焦月英

摘? ?要：以魯科版選修3-1第四章第一節(jié)“閉合電路歐姆定律”為例，研究提升物理學科素養(yǎng)的課堂教學設計。

關鍵詞：學科素養(yǎng);教學設計;電源;閉合電路歐姆定律

物理學科素養(yǎng)是每個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力。在中學階段，物理學科教學的重點是培養(yǎng)學生個人物理學科素養(yǎng)，使學生在學習物理的過程中逐漸形成物理觀念、科學思維、科學探究、科學創(chuàng)新的綜合能力。學生對物理知識的學習主要是在物理課堂實現的，在物理課堂教學中，教師要重視過程性教學設計，通過演示實驗、探究實驗、科學推理等使學生能夠經歷知識的建構過程，從而讓學生學會物理問題的解決思路和物理規(guī)律的研究方法。本文以魯科版選修3-1第四章第一節(jié)“閉合電路歐姆定律”為例，研究提升物理學科素養(yǎng)的課堂教學設計。

1? 基于物理學科素養(yǎng)的教學設計

1.1? 教學目標（表1）

1.2? 教學內容與學生分析

本課是魯科版教材選修3-1第四章第一節(jié)的內容，研究的是閉合電路，在初中階段學生已經學習了部分電路相關知識，但由于知識層次的局限，在初中的教學中沒有深入研究電源的作用，這節(jié)課是學生第一次較深入地了解電源內部，電動勢和內阻是全新的概念，是學習的難點。學生通過高一物理的學習，已經具備力學分析能力和實驗探究能力，為通過實驗研究電動勢和內阻奠定了基礎。

閉合電路歐姆定律是研究閉合電路的基本規(guī)律，也是分析電學問題的基礎，是本章教學的重點。通過前面對電路和電場知識的學習，學生對電路和電場中的功能轉化關系也有了一定的了解，具備學習閉合電路歐姆定律的知識基礎與認知能力。

1.3? 教學過程

（1）物理觀念——電源的認識

任務一：通過演示實驗，讓學生體會并理解電源的作用

演示實驗一（放電實驗）

實驗演示：若用導線將電容器兩個極板連接起來

觀察實驗：電流計指針有偏轉嗎？會持續(xù)偏轉嗎，為什么？

教師：電子經導線由B運動到A，A電勢降低，B電勢升高，當AB電勢相等時（圖3），電流消失。因此導線中只有瞬時電流流過。

思考：怎樣才能使導線中有持續(xù)的電流呢？

演示實驗二（電源實驗）

實驗演示自制電池實驗，如圖4，將銅片和鋅片插入容器中，接通電路，請同學們觀察電流計指針偏轉情況;然后向容器中注入一定量的碳酸飲料，請同學們再次觀察電流計指針偏轉情況。

討論與交流：學生結合實驗結果，試從力學和能量兩個角度解釋實驗現象

教師畫出等效電路圖，如圖5，并小結：從動力學角度看，在容器外部電路中，正電荷受電場力作用，從正極運動到負極，容器內部，兩個金屬片之間沒有導線連接，正電荷是在化學作用下從負極運動到正極的。

從能量角度看，在外部電路中，通過靜電力做功，電勢能轉化為其他形式的能，在容器內部，通過化學作用做功將化學能轉化為電能。

列舉水電站和太陽能電池，分析其能量轉化關系。

師生共同總結電源的概念、電源在電路中的作用。

【設計意圖】學生初中階段雖然接觸過電路，但對電源本身沒有做過研究，本環(huán)節(jié)設計兩個演示實驗，讓學生直觀感受到電源的作用，學生通過實驗一發(fā)現“電容器提供的電流是瞬時的”這一事實，并能激發(fā)學生思考獲得持續(xù)穩(wěn)定電流的方法。然后通過觀察實驗二，學生發(fā)現僅有兩個金屬片無法獲得持續(xù)電流，但是當兩個金屬片之間充入某種化學物質，便可獲得持續(xù)電流，學生通過實驗對比與思考，逐漸認識了電源。

任務二：通過實驗對比，引出電動勢的概念

演示實驗三（電源對比實驗）

教師演示：

①將電壓表接在自制原電池兩端，如圖6，觀察電壓表示數;

②將電壓表接在干電池兩端，如圖7，觀察電壓表示數。

請學生觀察實驗，對比實驗現象并分析。

學生：電壓表示數不同，說明不同電源的能量轉化本領是有差異的。

教師就勢引導，總結得出電動勢的概念和物理意義。

【設計意圖】電動勢概念比較抽象，單純的理論解釋學生理解起來很困難，本環(huán)節(jié)再次利用對比實驗，讓學生切實感受到不同的電源能量轉化本領不同，從而巧妙地突破了教學難點。

