初中物理焦耳定律教學(xué)策略探討

“以人為本”“以學(xué)生的全面發(fā)展為本”是新課程改革的出發(fā)點，隨著新課程改革不斷深入推進，新課程體系不斷完善，教育理論也不斷地在實踐中更新，教育家提出了培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，這也是“以學(xué)生的全面發(fā)展為本”的內(nèi)在要求，也是黨的教育方針的具體化，是落實立德樹人的根本目標(biāo)在具體教育教學(xué)實踐的方向性指導(dǎo)，核心素養(yǎng)也進一步明確了學(xué)生應(yīng)具備的必備品格和關(guān)鍵能力，引領(lǐng)課程改革和育人模式變革，同時也深刻影響課堂教學(xué)生態(tài)。初中物理學(xué)科同樣擔(dān)負著學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)任務(wù)，尤其是科學(xué)精神的培養(yǎng)。學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是長期過程，不可能一蹴而就，也不可能由一門學(xué)科來實現(xiàn)。它是由多門學(xué)科在長期教育培養(yǎng)中逐步實現(xiàn)的，微觀上看就是要把核心素養(yǎng)培養(yǎng)具體落實到每節(jié)課和每次活動中，因此合理確定每節(jié)課的培養(yǎng)目標(biāo)，目標(biāo)實現(xiàn)策略就顯得尤為重要。教學(xué)設(shè)計是基于學(xué)情，對教材的分析和學(xué)習(xí)目標(biāo)的把握而做出的有針對性的教和學(xué)的方案。下面，筆者以人教版初中物理第十八章第四節(jié)《焦耳定律》教學(xué)設(shè)計為例，在預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)情的情況下和大家一起探討如何有效落實學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)情分析

隨著教育信息化1.0的完成，教育信息化2.0已經(jīng)撲面而來，數(shù)字化校園建設(shè)已提上日程。筆者所在學(xué)校已完成首輪現(xiàn)代化學(xué)校建設(shè)，學(xué)校無線網(wǎng)絡(luò)無死角覆蓋，學(xué)生可通過移動設(shè)備接入校園網(wǎng)絡(luò)，學(xué)校建設(shè)有校園網(wǎng)絡(luò)交流平臺，班級有自己的資源平臺和學(xué)習(xí)論壇等，已具備網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)校設(shè)有物理開放實驗室，也組建了相關(guān)物理的社團，有多名學(xué)生是物理社團的成員。知識技能儲備方面，學(xué)生已學(xué)習(xí)了歐姆定律，用控制變量法對歐姆定律做了定量的學(xué)生實驗，通過本章前三節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對電能、電功率知識已有了一定的理解。對于一些探索性問題，學(xué)生已有了探究意識，初步具備了用控制變量法研究問題的能力，知道轉(zhuǎn)化法的思路，同時也具備了一定的實驗操作能力。心理方面，學(xué)生對很多科學(xué)問題總是有很濃的興趣，很想探究這些問題，有創(chuàng)新意識，實驗設(shè)計能力有待進一步提高。

二、教材分析

本節(jié)課內(nèi)容主要有四部分，一是電流的熱效應(yīng)；二是探究電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)；三是焦耳定律；四是電熱的利用和防止。電流通過導(dǎo)體會產(chǎn)生熱，學(xué)生有一定的生活體驗，但電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱和什么因素有關(guān)？大多數(shù)學(xué)生缺乏思考。由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電能、電功率等電學(xué)知識，具有了一定的電學(xué)知識基礎(chǔ)，并且通過一年多的物理知識學(xué)習(xí)，也具備了一定探究能力。在這些基礎(chǔ)上再來研究電熱，符合學(xué)生的認知規(guī)律，也為我們大膽設(shè)計創(chuàng)造了條件，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供很好的契機。但是遺憾的是人教版教材沒有讓學(xué)生放手探究，而是提供了演示方案，引導(dǎo)學(xué)生分析理解方案，這種設(shè)計思路過于保守，因此筆者認為教師要敢于大膽重新設(shè)計，實現(xiàn)更高的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

三、教學(xué)目標(biāo)和重難點確定

這節(jié)課能培養(yǎng)哪些核心素養(yǎng)要基于對教材的分析和學(xué)情的把握來確定，筆者把這節(jié)課教學(xué)目標(biāo)和重難點確定如下：1.能通過實例，認識電流的熱效應(yīng)，知道電流熱效應(yīng)與導(dǎo)體的電阻、通過導(dǎo)體的電流、通電時間的定性關(guān)系。2.通過實驗探究電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)，培養(yǎng)猜想、制定計劃、分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論等科學(xué)探究能力，鍛煉創(chuàng)新思維能力，進一步學(xué)習(xí)控制變量的科學(xué)研究方法，體會轉(zhuǎn)換法的研究思想，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。3.通過學(xué)習(xí)電流熱效應(yīng)的應(yīng)用實例和危害防止，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、將所學(xué)知識運用于實際的意識，體會物理知識對生產(chǎn)、生活的重要意義。4.通過對物理學(xué)家焦耳事跡的學(xué)習(xí)，體會不懈追求的科研創(chuàng)新精神，激發(fā)熱愛科學(xué)的情感。

