立足實驗巧妙遷移有效探究

宋博

摘 ? 要：在指導(dǎo)初中生學(xué)習(xí)物理概念時，教師要充分利用實驗，要巧妙引導(dǎo)學(xué)生將已有認(rèn)知遷移過來，并鼓勵學(xué)生積極開展科學(xué)探究，才能對學(xué)生的核心發(fā)展產(chǎn)生積極影響。文章結(jié)合電功率的教學(xué)進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：初中物理;概念教學(xué);電功率

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）10-0025-3

概念是學(xué)生建構(gòu)初中物理知識體系的基礎(chǔ)，它是對一類事物本質(zhì)屬性的抽象和提煉，要求學(xué)生在實驗和觀察的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)化的思維排除非本質(zhì)因素的干擾，并進(jìn)行概括和總結(jié)而得來。物理概念要學(xué)生運用實驗、遷移和探究等多方面的技能，對學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展非常重要。筆者以“電功率”的教學(xué)為例，探討在教學(xué)中的一些體會和思考。

1 ? ?基于核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)設(shè)計之前，教師都要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析，事實上這二者是統(tǒng)一的，尤其是在發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的大背景下，教師要立足于學(xué)生的實際發(fā)展情況分析教學(xué)內(nèi)容，要預(yù)估相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)在學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展進(jìn)程中所能發(fā)揮的作用和意義。

電功率的學(xué)習(xí)建立在學(xué)生對電能認(rèn)識的基礎(chǔ)上，這一概念的研究將引導(dǎo)學(xué)生以能量觀念來分析和研究電路工作的問題，這將進(jìn)一步促成學(xué)生物理觀念的完善。結(jié)合能量觀念來研究電路問題是非常有實踐價值的，在日常生活中，很多人將電等同于能量，很多電路的設(shè)計或相關(guān)問題的解決都要從能量的角度來考慮。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)過電能之后，結(jié)合能量轉(zhuǎn)化的快慢來引入有關(guān)電功率的思考，這樣的教學(xué)將對接學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生的科學(xué)探究活動將有序開展，學(xué)生將在一系列活動中建構(gòu)相應(yīng)的認(rèn)識，而且他們還將借此加深對科學(xué)探究的認(rèn)識。

物理概念的建立離不開學(xué)生的科學(xué)思維，以電功率的學(xué)習(xí)為例，雖然學(xué)生之前已經(jīng)對歐姆定律和電路有了認(rèn)識，并且能有效把握電能表的使用，但是電功率的學(xué)習(xí)依然有一定的困難，這主要源于概念的抽象性。學(xué)生需要區(qū)分“電能消耗的多少”以及“電能消耗的快慢”，對初中學(xué)生而言，這是思維層面的一個跨越。對于這種問題的區(qū)分，教師不能讓學(xué)生局限于口頭上進(jìn)行辨析，而應(yīng)該通過情境的創(chuàng)設(shè)，有效激活學(xué)生的思維，讓學(xué)生在特定的場景里突破認(rèn)知的瓶頸，這樣操作對學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展有強力的推動效果。

2 ? ?教學(xué)過程

結(jié)合以上內(nèi)容的分析，筆者進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，并將教學(xué)過程闡述如下。

2.1 ? ?立足實驗，引出概念

教師先通過問題引導(dǎo)學(xué)生回顧已學(xué)內(nèi)容，并通過問題將學(xué)生的注意點集中到實驗上。

師：通過之前內(nèi)容的學(xué)習(xí)，你們知道用電器在電路中的作用嗎？

生：用電器是消耗電能的器件，它的工作能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為我們所需要的其他形式的能量。

師：我們用什么儀器來測量用電器消耗電能的多少呢？

生：電能表。

教師展示電子式電能表的圖片，并介紹：該電能表上面標(biāo)有“3200 imp/kW·h”，這表明電路中每消耗1 kW·h電能，指示燈就閃爍3 200次。當(dāng)學(xué)生對該型號的電能表有所認(rèn)識之后，教師繼續(xù)展示自制實驗器材。在一塊木板上各固定兩個該型號的電能表，分別與一個五孔插座搭建成電路，這樣就可以通過電能表各自測定對應(yīng)用電器的用電情況。然后，教師分別將電水壺和電吹風(fēng)接入兩個電路，并示意學(xué)生觀察在用電器正常工作時，電能表指示燈的閃爍情況。

