淺談核心素養導向下的物理課堂教學

黃雪芳

摘 要：本文以“電能的遠距離傳輸”為例，基于我國能源分布提出問題、模擬電能傳輸進行實驗觀察、構建電路模型落實能量觀念、引導學生科學推理論證、形成電能遠距離交流高壓傳輸方法等角度，談物理核心素養在課堂教學中的落實。慢慢引導學生構建電能傳輸的物理圖景，讓學生在行動上參與、思維上參與學習，從而使物理核心素養落地。

關鍵詞：核心素養；實驗觀察；物理模型

物理核心素養是學生在接受物理教育的過程中逐步形成適應個人終身發展的正確價值觀、適應社會需求的必備品格和關鍵能力，主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面構成[ 1 ]。《普通高中物理課程標準》（2017年版）指出：物理學科作為自然科學，旨在落實立德樹人的根本任務，凝練物理學科核心素養，為學生終身發展奠定基礎，促進科學事業的傳承與社會與時俱進。物理學應該基于物理問題，進行實驗與觀察，構建物理模型，應用數學等工具，通過科學推理和論證，形成系統的研究方法和理論體系。在教育教學的過程中應幫助學生從物理學視角認識世界，構建物理圖景，引導學生經歷科學探究的過程，體會科學探究方法，養成科學探究習慣，增強創新意識和實踐能力。引領學生認識學科本質以及STSE的關系，形成科學態度、世界觀、價值觀。

1 教學背景

“電能的遠距離傳輸”是學生綜合運用電路知識解決實際問題的課例。高二學生對電路的基本知識有足夠的積淀，學生具有較強的自學能力以及綜合分析能力，而電能的遠距離傳輸，是在變壓器的基礎上進行知識的重組以及再構建，將理論分析與模擬實驗相結合，使學生理解高壓交流輸電的原理。以培養學生應用知識綜合分析問題能力，解決實際問題的能力，提高學生的合作能力。

2 教學設計

2.1 基于物理核心素養的教學目標

2.1.1 物理觀念

（1）通過輸電過程的了解，構建低壓輸電與高壓輸電兩個電路模型；

（2）通過電路分析，理解輸電損耗，培養學生的物質觀念、能量觀念。

2.1.2 科學思維

（1）經歷電路模型構建，區別輸電電壓與線損電壓；

（2）經歷減少輸電損失的實驗論證過程，促進科學思維發展；

（3）經歷理論論證，體會高壓輸電的優勢。

2.1.3 科學探究

經歷交流高壓輸電過程電路設計與驗證過程，通過對比獲得結論，提高科學探究能力。

2.1.4 科學態度與責任

（1）通過對我國高壓輸電背景的了解，體會國家驕傲，與投身社會主義事業的責任感；

（2）通過輸電損耗的綜合分析，培養學生全面分析問題的科學態度。

2.2 教學過程

2.2.1 明了引入，提出問題

視頻播放：我國特高壓輸電技術新聞簡介，介紹兩個方面內容：其一，我國特高壓技術形成行業標準，如火箭技術、高特技術一樣是無數科學家共同努力形成的國家驕傲；其二，我國各種能源主要集中在西部，要將這些能源轉化成電能輸往東部。電能的輸送少則幾十公里，多則大幾千公里。這么遠距離的電能是如何輸送到東部用戶家的呢？這節課我們就一起來探討電能的遠距離傳輸問題。

2.2.2 實驗觀察，探索新知

實驗器材：小燈泡（3.8V、2.5A）及燈座各2個、電阻絲1m2條、學生電源1個、導線（帶鱷魚夾）若干。

分組實驗：對比實驗如圖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位置移動的過程中，觀察燈泡亮度變化。

思考：為什么小燈泡亮度會逐漸變暗？

2.2.3 模型構建，科學思維

基于學生的知識儲備，小組交流討論，構建如圖2完善電路模型。從電阻定律出發明確輸電線電阻，從而落實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。

問題1：如何減少功率損失和電壓損失？

針對以上問題，小組討論可行性方案。

問題2：減小電阻，如何減小電阻？該方案是否可行？

引導學生從電阻定律的角度分析，減小長度、減小電阻率、增大導線截面。肯定學生的回答，可行，但是基于實際條件限制，減小長度，兩地之間具有最短距離，在遠距離線路設計要考慮的具體問題，涉及到測量部門的工作；減小電阻率，對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，而超導同樣可行但是造價高；增大截面積，可行，但涉及到耗材以及工程造價等問題。此過程滲透科技前沿等科學態度與責任教育。

問題3：減小輸電電流，輸電電流怎么求？如何減小輸電電流？

自主學習，課本內容，交流討論進行匯報。

問題4：為了減少輸電線上的電熱功率損失，應該提高輸電電壓和減小輸電導線的電阻。但有同學從下列推證中得出相反的結論：“設輸送電壓為U，輸電電流為I，則功率損失P=U2/R。因此，要降低P值，就應該降低送電電壓和增加輸電線的電阻。”請問你怎么看？

引導學生明確輸電電壓、線電壓、用戶得到的電壓之間的關系。

2.2.4 科學推理與論證

例題 一發電站，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？

通過計算總結數據如表1。

通過上述數據交流論證，綜合考慮：高壓輸電的優勢以及減小線電阻的局限。

2.2.5 形成方法與驗證——實現交流高壓輸電

問題1 怎么樣實現高壓輸電？

問題2 升壓后的電壓用戶能直接用嗎？還需怎么辦？

圖片展示輸電過程，要求學生設計輸電電路圖。并展示評價：學生設計的電路圖是否規范，做出合理評價。

實驗驗證：指導學生連接電路，升壓變壓器采用1：8，降壓變壓器采用8：1，進行實驗如圖3所示。

理論驗證：一小型發電機的輸出功率為50kW，輸出電壓為250V。現用一臺1：16升壓變壓器使其升壓，輸送至用戶處再用一臺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？并畫出輸電電路簡圖。

這一環節，基于問題，設計實驗，進行實驗獲取信息，基于實驗與理論證據進行合理的解釋，交流討論，交流高壓輸電，實現電壓減少損失的可行性。

3 結束語

核心素養的落實不是一蹴而就，而是要在教育教學的過程中慢慢落實[2]。核心素養的落地生根不應急功近利，追求高效高容量。應該慢慢的從物理學視角引導學生認識電能的輸送，讓學生經歷實現電能遠距離傳輸的過程，構建電能遠距離傳輸的物理圖景。讓學生行動上參與、思維上參與，從而獲得學習物理的興趣與幸福感。

參考文獻：

[1]黎穗梅.引入原始物理問題 發展學科核心素養[ J ] .中學物理，2018（3）：13-15.

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