教學(xué)重點：通過實驗探究電熱與電流、電阻和通電時間的定性關(guān)系。教學(xué)難點：利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法設(shè)計探究實驗。

四、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計探討

1.新課引入。設(shè)計新課引入目的是為了點明研究課題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，所以有必要創(chuàng)設(shè)有趣的情景，激發(fā)學(xué)生興趣，引發(fā)學(xué)生思考，為后面的探究學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)有利的條件。這節(jié)課采用電熱現(xiàn)象的實驗來導(dǎo)入比較好，比如電阻絲通電點燃火柴，電熱鋸切割泡沫等。為了突出效果，實驗設(shè)計能讓學(xué)生感到出乎意料，有震撼的效果，也可以巧妙設(shè)計懸念，創(chuàng)設(shè)一定的情景，達到意想不到的效果。比如點燃火柴實驗中，可以把若干根火柴做成火炬，模擬運動會點燃火炬的場景，這樣不但體現(xiàn)了電熱，也把學(xué)生帶入到運動會的熱烈氣氛中，更能激發(fā)學(xué)生的興趣。

2.如何引導(dǎo)學(xué)生猜想電熱和什么因素有關(guān)。通過實驗導(dǎo)入新課后，教師順勢給出電流熱效應(yīng)的概念，并通過頭腦風(fēng)暴找出生活中見到的電熱現(xiàn)象。教師總結(jié)這些電熱現(xiàn)象并進行歸類，指出有些電熱有用可以利用，有些電熱對人們有害要加以防止，讓學(xué)生能辯證地看待電流的熱效應(yīng)，從而自然而然地得出不論是利用電熱還是防止電熱帶來的危害，首先要搞清電流的熱效應(yīng)與什么因素有關(guān)，引導(dǎo)學(xué)生進行猜想。我們知道，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的電熱和導(dǎo)體的電壓沒有關(guān)系，但是學(xué)生很容易猜到電壓這個因素，要排除電壓這個因素，教師會陷入兩難境地。因為要證明電熱和電壓無關(guān)，一般要利用兩個電動機串聯(lián)的電路來用實驗法排除，至少要花十分鐘左右的時間，這樣會讓新課教學(xué)任務(wù)無法按時完成。所以，猜想環(huán)節(jié)一定做好引導(dǎo)，設(shè)計好引導(dǎo)問題，才能順利得出電熱和電阻，電流和通電時間有關(guān)?？梢圆捎靡韵氯齻€問題并配合圖片引導(dǎo)學(xué)生猜想：(1)電爐絲和導(dǎo)線通過電流相同，為什么電爐絲熱的發(fā)紅，而導(dǎo)線幾乎不發(fā)熱？(2)插線板接入用電器太多，為什么很危險？(3)用同一個電熱器為什么燒開的水多用時就長？這樣猜想的好處是學(xué)生的思路可控，能按照教師的預(yù)想來完成猜想，為實驗設(shè)計爭取寶貴的課堂時間，有利于把實驗設(shè)計作為重點環(huán)節(jié)來展開。當(dāng)然，有學(xué)生真的猜想電壓這個因素，教師也不要刻意回避，而是告訴學(xué)生可以課后在開放實驗室進行探究，證明電熱和電壓無關(guān)。

3.實驗方案設(shè)計探討。本節(jié)課的重點內(nèi)容之一就是設(shè)計實驗方案，也是落實教學(xué)目標(biāo)2的有效途徑，實驗方案設(shè)計總的方法是控制變量法。由于電熱和三個因素有關(guān)，研究起來稍顯復(fù)雜，教師可以引導(dǎo)學(xué)生討論得出研究電熱和電阻關(guān)系時，選兩個阻值不同的電阻發(fā)熱多少做對比，要控制電流和通電時間相同，可采用兩電阻串聯(lián)來滿足實驗條件。要研究電熱和電流關(guān)系時，選兩個阻值相同的電阻并聯(lián)，一條支路可串聯(lián)滑動變阻器或多串一個相同電阻來滿足實驗條件。研究電熱和時間關(guān)系時，可在上述實驗時觀察一個電阻放熱隨時間的變化來得出結(jié)論。本實驗不要求學(xué)生用量熱桶測量電阻發(fā)熱，不要求研究定量規(guī)律，所以可以給學(xué)生提供充分開放的發(fā)揮空間，用轉(zhuǎn)換的思想反映出電熱的多少。為了降低設(shè)計難度，可適當(dāng)給學(xué)生用PPT給出如下設(shè)計提示。(1)研究電熱和電阻的關(guān)系，要控制電流和通電時間相同，電阻不同，可將不同電阻串聯(lián)。(2)研究電熱和電流的關(guān)系，要控制電阻和通電時間相同，電流不同，可將相同電阻并聯(lián)。其中一條支路串聯(lián)變阻器或電阻來改變電流。(3)研究電熱和通電時間的關(guān)系，只要對某個電阻持續(xù)觀察放熱情況即可。(4)用轉(zhuǎn)換法比較放熱多少。