師：我馬上要將兩個用電器同時打開，請大家觀察兩個電能表的指示燈。為了觀察有針對性，請坐在我右手邊的兩組同學(xué)觀察電水壺電路中電能表指示燈的閃爍情況，坐在我左手邊的兩組同學(xué)觀察電吹風(fēng)電路中電能表指示燈的閃爍情況，請記錄30秒內(nèi)指示燈的閃爍次數(shù)。

教師按下開關(guān)，并提示學(xué)生進(jìn)行計時和計數(shù)，并在實驗結(jié)束之后提示學(xué)生交流學(xué)習(xí)成果。

師：大家在剛才的實驗過程中有什么發(fā)現(xiàn)？

生：兩個電能表的指示燈閃爍快慢不同。

師：能具體說說嗎？

生：與電水壺連接的電能表在30秒的時間內(nèi)指示燈閃爍了40次，與電吹風(fēng)連接的電能表在相同時間內(nèi)指示燈閃爍了30次。

師：這表明什么呢？

生：相同時間，電水壺電路中消耗的電能更多，也可以認(rèn)為是電水壺做功更快。

師：說得很好，其實我們在這里可以引入一個物理量，對電流做功快慢進(jìn)行表述，這也是今天我們這節(jié)物理課所要重點研究的內(nèi)容。

2.2 ? ?巧妙遷移，結(jié)合舊知理解新知

師：在比較做功快慢時，我們可以比較相同時間內(nèi)做功的多少，還可以怎么來比較？

生：還可以比較做相同的功所耗費時間的長短。

師：這里涉及到怎樣一個物理量呢？對此你們有什么想法嗎？

生：在力學(xué)研究中，我們當(dāng)時學(xué)習(xí)過一個描述做功快慢的物理量叫做功率，用“P”來表示。

師：很好！這個物理量同樣可以運用于電路問題的分析，對應(yīng)的概念被稱作電功率。請大家類比力學(xué)中有關(guān)功率的認(rèn)識來研究電功率的基本概念。

生：電功率可以定義為“電流所做功與對應(yīng)時間的比值”，它的單位和機械功率的單位是一樣的，即“瓦特”，用“W”來表示，常用單位還包括千瓦（kW）、兆瓦（MW）等，計算公式有P=UI。

2.3 ? ?有效探究，辨析相近概念

在電功率的學(xué)習(xí)中，有兩個概念要區(qū)分，即額定功率和實際功率。由于概念上的相似性，很多學(xué)生在理解的時候會出現(xiàn)一些障礙，甚至將兩個概念混淆在一起，教師要指導(dǎo)學(xué)生有效區(qū)分，辨析這些相近概念。

師：現(xiàn)在有一個燈泡，請同學(xué)們看一下它的銘牌信息。（通過實物展臺展示燈泡的銘牌）

生：“220 V”表示的是這個燈泡的額定電壓，“60 W”對應(yīng)的是這個燈泡的功率。

師：“60 W”是任何情況下燈泡的功率嗎？

生：不是的，應(yīng)該是燈泡的額定功率，也就是說當(dāng)它的電壓等于額定電壓時，功率才等于這么多。

師：怎樣才能驗證你的說法呢？

生：做實驗。

師：好，下面我們就來進(jìn)行一項研究——“探究不同電壓條件下燈泡的功率”。

教師通過PPT投影出實驗設(shè)計的要求：（1）實驗中要測量哪些物理量，需要哪些實驗器材？（2）如何來調(diào)整燈泡兩端的電壓？問題提出后，教師給出足夠的時間，讓學(xué)生進(jìn)行交流和討論，隨后再安排學(xué)生進(jìn)行展示。

生：實驗過程中需要測定燈泡的電流以及其兩端的電壓，因此需要電流表和電壓表。

師：在電流和電壓已經(jīng)測定的情況下，如何確定功率？

生：用公式P=UI來計算，這就是本實驗的原理。

師：怎樣設(shè)計改變電壓的電路呢？

生：用滑動變阻器。

師：現(xiàn)在給大家提供額定電壓等于“2.5 V”的燈泡、滑動變阻器、學(xué)生電源、電壓表、電流表以及導(dǎo)線等器材，請大家先設(shè)計電路。

