黃雪芳

摘 要：本文以“電能的遠(yuǎn)距離傳輸”為例，基于我國(guó)能源分布提出問(wèn)題、模擬電能傳輸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察、構(gòu)建電路模型落實(shí)能量觀念、引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)推理論證、形成電能遠(yuǎn)距離交流高壓傳輸方法等角度，談物理核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中的落實(shí)。慢慢引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建電能傳輸?shù)奈锢韴D景，讓學(xué)生在行動(dòng)上參與、思維上參與學(xué)習(xí)，從而使物理核心素養(yǎng)落地。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)觀察；物理模型

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育的過(guò)程中逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展的正確價(jià)值觀、適應(yīng)社會(huì)需求的必備品格和關(guān)鍵能力，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(gè)方面構(gòu)成[ 1 ]?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）指出：物理學(xué)科作為自然科學(xué)，旨在落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，凝練物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)科學(xué)事業(yè)的傳承與社會(huì)與時(shí)俱進(jìn)。物理學(xué)應(yīng)該基于物理問(wèn)題，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與觀察，構(gòu)建物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過(guò)科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系。在教育教學(xué)的過(guò)程中應(yīng)幫助學(xué)生從物理學(xué)視角認(rèn)識(shí)世界，構(gòu)建物理圖景，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探究方法，養(yǎng)成科學(xué)探究習(xí)慣，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)學(xué)科本質(zhì)以及STSE的關(guān)系，形成科學(xué)態(tài)度、世界觀、價(jià)值觀。

1 教學(xué)背景

“電能的遠(yuǎn)距離傳輸”是學(xué)生綜合運(yùn)用電路知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的課例。高二學(xué)生對(duì)電路的基本知識(shí)有足夠的積淀，學(xué)生具有較強(qiáng)的自學(xué)能力以及綜合分析能力，而電能的遠(yuǎn)距離傳輸，是在變壓器的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)的重組以及再構(gòu)建，將理論分析與模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生理解高壓交流輸電的原理。以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)綜合分析問(wèn)題能力，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的合作能力。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 基于物理核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

2.1.1 物理觀念

（1）通過(guò)輸電過(guò)程的了解，構(gòu)建低壓輸電與高壓輸電兩個(gè)電路模型；

（2）通過(guò)電路分析，理解輸電損耗，培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)觀念、能量觀念。

2.1.2 科學(xué)思維

（1）經(jīng)歷電路模型構(gòu)建，區(qū)別輸電電壓與線損電壓；

（2）經(jīng)歷減少輸電損失的實(shí)驗(yàn)論證過(guò)程，促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展；

（3）經(jīng)歷理論論證，體會(huì)高壓輸電的優(yōu)勢(shì)。

2.1.3 科學(xué)探究

經(jīng)歷交流高壓輸電過(guò)程電路設(shè)計(jì)與驗(yàn)證過(guò)程，通過(guò)對(duì)比獲得結(jié)論，提高科學(xué)探究能力。

2.1.4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

（1）通過(guò)對(duì)我國(guó)高壓輸電背景的了解，體會(huì)國(guó)家驕傲，與投身社會(huì)主義事業(yè)的責(zé)任感；

（2）通過(guò)輸電損耗的綜合分析，培養(yǎng)學(xué)生全面分析問(wèn)題的科學(xué)態(tài)度。

2.2 教學(xué)過(guò)程

2.2.1 明了引入，提出問(wèn)題

視頻播放：我國(guó)特高壓輸電技術(shù)新聞簡(jiǎn)介，介紹兩個(gè)方面內(nèi)容：其一，我國(guó)特高壓技術(shù)形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如火箭技術(shù)、高特技術(shù)一樣是無(wú)數(shù)科學(xué)家共同努力形成的國(guó)家驕傲；其二，我國(guó)各種能源主要集中在西部，要將這些能源轉(zhuǎn)化成電能輸往東部。電能的輸送少則幾十公里，多則大幾千公里。這么遠(yuǎn)距離的電能是如何輸送到東部用戶家的呢？這節(jié)課我們就一起來(lái)探討電能的遠(yuǎn)距離傳輸問(wèn)題。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)觀察，探索新知

實(shí)驗(yàn)器材：小燈泡（3.8V、2.5A）及燈座各2個(gè)、電阻絲1m2條、學(xué)生電源1個(gè)、導(dǎo)線（帶鱷魚夾）若干。

分組實(shí)驗(yàn)：對(duì)比實(shí)驗(yàn)如圖1所示，將小燈泡用鱷魚夾夾在電阻絲上，從L1位置逐漸向L2位置移動(dòng)的過(guò)程中，觀察燈泡亮度變化。

思考：為什么小燈泡亮度會(huì)逐漸變暗？

2.2.3 模型構(gòu)建，科學(xué)思維

基于學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，小組交流討論，構(gòu)建如圖2完善電路模型。從電阻定律出發(fā)明確輸電線電阻，從而落實(shí)輸電線電阻造成功率損失P線=I線2R線和電壓損失U線=I線R線。

