以歐姆定律為主線的安全用電高端備課策略

吳仉蓉 彭妙

摘 要：以自制教具演示人體觸電實施“安全用電”教學，以歐姆定律為主線進行教學設(shè)計，闡述了以物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)為指向的高端備課策略.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);自制教具;歐姆定律;高端備課

文章編號：1008-4134（2019）16-0062 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

基金項目：廣東省教育科學“十三五”規(guī)劃2017年度研究課題“以導學案為載體的初中物理高端備課策略研究”（項目編號：2017YQJK012）.

作者簡介：吳仉蓉（1970-），女，江西臨川人，本科，中學高級教師，江西省特級教師，研究方向：初中物理教學;

彭妙（1983-），男，湖南岳陽人，本科，中學二級教師，研究方向：中學物理實驗教學研究.

歐姆定律是初中物理電學知識的重點內(nèi)容之一，也是學生理解人體如何發(fā)生觸電的基礎(chǔ)知識，對學生在生活中防范觸電的發(fā)生有極強的指導意義.而筆者在教學實踐中發(fā)現(xiàn)學生對“安全用電”這一節(jié)課的知識往往停留在“看熱鬧”的層面，部分教師對人體觸電本質(zhì)的分析不夠深入和透徹.本文是筆者所參與的工作室集體智慧的總結(jié)，立足于高端備課的視角、自制教具模擬人體觸電，以提升學生核心素養(yǎng)為目標談安全用電高端備課策略.

1 挖掘核心素養(yǎng)，形成教學策略

物理課程是自然科學領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學生方面的價值體現(xiàn)從科學知識、科學方法、科學精神與態(tài)度、科學應(yīng)用四個方面為學生今后生活和工作做準備，使學生養(yǎng)成終身發(fā)展所需的必備品格與關(guān)鍵能力，形成學生的物理學科核心素養(yǎng).筆者依據(jù)《義務(wù)教育物理課程標準（2011年版）》，結(jié)合教材，對安全用電的核心素養(yǎng)挖掘如下.

1.1 科學知識

《義務(wù)教育物理課程標準（2011年版）》對安全用電的教學要求為：“了解家庭電路.有安全用電和節(jié)約用電的意識”.再依據(jù)《廣州市義務(wù)教育階段學科學業(yè)質(zhì)量評價標準（2013版）》對安全用電的具體評價為：“能夠描述家庭電路的組成和連接方式”“會遵循安全用電原則畫出家庭電路簡圖”“會用測電筆檢測火線與零線”“知道地線的作用，能表述如何利用地線防止用電器漏電時導致的觸電意外”“能正確說出觸電急救應(yīng)對措施”[2].而本節(jié)課中學生需要構(gòu)建的核心知識為“家庭電路”“觸電”“觸電急救應(yīng)對措施”.

1.2 科學方法

本節(jié)課程在進行安全用電教學時，主要涉及第十五章建立的方法“電流流向法”和第十七章的知識“歐姆定律”，這些知識和方法是初中電學的重點內(nèi)容，也是學生在了解“觸電”概念的基礎(chǔ)上，將兩者有機結(jié)合用于分析電流如何流經(jīng)人體（分析問題）和思考如何構(gòu)建避免電流流經(jīng)人體（解決問題）的重要方法.

1.3 科學精神和態(tài)度

《義務(wù)教育物理課程標準（2011年版）》指出：“有將科學技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會實踐的意識”“體驗戰(zhàn)勝困難、解決物理問題時的喜悅”“養(yǎng)成實事求是、尊重自然規(guī)律的科學態(tài)度”.教師應(yīng)該發(fā)揮物理學科優(yōu)勢，在安全用電教學中立足于科學知識和方法，培養(yǎng)學生的科學精神，既不要使學生形成“談電色變”的心理，也不要有“只要不觸碰電線就不會觸電”的錯誤思想，還要利用好課堂做好學生的終生安全用電教育，和培養(yǎng)學生“有將科學服務(wù)于人類的意識，熱愛祖國，有振興中華的使命感與責任感”[3].

1.4 科學應(yīng)用

學習物理知識的意義在于學生能利用所學的知識去分析問題和解決問題，特別是將所學知識和方法遷移為一項重要的生活技能.安全用電的教學雖然不能用實驗直接驗證，但教師可以通過自制教具模擬實驗，通過設(shè)計合適的問題引導學生進行分析真實生活中的場景.筆者通過教學實踐認為在安全用電的教學過程中，教師應(yīng)該突出幾個核心問題的實施：什么是觸電、觸電發(fā)生時電流的路徑、以歐姆定律為主線、觸電急救應(yīng)對措施.

通過對本節(jié)內(nèi)容核心素養(yǎng)的挖掘，筆者形成了對本課的板書設(shè)計策略如圖1所示.

