基于物理核心素養(yǎng)的差異性課堂教學探討
——以“電動勢”教學為例

陳曉健

(南京第十三中學鎖金分校,江蘇 南京 210008)

2016年9月教育部發(fā)布了《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》的研究成果,明確了中國學生發(fā)展的6大核心素養(yǎng)．對于物理學科核心素養(yǎng)包括4個成分,分別是物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態(tài)度．筆者在研習這4個核心素養(yǎng)的同時,針對我校不同層次的學生進行了差異化教學設計．真實的課堂不是作秀,適合學生的課堂設計才是真課堂．筆者對兩個班進行了對比設計,堅持以人為本,培養(yǎng)學生以科學的思維態(tài)度去探究物理概念．

1 緊扣物理觀念,新課導入對比及分析

物理觀念這一要素的內容,要求學生不僅要知道、理解物理知識,而且要將所學習的各個具體知識整合起來,形成對物理世界原理性、規(guī)律性的認識,即形成物理觀念,包括物質觀念、運動觀念、結構觀念、時空觀念、相互作用觀念、能量觀念等及其應用(用來解釋相關物理現(xiàn)象)．筆者針對競賽班和普通班兩個群體,就課題“電動勢”進行了同課異構,分別做了如下導入.

方案1:針對普通班,由于這個層次的學生對物理的學習缺乏主動性,自學能力也比較弱,因此筆者為了更好地把物理概念簡化,采用了類比的方法．

師:大家有沒有玩過滑滑梯?(玩過)今天,我給大家?guī)砹艘粋€滑滑梯,展示“玩具滑滑梯”圖1．

師:不過是玩具滑滑梯.

演示小球滾下.

圖1

圖2

師:把小球放到滑道高處,小球順著滑道滑下,如果要讓游戲得以持續(xù)進行,需要做什么工作?

生:搬運小球.

師:對,我現(xiàn)在用一個提升裝置代替我搬運小球.

演示游戲持續(xù)進行過程.

師:由于提升裝置的作用,滑滑梯游戲得以連續(xù)進行.

在前面的物理學習過程中,有沒有什么物理過程與此相似?

生:電路中產生電流過程.

師:下面我們就一起來類比這兩個過程如表1.

方案2:針對競賽班,這個層次的學生對物理本身有很強的興趣,自學能力較強,并且對物理模型分析能力很強．在引入電動勢的概念時,不需要過多的類比．

表1

師:引導學生回顧上節(jié)課學習的“電源”的概念．

圖3

在教材圖3中電源的作用是什么?

師:(投影)(如圖3所示)

生:電源能夠不斷地將電子從A搬運到B,從而使A、B之間保持一定的電勢差;電源能夠使電路中保持持續(xù)電流．

師:電源P在把電子從A搬運到B的過程中,電子的電勢能如何變化?從另一個角度看,電源又發(fā)揮了怎樣的作用?

生:電子的電勢能增加了．電源為電路提供了電能．

師:自然界中的能量是守恒的,電源為電路提供了電能,必然會有其他形式的能量減少,從能量轉化和守恒的角度,你認為電源是個怎樣的裝置呢?

生:電源是把其他形式能轉化為電能的裝置．

對比評析: 兩種方案設計,方案1比方案2更加活潑、生動,更能調動學生的學習積極性,對學生的思維能力要求不高,同時還能通過類比來幫助學生構建物理概念的模型．方案2直擊中心,直接拔高了學生的思維水平,把前面學過的相關知識進行了完美的整合．

2 滲透科學思維,巧妙科學探究,創(chuàng)設情境進展新課對比及分析

科學思維這一要素的內容,要求學生學會模型建構、科學推理、科學論證和質疑創(chuàng)新等方法與能力．科學探究有兩種不同途徑: (1) 從對原有理論質疑開始; (2) 從新現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)與研究開始．綜合起來主要包括提出問題,形成猜想和假設,設計驗證實驗或制訂修正理論方案,進行驗證實驗並獲取和處理驗證信息,根據(jù)驗證信息做出分析、判斷及結論并做出解釋,以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思等．

筆者在展開新課時,針對不同層次學生分別做了兩種設計思路．兩種思路的設計緊扣核心素養(yǎng),滲透科學思維的同時,巧妙再次使用類比法探究電動勢的概念．

方案1:剛把滑滑梯上的提升裝置類比成電路里面的電源后,從能量角度來定義電源的作用．接著采用類比法比較不同電源做功的本領大小，設計如下.

師:同學們在玩滑滑梯的過程中,反復爬升,會有什么感覺?

生:累并快樂著.