問(wèn)題1：如何減少功率損失和電壓損失？

針對(duì)以上問(wèn)題，小組討論可行性方案。

問(wèn)題2：減小電阻，如何減小電阻？該方案是否可行？

引導(dǎo)學(xué)生從電阻定律的角度分析，減小長(zhǎng)度、減小電阻率、增大導(dǎo)線截面?？隙▽W(xué)生的回答，可行，但是基于實(shí)際條件限制，減小長(zhǎng)度，兩地之間具有最短距離，在遠(yuǎn)距離線路設(shè)計(jì)要考慮的具體問(wèn)題，涉及到測(cè)量部門的工作；減小電阻率，對(duì)比金銀銅鐵等材料電阻率顯然銅線是最佳方案，目前使用最多的也是銅線，而超導(dǎo)同樣可行但是造價(jià)高；增大截面積，可行，但涉及到耗材以及工程造價(jià)等問(wèn)題。此過(guò)程滲透科技前沿等科學(xué)態(tài)度與責(zé)任教育。

問(wèn)題3：減小輸電電流，輸電電流怎么求？如何減小輸電電流？

自主學(xué)習(xí)，課本內(nèi)容，交流討論進(jìn)行匯報(bào)。

問(wèn)題4：為了減少輸電線上的電熱功率損失，應(yīng)該提高輸電電壓和減小輸電導(dǎo)線的電阻。但有同學(xué)從下列推證中得出相反的結(jié)論：“設(shè)輸送電壓為U，輸電電流為I，則功率損失P=U2/R。因此，要降低P值，就應(yīng)該降低送電電壓和增加輸電線的電阻?！闭?qǐng)問(wèn)你怎么看？

引導(dǎo)學(xué)生明確輸電電壓、線電壓、用戶得到的電壓之間的關(guān)系。

2.2.4 科學(xué)推理與論證

例題 一發(fā)電站，輸電功率為2000kW，輸電線的總電阻為20Ω。輸電電壓是10kV，輸電線上損耗的電壓是多少？輸電線上消耗的功率是多少？用戶得到的功率是多少？輸電效率是多少？

變化1 如果用100kV的電壓輸電，輸電線上消耗的功率又是多少？用戶得到的功率又是多少？輸電效率又是多少？

變化2 若輸電功率為2000kW，輸電線的總電阻為200Ω。如果用100kV的電壓輸電，輸電線上消耗的功率又是多少？用戶得到的功率又是多少？輸電效率又是多少？

通過(guò)計(jì)算總結(jié)數(shù)據(jù)如表1。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)交流論證，綜合考慮：高壓輸電的優(yōu)勢(shì)以及減小線電阻的局限。

2.2.5 形成方法與驗(yàn)證——實(shí)現(xiàn)交流高壓輸電

問(wèn)題1 怎么樣實(shí)現(xiàn)高壓輸電？

問(wèn)題2 升壓后的電壓用戶能直接用嗎？還需怎么辦？

圖片展示輸電過(guò)程，要求學(xué)生設(shè)計(jì)輸電電路圖。并展示評(píng)價(jià)：學(xué)生設(shè)計(jì)的電路圖是否規(guī)范，做出合理評(píng)價(jià)。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：指導(dǎo)學(xué)生連接電路，升壓變壓器采用1：8，降壓變壓器采用8：1，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如圖3所示。

理論驗(yàn)證：一小型發(fā)電機(jī)的輸出功率為50kW，輸出電壓為250V?，F(xiàn)用一臺(tái)1：16升壓變壓器使其升壓，輸送至用戶處再用一臺(tái)16：1降壓變壓器降壓。輸電線總電阻為40Ω，則用戶得到的電壓是多少？并畫出輸電電路簡(jiǎn)圖。

這一環(huán)節(jié)，基于問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲取信息，基于實(shí)驗(yàn)與理論證據(jù)進(jìn)行合理的解釋，交流討論，交流高壓輸電，實(shí)現(xiàn)電壓減少損失的可行性。

3 結(jié)束語(yǔ)

核心素養(yǎng)的落實(shí)不是一蹴而就，而是要在教育教學(xué)的過(guò)程中慢慢落實(shí)[2]。核心素養(yǎng)的落地生根不應(yīng)急功近利，追求高效高容量。應(yīng)該慢慢的從物理學(xué)視角引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)電能的輸送，讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)現(xiàn)電能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)倪^(guò)程，構(gòu)建電能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奈锢韴D景。讓學(xué)生行動(dòng)上參與、思維上參與，從而獲得學(xué)習(xí)物理的興趣與幸福感。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎穗梅.引入原始物理問(wèn)題 發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)[ J ] .中學(xué)物理，2018（3）：13-15.

[2]林明華.高中物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與培養(yǎng)途徑 [ J ].福建教育研究，2016（2） ：4-6.