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        基于核心素養(yǎng)的高中物理教學

        2020-02-29 10:38:36朱靈俊
        中學教學參考·理科版 2020年1期
        關鍵詞:高中物理核心素養(yǎng)

        朱靈俊

        [摘要]文章以選修3-1第二章第六節(jié)《導體的電阻》教學為例,從教材和學情分析出發(fā),探討科學探究、科學思維在物理教學中的落實。如在實驗探究環(huán)節(jié)實施解決問題、探究能力素養(yǎng)的培養(yǎng),用比值定義的思想方法幫助學生理解電阻率,進而培養(yǎng)學生的科學思維素養(yǎng)。

        [關鍵詞]高中物理;核心素養(yǎng);導體的電阻

        [中圖分類號]G633.7? [文獻標識碼]A? [文章編號]1674-6058(2020)02-0049-02

        新一輪高中課程改革圍繞“核心素養(yǎng)”展開。“核心素養(yǎng)”的落實,要求教師改善教學方式、豐富教學手段、構建立體式教學體系,從而讓學生在接受知識的過程中,不僅以學習知識為目的,更重要的是建立正確的人生觀、價值觀,讓學生在以后的人生道路中能夠適應社會以及個人發(fā)展的需要。

        核心素養(yǎng)是由于時代的深刻變化和人們的觀點與時俱進而產生的,是對學生發(fā)展提出的更全面、更綜合的目標。它既包括我們常說的知識、能力、態(tài)度等的目標要求,也包括國家認同、自我管理、國際理解等目標。它是知識、能力、態(tài)度或價值觀方面的融合,既包括問題解決、探究能力、批判性思維等認知性素養(yǎng),又包括自我管理、組織能力、人際交往等非認知性素養(yǎng)。

        下面,以《導體的電阻》教學為例,談談怎樣在物理教學中更好地貫徹和落實核心素養(yǎng)教育。

        一、教學要求分析

        學科教學指導意見里的教學要求是:①知道用伏安法測量金屬絲電阻的電路,會用伏安法測量電阻。②會用刻度尺測量金屬絲的直徑;會通過實驗探究導體的電阻與長度、橫截面積的關系。③理解電阻率概念,掌握電阻定律;領會“探究導體電阻與其影響因素的定量關系”實驗中控制變量的思想。④會推導導體的電阻與長度、橫截面積的關系;定性了解金屬導體的電阻率與溫度的關系。

        二、學情分析

        影響導體電阻大小的因素,學生在初中就學過,多數學生知道長度、橫截面積、材料、溫度是影響導體電阻的因素,但僅知道長度長、橫截面積小,電阻就大,材料不同溫度不同,電阻也不同,都是定性、簡單的。

        進入高中后,學生在這之前已經學習了電源電動勢、歐姆定律、串聯和并聯電路、焦耳定律,會設計簡單的電路圖,會根據電路圖連接實物線路,會用伏安法測電阻。

        三、基于核心素養(yǎng)的教學要求

        基于學生已有的知識水平和傳統教學,要求:

        (1)根據提供的實驗器材,讓學生用控制變量法,通過小組合作探究影響導體電阻的因素,并分析數據,歸納出實驗結論。

        (2)應用比值定義的思想理解電阻率的含義。

        四、基于核心素養(yǎng)的高中物理教學設計

        1.通過演示實驗引入課題

        教師給學生展示兩盞正常工作的白熾燈,規(guī)格分別為“220 V,40 W”和“220 V,200 W”,觀察亮度情況,發(fā)現200 W的燈比較亮。關燈后再觀察燈絲情況,發(fā)現兩燈的燈絲粗細不同。讓學生分析原因,得到橫截面積是影響導體電阻大小的因素,再引出研究問題:影響導體電阻大小的因素還有什么?電阻大小和這些因素之間有何關系?能不能找到相應的關系式?

        2.實驗探究影響導體電阻的因素

        師:我們通過實驗探究導體的電阻與導體長度、橫截面積以及材料的關系。如何研究電阻與這三個因素之間的關系呢?

        生:控制變量法。即控制導體的橫截面積以及材料不變,研究導體的電阻與導體長度的關系……

        師:這樣一來,這個問題就等于分別研究導體的電阻與長度、導體的電阻與橫截面積、導體的電阻與材料之間的關系了。

        師:這些探究中,我們要測量導體的電阻值,如何測量電阻?

