基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的深度備課
——對(duì)“歐姆定律”復(fù)習(xí)課教學(xué)的思考

靳 晶

(江蘇省南京市第一中學(xué)泰山分校，江蘇 南京 210000)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面，要求物理教師“基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)確定教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中重視創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，通過(guò)問(wèn)題解決的方法促進(jìn)達(dá)成物理學(xué)科核心素養(yǎng)”。[1]教師要進(jìn)行深度備課，必然要深化“以生為本”的教學(xué)理念，研究學(xué)情、研究教法，落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，打造有學(xué)科特色的物理課堂，提高物理課堂教學(xué)效益。

物理深度備課之下追求的必定是這樣的“四動(dòng)”：讓學(xué)生的腦子動(dòng)起來(lái)—勤于思考，讓學(xué)生的眼睛動(dòng)起來(lái)—善于觀察，讓學(xué)生的身體動(dòng)起來(lái)—注重實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生的筆動(dòng)起來(lái)—思維可見(jiàn)。真正讓課堂動(dòng)起來(lái)，讓課堂氣氛活躍起來(lái)，保持學(xué)生注意力高度集中，從而提高物理課堂的教學(xué)效果。如何圍繞課標(biāo)要求進(jìn)行深度備課？以下是筆者以“歐姆定律”復(fù)習(xí)課為例進(jìn)行的實(shí)踐與思考。

1 明確目標(biāo)，突出行為條件

教師精心研究學(xué)情、鉆研教材、研究教學(xué)方法，踐行“以生為本”的教學(xué)理念，精心設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)。在“歐姆定律”復(fù)習(xí)課中設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：通過(guò)比較圖1中甲、乙、丙三個(gè)實(shí)驗(yàn)電路圖，復(fù)習(xí)歐姆定律的內(nèi)容和公式，分析、解決簡(jiǎn)單的電路問(wèn)題。讓學(xué)生思考：利用上述電路圖還可以完成什么電學(xué)實(shí)驗(yàn)？復(fù)習(xí)伏安法測(cè)電阻。教師介紹歐姆定律的研究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、鉆研的科學(xué)精神，體會(huì)科學(xué)家研究科學(xué)的艱辛，充分認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究的艱難以及科學(xué)精神的可貴。

圖1

2 創(chuàng)設(shè)情景，引發(fā)認(rèn)知沖突

教師展示自制的調(diào)光燈，并請(qǐng)學(xué)生來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)光燈的亮度，由調(diào)光燈亮度的改變引入歐姆定律。復(fù)習(xí)提問(wèn)：如何改變調(diào)光燈的亮度？如果將電壓調(diào)向“最大”或把電阻調(diào)向“最小”，小燈泡會(huì)越來(lái)越亮嗎？很多學(xué)生會(huì)認(rèn)為當(dāng)然可以。此時(shí)教師演示實(shí)驗(yàn)：將調(diào)光燈電路中的電壓增大到一定程度(或電阻減小到一定程度)，燈泡燒壞。這一貌似“實(shí)驗(yàn)事故”的教學(xué)設(shè)計(jì)引發(fā)了學(xué)生“認(rèn)知沖突”，學(xué)生沒(méi)有見(jiàn)過(guò)成品調(diào)光燈因調(diào)節(jié)亮度開(kāi)關(guān)而燒壞燈泡，也沒(méi)有料到教師做演示實(shí)驗(yàn)也會(huì)“失敗”。這時(shí)候，教師及時(shí)講解“事故”背后的“故事”，可大大激發(fā)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)生活實(shí)踐的興趣。

復(fù)習(xí)教學(xué)時(shí)教師把物理重難點(diǎn)知識(shí)融于情景之中，注重引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，既可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，又可以通過(guò)科學(xué)方法的訓(xùn)練發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提升物理課堂教學(xué)的效果，提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

3 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，關(guān)注探究過(guò)程

針對(duì)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、知識(shí)儲(chǔ)備以及學(xué)習(xí)方式，教師要根據(jù)學(xué)情準(zhǔn)確設(shè)計(jì)適合學(xué)生的教學(xué)方法。由于學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備、反饋能力不同，教師的預(yù)設(shè)也應(yīng)該結(jié)合學(xué)情、實(shí)情。

在本節(jié)復(fù)習(xí)課上，教師可以把三個(gè)實(shí)驗(yàn)電路圖放在一起讓學(xué)生進(jìn)行比較，選擇合適的電路圖來(lái)探究電流與電壓、電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，并說(shuō)明理由。

大多數(shù)學(xué)生都能選擇出乙圖，教師此時(shí)可以設(shè)計(jì)問(wèn)題串引發(fā)學(xué)生思考：為什么不選擇甲圖？學(xué)生會(huì)想到：甲電路圖中缺少滑動(dòng)變阻器，因而不符合實(shí)驗(yàn)要求。接著教師在此基礎(chǔ)上提出第2個(gè)問(wèn)題：滑動(dòng)變阻器在探究電流與電壓關(guān)系以及電流與電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)中分別有什么作用？幫助學(xué)生復(fù)習(xí)滑動(dòng)變阻器在上述實(shí)驗(yàn)中的作用。繼續(xù)問(wèn)學(xué)生：為什么不選擇丙圖？學(xué)生會(huì)想到丙電路圖中的小燈泡的電阻并不是定值電阻，因而無(wú)法完成探究實(shí)驗(yàn)。