2 精心設(shè)計問題，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

2.1 從詞語的再認知，到科學概念的再理解

筆者在課前讓學生預(yù)習“觸電”一詞的意義.學生可以查字典、百度、咨詢相關(guān)人員，準備在課堂上進行交流.課堂上教師首先播放一小段由于意外發(fā)生人體觸電的監(jiān)控視頻.

引入：我們常常說的“觸電”是因為人體接觸了帶電體嗎？

問題：人體接觸帶電體時，一定會發(fā)生危險嗎？如果不一定，能否舉出反例？

（不一定，例如人體接觸干電池或在家庭電路中用試電筆間接接觸帶電體都有電流通過人體，但流過人體的電流很小，不會對人造成傷害.）

問題：對“觸電”一詞我們應(yīng)該怎樣理解更科學呢？

分析：有電流通過人體，但電流很弱，不對人造成傷害，人體是安全的;有電流通過人體，且電流較強，對人體造成傷害，甚至引起死亡就是觸電.

【設(shè)計意圖】引導學生對“觸電”一詞的辨析，使學生對“觸電”一詞有科學的認識和理解，可以培養(yǎng)學生的科學觀、科學態(tài)度.教師板書如圖1中所示I人和一二部分內(nèi)容，幫助學生構(gòu)建知識之間的關(guān)聯(lián)，并為歐姆定律這一主線知識和第三部分知識的展開做好了鋪墊.

2.2 從知識的再應(yīng)用，到科學方法的再鞏固

問題：（學生導學案中例題1）依據(jù)表1，當某人皮膚干燥時兩手間的電阻約為1×105歐，如果他不小心接觸到交流電路，兩手間電壓至少達多大時開始有感覺？電壓達多大時會手指強烈顫抖？

（60伏、200伏）

問題：通過以上計算表明當人體電阻一定時，通過人體的電流大小或者人體的不同生理反應(yīng)與什么因素有關(guān)？你用到的計算原理是什么？

（電壓大小、歐姆定律.）

初步結(jié)論：根據(jù)歐姆定律，I人的大小與所接觸的電壓有關(guān)，電壓越高，I人越大，人就越危險.

【設(shè)計意圖】以應(yīng)用為拓展培養(yǎng)了學生分析數(shù)據(jù)、即發(fā)現(xiàn)不同強弱的電流引起人體不同的生理反應(yīng)關(guān)系的能力，學生在解答過程中體會電流的強弱才是人體觸電與否的關(guān)鍵，鞏固了歐姆定律的應(yīng)用.同時也培養(yǎng)了學生用科學方法分析問題、解決問題的能力.教師還很自然引出了本節(jié)課的教學主線，教師板書歐姆定律的公式表達和第三部分知識，幫助學生進一步構(gòu)建知識之間的關(guān)聯(lián)，為第四部分知識的展開做好了鋪墊.

2.3 從方法的再強化，到科學素養(yǎng)的再提升

由于人體觸電是不可以用實驗直接演示的.筆者在課前自制了“模擬人體觸電演示儀”如圖2所示：用9V的電池模擬發(fā)電站、電池的正極接模擬高壓線→接模擬變壓器→接模擬火線、電池的負極接模擬大地（鐵皮）、零線在模擬戶外接地.將一個玩偶身體上連接一個額定電壓12V的LED燈、正極用導線接右手、負極接左手和雙腳，其中左右手分別焊接一個鱷魚夾.當有電流通過玩偶，LED燈就會發(fā)光，代表人體觸電.

問題：當人體（玩偶）不小心觸碰到了火線就會發(fā)生觸電（演示如圖3，此時LED燈亮），誰來描述電流流過人體的路徑是怎樣的呢？

（電流從電源的一端出發(fā)經(jīng)過高壓線經(jīng)過變壓器經(jīng)過火線通過人體流到大地，再經(jīng)過大地回到電源.）

分析：人體雖然只接觸了火線，但大地是良導體，人體通過大地與電源形成了閉合回路，該電流會傷害人體，人就觸電了.

【設(shè)計意圖】用簡單的道具演示不可體驗的實驗，使教學更具安全性、趣味性，學生的學習熱情得到激發(fā)，學生直接感受實物的沖擊勝過視頻教學引導和紙筆分析.然后學生在導學案上描繪出電流的路徑，再次復習了電流流向法，回顧了試電筆使用過程中有電流通過人體、大地再流回電源的知識，活躍了學生的思維，科學素養(yǎng)得以提升.教師在第二部分內(nèi)容下板書“單線觸電”.