學(xué)生實驗設(shè)計時，教師師要給足時間，并密切注意學(xué)生的設(shè)計方案，對有困難的小組給予提示性幫助，并在巡視過程中要收集有代表性的學(xué)生方案準(zhǔn)備點評。

等小組實驗方案設(shè)計完成后，接下來教師把收集到的方案用展臺投影出來，讓小組代表給大家解釋方案和學(xué)生分享，教師給予點評鼓勵，師生討論可以提出改進意見。學(xué)生的方案亮點一般出在轉(zhuǎn)換法比較電熱上，可以看哪個電阻先點燃火柴藥粉，也可以用電熱加熱空氣，比較空氣體積的膨脹，還可以電熱讓液體吸收，用液體溫度升高的度數(shù)來反映電熱的多少等。教師在點評時要客觀地指出方案的優(yōu)劣和改進意見，并要求課后學(xué)生在開放實驗室實踐自己的方案并改進。

為了能較好地培養(yǎng)創(chuàng)新思維，實驗設(shè)計不做任何器材限制，具有充分的開放性，所以學(xué)生設(shè)計的實驗方案五花八門，不可能在課堂上逐一演示，所以教師也要準(zhǔn)備自己的實驗設(shè)計進行演示實驗得出必要的結(jié)論，如果有小組方案和教師事先準(zhǔn)備的方案基本吻合，那就按照該小組方案進行實驗。

4.焦耳定律的應(yīng)用教學(xué)策略探討。通過前面的實驗探究，可以順利得出焦耳定律，并給學(xué)生介紹焦耳的故事，來實現(xiàn)第三和第四個教學(xué)目標(biāo)。焦耳定律的應(yīng)用不僅僅限于利用公式計算，可以多聯(lián)系生活，能利用焦耳定律的知識理解電熱的利用和防止，比如如何防止電路起火，在家里做到科學(xué)用電。

5.電功和電熱的區(qū)別與聯(lián)系教學(xué)策略探討。我們知道，電流做功的形式多樣，可以將電能轉(zhuǎn)化成各種其他能量，電流的熱效應(yīng)是電流做功的一種表現(xiàn)，只有在純電阻電路中電功才等于電熱，為了能讓學(xué)生認識到這個問題，可以利用例題先用焦耳定律計算出電熱，再計算出電功進行比較，教師順勢提出問題，電流做的功和電熱都相等嗎？從而引導(dǎo)學(xué)生討論，得出結(jié)論。這樣比教師直接講授的效果顯然要好。

6.新型電加熱設(shè)備原理教學(xué)探討。隨著人們生活水平的不斷提高，電磁爐和微波爐已經(jīng)非常普及，這兩種加熱器比傳統(tǒng)的電加熱設(shè)備加熱效率高達10倍左右，如果不提這些新型加熱設(shè)備，顯然就會和生活脫節(jié)了。為了能密切聯(lián)系生活實際，充分體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會”，教師有必要作適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，顯然這節(jié)課無法對它們的原理展開探討。筆者的做法是給學(xué)生提出問題，課后通過互聯(lián)網(wǎng)資源了解，并在班級交流平臺推薦相關(guān)網(wǎng)址供學(xué)生參考。

教學(xué)進行到這里，也就到了小結(jié)布置作業(yè)的環(huán)節(jié)，緊張愉快的學(xué)習(xí)結(jié)束了。

新課程改革讓教師由課程的執(zhí)行者變?yōu)檎n程的設(shè)計者、開發(fā)者，讓教師對學(xué)材再建構(gòu)有了理論支撐。所謂“教無定法”，不但是指不同的教師對同樣的問題采用不同的教學(xué)策略，即使是同一個教師面對不同的學(xué)生群體也會采用不同的教學(xué)策略，所以我們面對不同的教學(xué)環(huán)境和學(xué)情的狀況，都能設(shè)計出合理的教學(xué)設(shè)計，這是一名優(yōu)秀教師必須具備的專業(yè)能力，希望前面的探討能拋磚引玉，給各位同仁帶來一些啟發(fā)和思考。