艾 彤

(北京市第十五中學(xué),北京 100054)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)需要的必備品格和關(guān)鍵能力,是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，主要包括“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。

在“水果電池”這節(jié)課的設(shè)計(jì)和實(shí)施中，筆者始終以物理學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，首先通過學(xué)生的原有認(rèn)知和新知識(shí)間的差異創(chuàng)設(shè)物理情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生產(chǎn)生探究的好奇心和求知欲，引出本節(jié)課要探究的問題：(1)如何通過實(shí)驗(yàn)來判斷水果電池的正負(fù)極？(2)影響水果電池電壓大小的因素有哪些？在探究過程中注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、通過合作解決問題的能力，讓學(xué)生體驗(yàn)到成功的喜悅。最后將水果電池與生活實(shí)際相聯(lián)系，滲透STSE的教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

1 教材分析

水果電池在人教版物理教材第十六章第一節(jié)中出現(xiàn)，但教材中僅介紹了水果電池的電壓。本節(jié)課以水果電池為載體，綜合教材中發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦浴㈦娏鞅砗碗妷罕淼膽?yīng)用等內(nèi)容，作為本節(jié)課第一部分重點(diǎn)研究的內(nèi)容。本節(jié)課第二部分又對水果電池的電壓做了更為深入的研究，運(yùn)用控制變量法探究了影響水果電池電壓的相關(guān)因素。最后一部分在學(xué)生現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行提升，為高中學(xué)習(xí)電池內(nèi)阻內(nèi)容做鋪墊。

2 學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電學(xué)的主要內(nèi)容，包括電壓、歐姆定律、電功率等，本節(jié)課設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合分析問題的能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。教學(xué)過程中涉及用傳感器測量水果電池和干電池內(nèi)電阻的問題，教師提前完成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在本節(jié)課上直接引用，為學(xué)生在高中學(xué)習(xí)電池的內(nèi)阻埋下伏筆。

3 教學(xué)目標(biāo)

(1)通過實(shí)驗(yàn)探究，會(huì)判斷水果電池的正、負(fù)極。

(2)通過探究影響水果電池電壓大小的因素，學(xué)習(xí)制定實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生控制實(shí)驗(yàn)條件的意識(shí)。

(3)通過合作交流，表述自己的觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生語言表達(dá)、收集信息、交流的能力。

(4)將美味水果與物理相聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，再通過自主探究，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和合作意識(shí)。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)

4.1 新課引入

展示各種水果，演示實(shí)驗(yàn)1:利用水果電池使電子鐘工作(圖1)。

圖1

演示實(shí)驗(yàn)2:將其中一個(gè)檸檬電池與一個(gè)發(fā)光二極管相連，發(fā)現(xiàn)二極管不發(fā)光。

提出問題:二極管不發(fā)光的原因可能是什么?

學(xué)生分析：(1)二極管和電源的正負(fù)極接反了；(2)水果電池的電壓太小了。

引出本節(jié)課主要研究的兩個(gè)問題：(1)如何通過實(shí)驗(yàn)來判斷水果電池的正負(fù)極？(2)影響水果電池電壓大小的因素有哪些？

4.2 分組探究水果電池的正負(fù)極

提出問題:可以借助哪些電學(xué)實(shí)驗(yàn)元件？如何來判斷水果電池的正負(fù)極？

實(shí)驗(yàn)器材：二極管、電流表或電壓表。

學(xué)生實(shí)驗(yàn):(1)兩人一小組，用檸檬、銅片和鋅片制作水果電池。(2)請三個(gè)小組合作，將3個(gè)水果電池串聯(lián)作為電源。(3)用一只二極管判斷3個(gè)水果電池串聯(lián)后電源的正負(fù)極。

交流討論：(1)如何判斷電源正負(fù)極？(2)判斷結(jié)果是什么？

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：銅片是正極，鋅片是負(fù)極。

4.3 探究影響水果電池電壓的因素

學(xué)生猜想：水果種類、電極的材料、電極間距、電極插入水果的深度(插入的面積)、水果大小、水果所含汁液的多少等。

今天我們只研究水果種類、電極材料、電極間距、電極插入水果的深度等4個(gè)因素。請同學(xué)們提出可供探究的科學(xué)問題，如探究水果電池電壓大小與電極間距的大小關(guān)系。

教師引導(dǎo)分析：需要關(guān)注幾個(gè)量？自變量是什么？電極間距如何測量？因變量是什么？如何測量？測量時(shí)應(yīng)控制哪個(gè)變量？如何控制其不變？

學(xué)生兩人一組，分組實(shí)驗(yàn)，每組研究一個(gè)問題，按以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：(1)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；(2)通過歸納得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；(3)探討實(shí)驗(yàn)操作過程中遇到的問題及解決方法；(4)探討實(shí)驗(yàn)中的新發(fā)現(xiàn)。

4.4 利用圖像法分析問題

物理實(shí)驗(yàn)中的圖像法是一種整理、分析數(shù)據(jù)的有效方法，圖線可以直觀、簡潔地顯示出因變量隨著自變量變化的趨勢或規(guī)律。

教師補(bǔ)充水果電池電壓大小與電極間距、插入深度的兩張物理圖像(圖2)。

圖2

提出問題:觀察圖2，你有什么新發(fā)現(xiàn)？

學(xué)生回答：水果電池的電壓隨著電極間距的增大而減小，并且減小得越來越慢。水果電池的電壓隨著電極插入深度的增加而增大，并且增大得越來越慢。

4.5 水果電池內(nèi)阻問題

演示實(shí)驗(yàn):一節(jié)干電池可以使小燈泡發(fā)光，測量三個(gè)水果電池串聯(lián)后的電壓，然后與小燈泡串聯(lián)，觀察現(xiàn)象。

如圖3所示，學(xué)生觀察到三個(gè)水果電池串聯(lián)后的電壓可以達(dá)到4V以上，但此時(shí)卻不能使小燈泡發(fā)光。

圖3

提出問題:一節(jié)干電池能使小燈泡發(fā)光，水果電池的電壓比一節(jié)干電池還大，卻不能使小燈泡發(fā)光，原因是什么？

學(xué)生猜想：根據(jù)小燈泡不發(fā)光推測小燈泡的實(shí)際功率小，又根據(jù)P=I2R，可以推知電路中的電流過小，導(dǎo)致電路中電流過小的原因可能是電源內(nèi)部存在著較大的電阻。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:教師通過電壓和電流傳感器測出水果電池內(nèi)部的電阻R≈1200Ω，驗(yàn)證了學(xué)生的猜想。

5 教學(xué)反思

在本節(jié)課的教學(xué)中學(xué)生樂于動(dòng)手參與，積極合作交流，整節(jié)課體現(xiàn)了學(xué)生的主體性，教師在教學(xué)中主要起到引導(dǎo)作用，提高了學(xué)生的探究能力、學(xué)習(xí)興趣和參與意識(shí)。

(1)整節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)具有開放性，讓學(xué)生做到真探究、真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后再由學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過交流得出結(jié)論。

(2)激發(fā)了學(xué)生的探究興趣，水果是他們喜愛的食物，用水果來做實(shí)驗(yàn)研究，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，激發(fā)了他們的研究興趣。

(3)在教學(xué)中滲透了初、高中物理教學(xué)的銜接，比如水果電池正負(fù)極的化學(xué)原理，以及水果電池的內(nèi)阻問題。教師通過實(shí)驗(yàn)提出問題，讓學(xué)生有所了解，但真正解決問題要在高中的學(xué)習(xí)中進(jìn)行。