學(xué)生完成實驗電路的設(shè)計，并將電路圖展示出來，基本情形如圖1所示。

師：在實驗電路已經(jīng)連接的情況下，我們在實驗過程中應(yīng)該如何操作呢？

生：先將滑動變阻器的滑片置于最大阻值處，然后閉合開關(guān)，逐漸調(diào)節(jié)滑動變阻器，讓電壓表的示數(shù)逐漸增大，依次記錄0.5 V、1 V、1.5 V、2 V、2.5 V等電壓條件下電流表的示數(shù)以及燈泡的亮度。

教師示意學(xué)生開始實驗，并做好相應(yīng)的記錄，學(xué)生完成實驗，并記錄和處理數(shù)據(jù)（見表1）。

師：結(jié)合實驗，你們獲得了哪些認(rèn)識？

生1：我們發(fā)現(xiàn)，電壓增大時，燈泡亮度逐漸增大，且電功率在增大。這表明燈泡的亮度情況與其實際功率是相對應(yīng)的。

生2：我們觀察了燈泡的銘牌數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2.5 V時的功率確實與它所標(biāo)記的額定功率相等。

生3：我們在實驗過程中還嘗試了更高的電壓，燈泡的亮度也更大，功率也更高，但是電壓太大之后，燈絲燒斷了。

師：首先，我們要表揚一些同學(xué)勇于探索的精神，即便是器材損毀也是值得的，這告訴我們在使用用電器時不能讓電壓超過額定電壓。另外也要批評他們，實驗過程中不能盲目操作。既然將額定電壓標(biāo)記出來，我們要先思考一下它的含義，然后再操作。畢竟這個過程是有危險的，這一次僅僅只是燈絲燒斷，如果是在日常生活中，這樣的情況務(wù)必要避免。就知識學(xué)習(xí)而言，同學(xué)們剛才總結(jié)了額定功率和實際功率這兩個概念，請大家在后續(xù)學(xué)習(xí)中繼續(xù)區(qū)分和討論。

3 ? ?教學(xué)隨感

在物理課堂上，教師要對接學(xué)生的已有認(rèn)知基礎(chǔ)，在最近發(fā)展區(qū)設(shè)置鋪墊，讓學(xué)生能自主發(fā)現(xiàn)問題，并產(chǎn)生建立新認(rèn)知的期待。在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師由實驗著手引出對“做功快慢”的思考。學(xué)校實驗室原有實驗器材是老式的電能表，可以通過轉(zhuǎn)動的快慢來反映電能消耗的快慢，如果依然用這個器材來進(jìn)行實驗，可視度不理想。使用數(shù)字型電能表，結(jié)合指示燈的閃爍情況來反映電能的消耗快慢，這樣的教學(xué)能夠給學(xué)生提供更加直觀的認(rèn)識，將學(xué)生的思維導(dǎo)向新概念的建立，整個過程實現(xiàn)了新舊認(rèn)知的無縫銜接，極大提升了學(xué)生探究的興趣。

在指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知電功率這個概念的時候，教師要認(rèn)識到學(xué)生通過力學(xué)學(xué)習(xí)已經(jīng)能夠很清楚地把握功率這個概念。教師務(wù)必要讓學(xué)生將相關(guān)認(rèn)識遷移過來，這樣做的目的不僅是為了幫助學(xué)生理解電功率，更主要的是讓學(xué)生將功率和電功率都整合到能量觀念之中，讓學(xué)生意識到這些內(nèi)容是相通的，這對學(xué)生物理概念的體系化認(rèn)識有較大幫助。教學(xué)實踐表明，學(xué)生在認(rèn)知“做功多少”與“做功快慢”這兩個物理量時存在一定的障礙，為此教師一開始就將“做功快慢”作為概念建立的基礎(chǔ)，并由此將學(xué)生的思維引向有關(guān)研究，這有助于學(xué)生區(qū)分認(rèn)知，并提升概念理解的效率。

在探究中，教師沒有給學(xué)生太多的約束，以致于學(xué)生在實驗中選擇更大的電壓來進(jìn)行實驗，幾乎每一次實驗中都有學(xué)生出現(xiàn)這種情況，這也在教師的預(yù)料之中。教師讓學(xué)生自主操作和體驗，當(dāng)他們經(jīng)歷了燈絲燒斷之后，再進(jìn)行額定電壓的介紹，這樣能夠給學(xué)生更加清晰的認(rèn)識。此外，學(xué)生在實驗中充分經(jīng)歷了額定功率與實際功率的比較，顯然要比生硬的概念灌輸產(chǎn)生的效果更好，且能更好地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）