基于物理核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計
——以“焦耳定律”為例

劉永樹 周元東

（湖北省十堰市竹溪縣城關(guān)初級中學(xué)）

物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面的要素構(gòu)成。課堂教學(xué)中要充分讓學(xué)生體驗，讓學(xué)生的思維活躍起來，運(yùn)用科學(xué)方法，歸納實驗結(jié)論，完成核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)。筆者曾在湖北省第七屆實驗說課比賽中獲得優(yōu)異成績，現(xiàn)以人民教育出版社《物理》九年級（全一冊）“焦耳定律”為例，將實驗教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)如下。

一、教學(xué)背景分析

（一）教材分析

“焦耳定律”是人教版《物理》九年級（全一冊）第十八章第四節(jié)的內(nèi)容。焦耳定律是能量守恒定律在電能與內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化的具體體現(xiàn)，教材在電功、電功率之后安排焦耳定律，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

（二）學(xué)情分析

從知識和技能方面分析，學(xué)生已經(jīng)掌握了電能、電功、電功率等相關(guān)知識。學(xué)生還掌握了一些物理研究問題的方法，如控制變量法、對比法、歸納法等，為焦耳定律的探究學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。從心理層面講，學(xué)生面對科學(xué)問題覺得很好奇，總想弄明白其中緣由，但有時卻不知從何下手，實驗方案設(shè)計能力略顯不足。由于學(xué)生在前面的學(xué)習(xí)中親手做了大量的電學(xué)實驗，在實驗操作中提高了科學(xué)探究能力。另外，還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力、觀察能力、思維能力和歸納能力。

二、教學(xué)重難點

本節(jié)內(nèi)容由電流的熱效應(yīng)、焦耳定律和電熱的利用與防止三部分組成，重點研究了電熱與電阻、電流、通電時間的定性關(guān)系，做好實驗與分析實驗現(xiàn)象是教學(xué)的關(guān)鍵。

（一）教學(xué)重點

探究電熱與哪些因素有關(guān)。

（二）教學(xué)難點

實驗電路的設(shè)計和探究焦耳定律實驗。

三、教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對焦耳定律的要求，筆者制定了如下的教學(xué)目標(biāo)。

（一）物理觀念

1.電流的熱效應(yīng)。

2.焦耳定律。

（二）科學(xué)思維

1.轉(zhuǎn)換法（比熱容—加熱時間反應(yīng)吸熱）和控制變量法。

2.會歸納總結(jié)電熱與電阻、通電時間和電流的定性關(guān)系。

（三）科學(xué)探究

1.會設(shè)計探究焦耳定律實驗電路。

2.探究電熱與電流的大小、通電時間和電阻大小的規(guī)律。

（四）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

1.培養(yǎng)學(xué)生探索興趣和合作學(xué)習(xí)的意識。

2.辯證看待電熱的利用與危害。

四、教學(xué)過程

（一）演示實驗，導(dǎo)入新課

教師用電阻絲做切割泡沫實驗。學(xué)生思考：電阻絲通電以后會產(chǎn)生哪些現(xiàn)象？能量是如何轉(zhuǎn)化的？在觀察和思考的基礎(chǔ)上理解電流的熱效應(yīng)概念。學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象提出具體的物理問題：電流產(chǎn)生熱量可能與什么因素有關(guān)？

設(shè)計意圖：學(xué)生通過觀察演示實驗，方便理解電流的熱效應(yīng)概念，針對演示實驗現(xiàn)象，提出物理問題，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。

（二）認(rèn)真觀察，引發(fā)猜想

用課件展示電爐絲通電時的圖片（見圖1和圖2），學(xué)生觀察、對比電爐絲和導(dǎo)線及不同電爐絲兩次發(fā)熱情況。學(xué)生在圖片啟示下，根據(jù)日常生活情境進(jìn)行科學(xué)猜想：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與_______、_______和_______因素有關(guān)。

圖1

圖2

設(shè)計意圖：學(xué)生通過觀察、比較，發(fā)現(xiàn)物理問題，培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力。