問題：當人體（玩偶）不小心觸碰到了火線，就一定會觸電嗎？誰來幫我演示人體接觸到了火線卻沒有發(fā)生觸電的情況？

（不一定.學生經(jīng)過不斷嘗試，在玩偶的下方放置一塊塑料片后LED燈熄滅，如圖4所示.）

分析：人體雖然接觸了火線，但站在絕緣體上，相當于斷路，通過人體的電流為零，人是安全的.

【設(shè)計意圖】讓學生參與到模擬演示實驗的探究過程，既活躍了課堂氣氛增進了師生感情，又將知識應(yīng)用到情景中增強了課堂的可操作性，演示的學生在沒能達成目標時，其他同學的激動呼喊高聲救助讓課堂的交流與合作過程達到了一個高潮.

問題：如果此時人體的另一只手不小心觸碰到了零線，人體會觸電嗎？如果觸電，誰來描述電流流過人體的路徑是怎樣的呢？

（會觸電.電流從電源的一端出發(fā)經(jīng)過高壓線經(jīng)過變壓器經(jīng)過火線通過人體流到零線，從零線流到戶外的大地，再經(jīng)過大地回到電源.）

分析：人體接觸了火線和零線，與電源形成了閉合回路，電流會傷害人體，人會觸電.

【設(shè)計意圖】前面兩個實驗已經(jīng)為該問題的解決提供了鋪墊，教師這一次應(yīng)該先提出問題，再讓基礎(chǔ)薄弱的學生用電流流向法分析、回答這個問題，最后請他通過模擬實驗進行驗證，如圖5所示.讓學生獲得成功的喜悅，增強學生學習物理的信心，使教師的關(guān)注面更廣.然后全體學生在導學案上描繪出電流的路徑，不斷強化電流流向法，科學素養(yǎng)得到不斷提升.教師在第二部分內(nèi)容下方補充板書“雙線觸電”.

問題：某些情況下，高壓線墜落在用濕棉布模擬的地面上如圖6所示，人從旁邊走過時會觸電嗎？如果觸電，誰來描述電流流過人體的路徑是怎樣的呢？

（會觸電.電流從一只腳的一端流經(jīng)胯部再流到另一只腳回到大地，可能發(fā)生觸電.）

分析：人體雖然沒有直接接觸火線，但電流會從落地點流向四面八方回到電站，大地也是有一定電阻的，依據(jù)U=IR，人體兩腳之間相當于與所踩的大地兩點之間并聯(lián)，仍然有電流通過人體，人會觸電.

【設(shè)計意圖】這個問題有一定的難度，當學生回答不出這個問題時，教師可以進一步模擬演示將0～10V量程的多用電表兩端接在濕棉布某兩點上如圖7所示某次示數(shù)為4V，并提示學生此時電壓表的兩端相當于人體的兩腳之間，再請學生討論后回答.通過該模擬實驗的演示，學生感到驚訝的過程恰恰激發(fā)了學生探索現(xiàn)象背后原理的欲望，學生討論的氣氛更加熱烈便激發(fā)了學生主動積極參與到探究的過程中，認真觀察與思考，讓學生感受科學知識的價值，并能在探究的過程中體會到科學的嚴謹與美麗[4].學生在導學案上描繪出電流流經(jīng)兩腿的路徑，繼續(xù)強化了電流流向法，科學素養(yǎng)得到再提升.教師在第二部分內(nèi)容下方補充板書“跨步電壓觸電”.

2.4 從實驗的再遞進，到科學價值的再體驗

問題：從以上的觸電原因分析都是由于人體直接或間接接觸了帶電體引起的.那么人體只要不接觸帶電體就是安全的，對嗎？（錯）

通常情況下學生不經(jīng)意間會在教師問題的引導下回答“對”，然后教師把J1206-1型電子開關(guān)式感應(yīng)圈（如圖8所示）的電極兩端分別用高壓絕緣線連接到模擬高壓線與模擬大地兩端（此時已經(jīng)卸掉9V電池）如圖9所示，再把另一個插有金屬絲的玩偶放在模擬大地上后給感應(yīng)圈通電.然后教師用絕緣棒慢慢推動玩偶靠近（不能接觸）模擬高壓線（必要時借助實物展臺觀察），可以看到模擬高壓線與玩偶之間形成了一道光亮的電弧如圖10所示，同時聽到啪啪聲.

分析：人體雖然沒有直接接觸帶電體，但由于電壓過高，空氣由絕緣體變?yōu)榱藢w，會有強大的電流通過高壓線、空氣、人體流向大地，人會觸電，同時在空氣中形成了一道電弧.