師:滑下來的過程是輕松的,爬升的過程比較累,是為什么呢?

生:克服重力做功,費力氣,消耗能量．

師:下面我們再從能量角度類比這兩個過程見表2.

表2

師:不同電源,轉化的能量也有不同,電池和發(fā)電機分別把什么能量轉化為電能?(展示電池,搖動發(fā)電機)

生: 電池通過化學作用把化學能轉化為電能發(fā)電機通過電磁作用把機械能轉化為電能.

師:根據(jù)這兩個過程的類比,請同學們歸納總結電源在電路中的作用．

生:搬運電荷,提供電能.

師:非靜電力作用→搬運電荷→提供持續(xù)電壓.非靜電力做功 → 能量轉化 → 提供電能.

師:所有電源都能把其他形式能量轉化為電能,但在能量轉化時,不同電源往往在性能上也有差異．

師:如何比較電源把其他形式能量轉化為電能的本領大小?

學生討論:(未果)

圖4

引導1:怎樣研究電源能量轉化?

生:通過研究非靜電力做功來研究電源能量轉化.

問題:如何比較電源非靜電力做功本領大小?

學生討論:(未果)

引導2:在前面的類比過程中,我們把電源類比為提升裝置,非靜電力做功類比為非重力做功,下面我們就先來看看如何比較非重力做功本領大小．

游戲介紹:比比“吹氣做功”本領大小?

游戲過程:男、女生各一名,同時通過吹氣提升砝碼.

現(xiàn)象1： 男生吹重砝碼,女生吹輕砝碼,女生吹得高,男生吹得低.

問男生:是否你吹氣做功本領比這位女生小?

男生:不是,我吹的砝碼重,不公平.

現(xiàn)象2:男、女生吹同樣的砝碼,男生吹得高,女生吹得低．

師:(1) 吹氣提升相同砝碼,克服重力和阻力做功,吹升得越高,克服重力做功越多,產生的重力勢能越多,吹氣做功的本領越大．(2) 吹氣做功本領大,即通過吹氣把其他形式能量轉化為機械能的本領越大.

師:體會剛才的游戲過程,總結是怎么比較“吹氣做功”本領大小的,思考、討論如何比較電源把其他形式能量轉化為電能的本領大小．

生:搬運相同電荷,非靜電力做功越多,非靜電力做功本領越大,即電源能量轉化本領就越大．

師:相同電荷常取單位電荷,比較搬運單位電荷,非靜電力做功多少,就能比較電源能量轉化本領大小.

問題:如果兩種電源搬運電荷量q不等,非靜電力做功W也不同,我們也可以通過適當?shù)挠嬎惚容^它們能量轉化本領大?。绾斡嬎?

生:W是非靜電力做功多少,q是電源搬運的電荷,E的單位是伏特(根據(jù)W=qU可知,1 V=1 J/C)．

方案2.筆者只通過自制的抽水機給學生看了看,為讓學生親自動手操作,更多的是以問題為情境,環(huán)環(huán)相扣,步步緊問,讓學生自己去探討回答問題,通過閱讀課本,利用小組討論的方法,解決一系列問題，方案如下.

師:“假如你就是正電荷,請走進電源內部,研究并討論電源的工作原理,并將分組研討的成果向大家展示”, 給學生提供以下3個參考.

問題1:討論形成持續(xù)電流的條件;

問題2:正電荷在電源外部運動情況,什么作用使其運動,做功情況及能量轉化情況;

問題3:類比抽水機,試分析電源內部正電荷的受力情況、做功情況及能量轉化情況,討論電源的工作原理．學生小組研討后,請學生代表到前臺匯報展示研討成果,得出原理:電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置．

師:出示干電池、手搖發(fā)電機,提出問題:干電池、手搖發(fā)電機都可以做電源,這些電源中的非靜電力相同嗎?所起的作用相同嗎?談談你的看法．

學生思考,分組討論,選出代表回答．

干電池中的非靜電力是化學作用,手搖發(fā)電機的非靜電力是電磁作用,前者把化學能轉化為電能,后者把機械能轉化為電能．非靜電力雖然不同,但從能量轉化的角度看,他們所起的作用是相同的,都是把其他形式能轉化為電能．

師:電源有好多種,他們在把其他形式能轉化為電能的本領相同嗎?如何比較呢?

師:能不能比較電源內部非靜電力搬運電荷做功的本領?