任務三：通過學生分組實驗探究電源內阻

學生活動：4人一組，合作完成以下任務：

①利用電學實驗器材，按照圖8連接好電路，將數據記錄到表2中。

學生分組實驗一：

提問：當電阻R逐漸減小時，圖中電壓表數值將發(fā)生變化嗎？如何變化？為什么會這樣變化呢？

學生：一部分電壓被R0分走了。

②利用電學實驗器材，按照圖9連接好電路，將數據記錄到表3中。

學生分組實驗二：

提問：隨著R的減小，R兩端的電壓變化嗎？如何變化？

學生：當R減小時，電壓表示數減小。

追問：少的那部分電壓被什么分走了呢？

學生討論與交流后得出：電源內部也有電阻，分走了一部分電壓。

教師小結：電源本身，自己的內部對電荷的運動產生阻礙，這種阻礙就表明電源自身有電阻，我們把它稱之為電源內阻，通常用r表示。

【設計意圖】實驗探究是認識物理現象研究物理規(guī)律的重要途徑，實驗可以調動學生學習的積極性，讓學生能夠真正地參與課堂。本環(huán)節(jié)設計分組實驗，學生通過親自動手實驗，研究思考，進而得出電源存在內阻的結論，學生經歷了知識的建構過程，在此過程中學生學到的不僅僅是簡單的“結果”，更重要的是學習了研究物理的方法。另外，通過分組做實驗，培養(yǎng)學生記錄、統(tǒng)計分析能力的同時，同學們團隊協(xié)作能力和各自在團隊中角色和擔當意識也會增強。

（2）物理規(guī)律——閉合電路歐姆定律

閉合電路歐姆定律是本節(jié)課的重點，通過實驗可以分別測得內電壓U內和外電壓U外的數值，也可以得出內外電壓之和在誤差允許的范圍內是個定值，但是高中階段電動勢E無法通過電壓表直接測得，因此，通過實驗得出電動勢與內外電壓之間的關系會存在一定的困難，鑒于此，本環(huán)節(jié)采用了理論推導的方法，設計一些問題，逐步引導學生推導出閉合電路歐姆定律。問題設計如下：

在圖10中，閉合電路的電源電動勢為E，外電路電壓為U外，內電路電壓為U內。通電后，設電路中電流為I，請回答下面幾個問題：

問題1：在t時間內，外電路中靜電力做功W外為多少？

學生：：W外=qU外=ItU外

問題2：在t時間內，內電路中靜電力做功W內為多少？

學生：W內=qU內=ItU內

問題3：在電源內部，t時間內非靜電力做得功W非為多少？

學生：W非=qE=ItE

問題4：W外、W內和W非之間的關系是什么？

學生：靜電力做的功等于消耗的電能，非靜電力做的功等于轉化的電能，根據能量守恒可得W非=W外+W內

即? ?ItE=ItU外+ItU內? ? E=U外+U內

問題5：若閉合電路為純電阻電路，電流I、電動勢E、內電阻r和外電阻R之間關系是怎樣的呢？

學生：E=IR+Ir

即 I=

【設計意圖】提問是啟發(fā)學生思維的關鍵[ 1 ]。巧設問題可以激發(fā)學生思考的熱情，嚴密的理論推導可以培養(yǎng)學生的物理思維能力。本環(huán)節(jié)通過設計問題串引導學生科學思考、科學推理，最終得出規(guī)律，學生親歷了物理規(guī)律的建立過程，對規(guī)律的理解會更加透徹，同時學生科學思維能力也大大提升。

2? 課堂教學設計點評

本課堂教學設計，思路明確、清晰，內容豐富，重在培養(yǎng)學生實驗統(tǒng)計分析能力和邏輯思維。從內容上看，本節(jié)課的設計主要分為兩大塊：第一部分是電源，電源內部看不見摸不著，比較抽象，本教學設計通過三次演示實驗讓學生直觀體會到電源與電容器的區(qū)別、電源在整個電路中的作用以及電動勢引入的意義，有助于學生物理觀念的形成，科學思維的提升。在電源內阻的教學中，采取讓學生親自進行分組實驗，學生們通過動手搭建電路，觀察實驗中所發(fā)生的現象，記錄并分析結果，見證電源中確實存在內阻。這一設計提升了科學探究能力和團結協(xié)作能力。第二部分是閉合電路歐姆定律，首先從能量的角度，引導學生推導閉合電路中電動勢與內外電壓間的關系，進而推導出純電阻電路的閉合電路歐姆定律，這部分內容的設計重視學生科學推理能力的培養(yǎng)。

本節(jié)課堂設計突破了教材的束縛，設計了三個演示實驗和一個學生探究實驗，在實驗的過程中引導學生觀察、對比、分析、論證，使學科素養(yǎng)的提升落實到課堂的每一個環(huán)節(jié)。學生的物理學科素養(yǎng)是在學習知識的過程中逐漸形成的，課堂教學設計不能只是知識的簡單羅列或呈現，而更應該重視知識和規(guī)律的建構過程，物理教學的目的是讓學生學會分析物理現象，學會解決物理問題，學會研究物理規(guī)律的方法。

參考文獻：

[1] 吉臨榮，開發(fā)低成本資源構建高效課堂——以蘇科版教材“探究樹蔭下的光斑”為例[J].中學物理教學參考，2019（1-2）.