【設(shè)計意圖】當學生觀察到以上實驗現(xiàn)象時表現(xiàn)為驚嘆、歡呼，學生本次驚嘆的過程創(chuàng)造了思維上的沖突——人體不接觸帶電體為什么也會發(fā)生觸電？該實驗的遞進，為“電壓越高越危險”也提供了更充分的證據(jù).避免了教師空洞的說教，優(yōu)于動畫或視頻的教學，也為接下來的原因分析建立了牢固的感性認識，而真實情境的模擬又幫助學生切實體驗到了嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、科學精神和科學價值，為學生的終身安全教育提供了有效的保障.教師在第二部分內(nèi)容下方補充板書“高壓電弧觸電”.

2.5 從目標的再落實，到愛國情懷的再激發(fā)

問題：通過人體的電流大小除了與電壓有關(guān)還與什么因素有關(guān)？如果要人體更安全，人們應(yīng)該怎么做？

（與電阻有關(guān).保持人體干燥或與帶電體之間保持絕緣.）

分析：當電壓一定時，依據(jù)歐姆定律，R人越大，I人越小，人體越安全.因此應(yīng)該使R足夠大，人體就要保持干燥，或者與帶電體之間絕緣性能足夠強.

【設(shè)計意圖】教學過程再次回歸到歐姆定律的分析，教師已經(jīng)幫助學生構(gòu)建完畢以歐姆定律為主線的主體知識框架，學生有輕松學習、恍然大悟的學習體驗.

問題：既然通過人體的電流大小與所接觸的電壓和人體的電阻有關(guān)，在生活中我們應(yīng)該怎樣做到安全用電呢？（略）

【設(shè)計意圖】問題依然圍繞歐姆定律進行分析，學生討論交流后回答，教師適時點撥學生、鼓勵學生，并板書安全用電原則.由于注意防雷的內(nèi)容與高壓電弧觸電的原理是相關(guān)的，因此列入到安全用電原則中對教學的整體性并無影響，同時人類天生對雷電有較強的防范意識，因此教師可以點到為止，不必做太多贅述.

問題：當發(fā)現(xiàn)有人意外觸電，能否用手拉開觸電者？我們應(yīng)該如何進行科學施救？

（不能.首先應(yīng)該切斷電源，情況嚴重時進行心肺復蘇術(shù)，然后通知醫(yī)務(wù)人員.）

【設(shè)計意圖】人生中難免有意外發(fā)生，學生通過對這一問題討論，掌握必要的觸電急救應(yīng)對措施，可以在關(guān)鍵時刻發(fā)揮學科知識的力量，為挽救生命爭取寶貴的時間.教師板書觸電應(yīng)對措施的內(nèi)容.核心知識“家庭電路”“觸電”“觸電急救應(yīng)對措施”的教學目標已經(jīng)達成.

課堂的最后，教師播放一小段大國工匠王進行走在帶電的超高壓線上的視頻，學生發(fā)出陣陣稱贊聲.問題：王進在高壓線上行走，為什么不會觸電？他是如何上到帶電的高壓線上的？

【設(shè)計意圖】教師的教學不能僅僅停留在教學目標的達成上.這個視頻的播出極大地促使學生萌生了愛國情懷和獲得了民族自信，這個問題的提出極大激發(fā)了學生揭曉奧秘的興趣和探索科學方法的欲望.

3 教后反思

教師以歐姆定律為主線精心設(shè)計了課堂問題，為不可體驗的實驗制作了模擬教具是實現(xiàn)安全用電高端備課的保障.在課堂教學的過程中幫助學生重新認識了“觸電”的含義、逐步構(gòu)建了安全用電知識網(wǎng)絡(luò)、以導學案為載體復習鞏固了電流流向法的應(yīng)用、促進了師生情感互動和交流.學生經(jīng)歷了科學精神和科學態(tài)度的內(nèi)化過程，達到了培養(yǎng)核心素養(yǎng)的目標，萌生了愛國情懷和獲得了民族自信.筆者致力于通過自制教具、編寫和使用教學案承載物理實驗教學.為學生提供學習的有利素材，創(chuàng)造一個快樂的學習環(huán)境，使教師的教學不斷實現(xiàn)高效，學生的學科素養(yǎng)不斷得到提升，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下基礎(chǔ)[5].

參考文獻：

[1]林欽，陳峰，宋靜.關(guān)于核心素養(yǎng)導向的中學物理教學的思考[J].課程·教材·教法，2015，35（12）：90-95.

[2]符東生.廣州市義務(wù)教育階段學科學業(yè)質(zhì)量評價標準（物理）[M].廣州：廣東教育出版社，2013.

[3]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[4]夏廣平.追求“令人滿意”的探究過程—機械能守恒定律教學實錄與反思[J].中學物理教學參考，2016，45（23）：13-15.

[5]彭妙.“動·懂·悟”教學理念學生學科素養(yǎng)培養(yǎng)的探索與實踐[J].中學物理，2018，36（18）：5-8.

（收稿日期：2019-04-22）