电路中推导得出电热与电流、电阻、时间的定量关系？

生：Q=W=UIt=I2Rt

设计思路：让学生体验研究物理规律的两种不同手段，学习科学家的探索精神，将这种探索世界的精神踐行于生活与学习中.

2.4 实践应用，探讨电流的热效应在实际生活中的应用与危害

问题1：请同学解释开始实验中通电后为什么电阻丝发热发红，而与其串联的导线却没有明显的发热现象？

问题2：探讨电流的热效应在生活中的应用与危害？

问题3：探讨减小和预防危害的方法？

设计思路：培养学生能分析问题情境，明确研究对象，弄清物理过程，应用物理观念的能力；能从物理的角度认识和解释生活中物理现象的能力，提升实践应用能力［3］.

核心素养的提升可以渗透于教学设计的每个环节.教师在教学设计时，可以通过设计直观的物理实验，设置精准的核心问题，引导学生对物理概念和物理规律等在头脑中进行提炼与升华，对知识进行思维加工与内化，促进物理观念的形成；也可以通过巧妙设置递进问题的方式引导学生深度思考，提升学生的科学推理与论证的能力；还可以通过引导学生完整经历实验探究的过程，提升学生的科学探究能力；同时也可在学科观念的应用中渗透对科学态度与责任的提升.

参考文献：

［1］叶兵，孙德生.初中物理核心素养与关键能力的研究及测评实践[J]. 物理教学，2017（12）：39-43.

［2］ 林紫德.21世纪学生发展核心素养的研究[M].北京：北京师范出版社，2016.

［3］ 吴梦雷.基于培养学科思维能力的高中物理教学设计[J].物理教师，2021（10）：8-12.

［责任编辑：李 璟］