提出問題:演示自制抽水機的工作過程,本領可以用抽水機搬運相同質量的物體,重力勢能增加多少來判斷,即重力勢能增加多,本領大．類比非靜電力做功,對相同電荷搬運,如何比較．

舉例:在某一過程中干電池將2 C正電荷從負極搬運到正極做功3 J,而蓄電池將1 C的正電荷從負極搬到正極做功2 J,哪個電池中非靜電力做功的本領強?

生:干電池和蓄電池搬運相同電荷做功不等,干電池做功本領強．

教師:我們把比較電源做功本領的物理量稱為電動勢．電動勢也是用比值定義的物理量,請把電動勢的定義完整地說出來．并寫出電動勢的定義式．說明給物理量符號的意義和單位．

學生思考,得出電動勢的定義,并寫出電動勢的定義式．

對比評析： 對于方案1，筆者幫助學生建立模型,通過自制的教具,再次類比非靜電力做功本領．過程探索有趣生動,特別是讓女生吹2個砝碼,讓男生吹4個砝碼,讓學生比較做功本領時,學生判斷出現(xiàn)困難,男生很不服氣,引發(fā)了學生都要求吹相同砝碼的時候來比較吹氣本領,很自然地過渡到非靜電力做功本領采用搬運等量電荷來比較．也很自然地引出電動勢的概念．對于方案2，筆者通過自制教具抽水機做了類比,同時要求學生自己閱讀課本,自主討論,自主研究,問題的設計難度比方案1大,同時給了學生更多的空間自己思考,大膽假設,大膽探究．總之兩種方案處處滲透著科學思維,同時筆者經過自己設計的教具帶著學生去探究,還啟發(fā)學生自己設計更改實驗方案,探究方法上都采用了類比．只是探究的難易做差異性調控．

3 尊重實驗事實,培養(yǎng)嚴謹科學態(tài)度,激發(fā)團隊力量

科學態(tài)度與責任要求認識科學的本質，科學精神，科學與技術的區(qū)別，科學、技術、社會、環(huán)境(STSE)的關系等;與此同時,培養(yǎng)學習和研究物理的好奇心與求知欲,培養(yǎng)團隊精神與遵循道德規(guī)范,反對從事有害社會的技術開發(fā)與技術行為,養(yǎng)成保護環(huán)境、節(jié)約資源、促進可持續(xù)發(fā)展的責任感．

筆者在推進電動勢后,開始分析電勢差和電動勢的區(qū)別,提出質疑,引發(fā)學生思考電勢差和電動勢的單位雖然相同,物理意義不同．在兩個層次的班里都采用了講授法,這點也是本節(jié)難點.筆者在普通班中設置了更多的層次,幫助學生理解概念．接著筆者在總結電動勢這一節(jié)內容時候還提出了課后探索內容．

對于普通班,筆者提出兩個問題: (1) 調查常用可充電電池; (2) 電池的廣泛應用與環(huán)保(節(jié)能減排;廢舊電池的危害和回收).

對于競賽班,筆者提出另外兩個問題: (1) 調查常用可充電電池及研究廢舊電池的危害、回收; (2) 查閱一種放在鞋底部的電池如圖5,通過人們的身體運動進行充電的鋰電池．查閱電池的研究過程及應用．

圖5

筆者在課程的結束分別提出了不同的要求,培養(yǎng)學習物理的好奇心和求知欲,同時激發(fā)學生團隊力量一起調查研究,在傳授知識的同時,引導學生養(yǎng)成保護環(huán)境,節(jié)約資源的社會責任感．

4 差異化教學滲透物理核心素養(yǎng)的教學感觸

筆者初次嘗試在同一課題下以核心素養(yǎng)為導向,采用不同方案進行教學設計．兩節(jié)課都通過創(chuàng)新性的設計課堂實驗,有針對性的把抽象的物理概念通過類比形象化,讓學生在輕松愉快的課堂氣氛中經歷了物理概念的建構過程,既深刻理解了電動勢這個物理概念,又學習了解一些物理研究的方法,如類比法、用比值定義物理量方法．

兩節(jié)課都用問題引導,充分尊重學生的思維發(fā)展過程,在學生思維發(fā)展的節(jié)點,構思巧妙的創(chuàng)新性物理實驗讓學生體驗、給學生啟發(fā),使學生的思維能飛躍臺階,自己完成電動勢概念的建構．同時,通過聯(lián)系生活實際,讓電動勢這個抽象的物理概念與日常生活緊密聯(lián)系在一起,使學生進一步體會了物理源于生活、服務于生活,激發(fā)了學生探究物理知識、學習物理技能的興趣．兩節(jié)課完全以物理核心素養(yǎng)為導向設計,筆者收獲頗多,望同行批評指正．

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