（三）小組合作，設(shè)計實驗

小組先確定實驗器材，再設(shè)計實驗電路，任務(wù)完成后展示作品。

1.設(shè)計探究電熱與電阻大小關(guān)系實驗電路。

（1） 保證_______、_______一定，改變_______。（控制變量法）

（2）電流產(chǎn)生熱量的多少由________來反映。（轉(zhuǎn)換法）

圖3 探究電熱與電阻大小關(guān)系

2. 設(shè)計探究電熱與電流關(guān)系電路

（1）保持_______、_______一定，改變_______。（控制變量法）

（2）電流產(chǎn)生熱量的多少由_______來反映。（轉(zhuǎn)換法）

圖4 探究電熱與電流關(guān)系

圖5 探究電熱與電流關(guān)系

（四）進(jìn)行實驗，收集證據(jù)

1.利用自制實驗教具，按照圖5所示組裝實驗裝置（如圖6），用來探究電流的熱效應(yīng)與電阻、電流和通電時間的關(guān)系。閉合干路開關(guān)S，斷開支路開關(guān)S2，通過R1和R2的電流相等。用止水夾夾住盒子兩邊的橡皮管，觀察U形管兩液面的高度變化，探究電熱與電阻和通電時間的關(guān)系。

圖6

2.實驗結(jié)論：_________________________。

3.將圖5中的R1＝5Ω更換為R3＝10Ω電阻，閉合干路開關(guān)S和支路開關(guān)S2，用止水夾夾住盒子兩邊的橡皮管，接通電源，探究電熱與電流的關(guān)系。通過R3的電流是R2的兩倍。學(xué)生思考：觀察U形管兩液面的高度差變化，能得出怎樣實驗結(jié)論。

4.實驗結(jié)論：_________________________。

設(shè)計意圖：通過控制變量法和轉(zhuǎn)換法，讓學(xué)生自主設(shè)計實驗電路，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力。讓學(xué)生動手進(jìn)行實驗，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。讓他們觀察實驗現(xiàn)象，歸納總結(jié)實驗結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力。

（五）教師播放焦耳定律發(fā)現(xiàn)過程和焦耳成就的視頻

1.介紹焦耳發(fā)現(xiàn)電流熱效應(yīng)過程和總結(jié)的焦耳定律。

2.學(xué)生歸納總結(jié)焦耳定律內(nèi)容是_______。

3.電流產(chǎn)生的熱量計算公式為_________。

4.注意：Q=I2Rt適用于一切電路。

5.電路消耗的電能W與產(chǎn)生的電熱Q的區(qū)別。在純電阻電路中，電能W____________電熱Q，在非純電阻電路中，Q___________W（大于、等于或小于）。

設(shè)計意圖：從焦耳定律內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念，也說明焦耳嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度；一個實驗結(jié)果的確認(rèn)需要付出大量的勞動，也說明科學(xué)家執(zhí)著堅持的精神。

（六）焦耳定律的應(yīng)用

電子白板展示日常生活中電器（如圖7所示），學(xué)生觀察，各有什么異同？為什么要這樣處理

圖7

設(shè)計意圖：物理知識應(yīng)用于生活，同時培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維，教學(xué)中體現(xiàn)的哲學(xué)思想——任何事物都有兩面性，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的滲透。

五、教學(xué)反思

教學(xué)中應(yīng)該充分地相信學(xué)生，給學(xué)生活動的時間和空間，教師在教學(xué)時要設(shè)計好一系列的問題，通過支架教學(xué)可以很好驅(qū)動學(xué)生完成探究實驗任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的主體作用，從而提高學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)思維能力。學(xué)生通過探究實驗，總結(jié)得出焦耳定律內(nèi)容，并運(yùn)用焦耳定律解釋日常現(xiàn)象，既掌握了物理知識，又達(dá)到學(xué)以致用的目的。課堂經(jīng)過催化就會活起來了，學(xué)生也動起來了，充滿著求知欲和表現(xiàn)欲，經(jīng)過這樣的課堂處理，才能循序漸進(jìn)推進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。