        生:伏安法測電阻。

        師:現在提供給大家的器材有:若干粗細不同、硬度不同的鉛筆芯,放置鉛筆芯的支架,電流表,電壓表,滑動變阻器,干電池,導線等,請設計實驗電路。

        為了節(jié)約時間,將全班學生分成8個小組,其中1?3組研究電阻和長度的關系,4?7組研究電阻和橫截面積的關系,第8組研究電阻和材料的關系。

        鉛筆芯是學生平常學習生活中普遍用過的,鉛筆芯的主要成分是石墨和黏土,石墨具有導電性,配合粘土,其電阻又不會很小,可以避免短路。根據黏土與石墨的調配,我們可以得到不同型號的鉛筆,豐富了素材的可選擇性,能讓學生直觀地感受材料對電阻大小的影響。因此本課探究實驗采用鉛筆芯代替金屬絲,不僅增強了認同感,更重要的是可以提升科學實驗素養(yǎng)。

        整個實驗過程需要學生全員參與,這樣就能充分發(fā)揮學生的主體作用和小組合作探究的作用。教師巡視,指導學生進行實驗探究,對學生在研究中出現的問題進行點撥指導,要求各組把數據記錄在實驗報告紙上,并進行分析,引導學生得出正確的結論,從而激發(fā)學生的學習熱情。

        最后,各實驗小組代表進行實驗數據和實驗結論的匯報。初步得出結論:導線的電阻與導線的長度成正比,導線的電阻與導線的橫截面積成反比,電阻與材料的性質有關。

        3.結論的理論分析

        在材料一定的前提下,導體的電阻與長度成正比、與橫截面積成反比,根據串并聯電路的總電阻規(guī)律也可以得到這樣的規(guī)律:

        兩因素合并得到關系式,假設正比例系數為k,得到。

        然后和學生一起對k展開討論,發(fā)現有三個特點:

        在實驗探究和理論探究中,沒有規(guī)定用什么材料。說明不論是何種材料,只要是同一種材料,k就是恒定不變的,與長度、橫截面積、電阻大小都無關。

        不同的材料,k的數值一樣嗎?可以用學生之前探究的電阻與材料關系的實驗數據來說明。幾個導體對比,L、S都一樣,只是材料不一樣,那么根據關系式可知,若R不同,則k不同。

        還發(fā)現,根據生活經驗,k的數值大小與材料的導電性能有關,k值小的,導電性能相對好些。

        從而確定k可以用來反映材料對導體電阻的影響。物理學上也是這么做的,把k叫電阻率,用p來表示。這樣,上面的正比例等式變成了電阻定律公式。

        類似這樣的理論推導,在必修1《加速度與質量、合外力關系》及選修3-1第一章《電場強度、電容器的電容》的學習中接觸過,學生還是能夠主動思考的。讓學生在邏輯世界中感悟電阻率的含義,自然引出電阻率。

        4.電阻率分析

        電阻率與溫度因素相關的教學是本節(jié)課的難點,通過一道習題和一個演示實驗的分析可以巧妙地化解教學難點。采用課本中的習題:R1和R2是材料相同、厚度相同、表面為正方形的導體,但R2的尺寸比R1小很多,通過兩導體的電流方向如圖1所示,試比較R1和R2的大小。

        和學生討論明白L如何確定后,學生很快解出:,所以。

        教師引導:體積不同的導體可以通過控制厚度使電阻相同,可以使電路微型化,集成電路的發(fā)展,電阻定律提供了理論支持,但也帶來了新的問題——散熱,散熱不好,電路不穩(wěn)定,為什么溫度對電阻有影響?有什么樣的影響呢?

        演示實驗展示:小電珠、學生電源、敲破玻璃的200 W的白熾燈及開關串聯成回路,如圖2所示。合上開關,小電珠發(fā)光,用打火機燒白熾燈燈絲,發(fā)現小電珠不發(fā)光了。

        師生一起討論實驗現象:打火機燒燈絲,使燈絲溫度升高,燈絲電阻變大,回路電流變得很小,所以小電珠不發(fā)光了。結論是溫度升高,燈絲電阻變大。

        再用電阻定律來討論:燈絲的長度不變,橫截面積不變,材料也沒變,但電阻變大了,為什么電阻率變大了。如果用電阻定律來測量某材料的電阻率,在長度、橫截面積、材料都不變的情況下,改變溫度,就能測到不同的電阻率,這就意味著電阻率和溫度具有一一對應關系。展示課本中的電阻率表,純金屬的電阻率隨溫度升高而增大,有的合金的電阻率幾乎是不變的。利用這些特點,可以按需制作不同的電阻。其他材料的電阻率和什么因素有關呢?與溫度有什么關系呢?可以課外再研究。

        五、總結

        總之,教師應創(chuàng)設鮮活、真實的學習情境,帶領學生領略物理學的價值,體驗物理學研究過程中的科學精神,從而提升物理素養(yǎng)。

        [參考文獻]

        [1]田亮.《導體的電阻》課堂教學實踐與反思[J].新課程(下),2017(12):146-147.

        [2]鐘力,馮才梁.《導體的電阻》教學設計[J].中學物理,2015(13):7-9.

        [3]牛有明.《導體的電阻》教學設計[J].物理教學探討,2014(3):69-73.

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