采用比較法將3個(gè)實(shí)驗(yàn)電路圖直接進(jìn)行比較，這樣既能引發(fā)學(xué)生思維的碰撞，又能提高學(xué)生對(duì)歐姆定律實(shí)驗(yàn)原理的掌握程度。

在熟練掌握探究電流與電壓、電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)電路圖的基礎(chǔ)上，可設(shè)計(jì)如下問(wèn)題串：在探究I-U關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中需要保持什么物理量不變？改變什么物理量？怎么改變導(dǎo)體兩端的電壓？在此基礎(chǔ)上教師還可以追問(wèn)：還有其他的方法嗎？引導(dǎo)學(xué)生提出改變導(dǎo)體兩端的電壓的另一種方法：改變電路中的電源電壓。這時(shí)候請(qǐng)學(xué)生對(duì)比分析：這兩種實(shí)驗(yàn)方案哪種更加方便簡(jiǎn)潔？除了操作方便以外，使用滑動(dòng)變阻器還有哪些優(yōu)點(diǎn)？在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)應(yīng)該先看哪個(gè)電表的示數(shù)？同樣，在探究I-R關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中也可以參照上述問(wèn)題來(lái)進(jìn)行提問(wèn)。

通過(guò)問(wèn)題串的形式提出有深度的問(wèn)題，可以幫助學(xué)生將所學(xué)知識(shí)升華，學(xué)以致用。讓學(xué)生意識(shí)到科學(xué)家將知識(shí)運(yùn)用到生活生產(chǎn)中時(shí)，簡(jiǎn)便往往也是科學(xué)家考慮問(wèn)題的一個(gè)非常重要的因素，體現(xiàn)了物理核心素養(yǎng)中的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

4 掌握規(guī)律，強(qiáng)化模型建構(gòu)

模型建構(gòu)對(duì)解決物理問(wèn)題有很大的幫助，其中建構(gòu)數(shù)學(xué)模型是解決物理問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)。合理運(yùn)用一次函數(shù)知識(shí)解答物理問(wèn)題，可以對(duì)初中生的物理學(xué)習(xí)起到很大的促進(jìn)作用。[2]在“歐姆定律復(fù)習(xí)課”中，筆者設(shè)計(jì)了一道例題來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力。

例1：表1表2是“研究電流與電壓、電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。

圖2

電壓U/V2.03.05.0電流I/A0.200.300.50

表2 (U=3 V)

(1)分析表1中 數(shù)據(jù)，可得出什么結(jié)論？

(2)分析表2中數(shù)據(jù)，可得出什么結(jié)論？

分析表1時(shí)，學(xué)生運(yùn)用了兩種方法：(1) 求出通過(guò)導(dǎo)體的電流與此時(shí)導(dǎo)體兩端的電壓之比，由于其比值為定值，可以得出結(jié)論:I與U成正比。(2) 畫(huà)出I-U圖像(圖3)，I-U圖像是正比例函數(shù)圖像，也可說(shuō)明I與U成正比。

圖3

圖4

在運(yùn)用一次函數(shù)知識(shí)得出物理量之間的關(guān)系時(shí)，往往不只有兩個(gè)物理量，常常采用控制變量法，即只改變其中某一個(gè)物理量，控制其他物理量相等，再結(jié)合一次函數(shù)分析得出結(jié)論。得出的結(jié)論需要考慮自變量與因變量之間的關(guān)系，自變量就是本身發(fā)生變化的物理量,應(yīng)變量就是由于自變量發(fā)生變化而引起的變化 。[3]

物理與數(shù)學(xué)關(guān)系十分密切,許多物理題用物理公式代入數(shù)值后能將其化歸為一次函數(shù),建立起數(shù)學(xué)模型,從而迅速準(zhǔn)確地求解。應(yīng)在正確理解物理概念的基礎(chǔ)上,注意到數(shù)學(xué)方法與解題技巧的運(yùn)用,提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

5 應(yīng)用知識(shí)，留有創(chuàng)新空間

在以上電路圖的基礎(chǔ)上，可以發(fā)散學(xué)生思維，幫助學(xué)生活學(xué)活用。教師可以設(shè)計(jì)問(wèn)題串：(1) 你認(rèn)為利用上述電路圖還可以完成什么電學(xué)實(shí)驗(yàn)？學(xué)生會(huì)想到用伏安法測(cè)電阻。(2) 該實(shí)驗(yàn)原理是什么？滑動(dòng)變阻器的作用是什么？若還想利用上述器材測(cè)量小燈泡的電阻，能否繼續(xù)用探究I-U關(guān)系的電路圖？在原來(lái)電路圖的基礎(chǔ)上如何改進(jìn)？

引導(dǎo)學(xué)生將三個(gè)重要實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。還可以設(shè)計(jì)以下表格，請(qǐng)學(xué)生來(lái)辨別這3個(gè)實(shí)驗(yàn)的相同和不同之處。

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)滑動(dòng)變阻器的作用多次測(cè)量的目的電路圖研究電流與電壓的關(guān)系研究電流與電阻的關(guān)系運(yùn)用伏安法測(cè)定值電阻的阻值

6 結(jié)語(yǔ)

從物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，以生為本，深層次思考、研究教學(xué)，并且進(jìn)行深度備課，有利于教師因材施教，提升自身的學(xué)科素養(yǎng)和教育素養(yǎng)，從而順利達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。