初中物理焦耳定律教學策略探討

牛小明

摘要：隨著新課程改革不斷深入推進，教師的教學行為和學生的學習方式都發生了深刻的變化。習近平總書記在十九大報告中指出要優先發展教育事業，辦好人民滿意的教育，加快建設創新型國家。為了能更好地落實黨的教育方針，更好地培養學生的學科核心素養和創新能力，本文以初中焦耳定律教學實踐為例，就教學設計中如何運用新課程理念，如何落實學科素養和培養創新能力等展開探討，希望能引發大家的思考，對今后的教學有所幫助。

關鍵詞：初中物理;教學策略;焦耳定律;核心素養;創新能力

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2019）06-0075

“以人為本”“以學生的全面發展為本”是新課程改革的出發點，隨著新課程改革不斷深入推進，新課程體系不斷完善，教育理論也不斷地在實踐中更新，教育家提出了培養學生的核心素養，這也是“以學生的全面發展為本”的內在要求，也是黨的教育方針的具體化，是落實立德樹人的根本目標在具體教育教學實踐的方向性指導，核心素養也進一步明確了學生應具備的必備品格和關鍵能力，引領課程改革和育人模式變革，同時也深刻影響課堂教學生態。初中物理學科同樣擔負著學生核心素養的培養任務，尤其是科學精神的培養。學生核心素養的培養是長期過程，不可能一蹴而就，也不可能由一門學科來實現。它是由多門學科在長期教育培養中逐步實現的，微觀上看就是要把核心素養培養具體落實到每節課和每次活動中，因此合理確定每節課的培養目標，目標實現策略就顯得尤為重要。教學設計是基于學情，對教材的分析和學習目標的把握而做出的有針對性的教和學的方案。下面，筆者以人教版初中物理第十八章第四節《焦耳定律》教學設計為例，在預設學習環境和學情的情況下和大家一起探討如何有效落實學科核心素養。

一、學習環境和學情分析

隨著教育信息化1.0的完成，教育信息化2.0已經撲面而來，數字化校園建設已提上日程。筆者所在學校已完成首輪現代化學校建設，學校無線網絡無死角覆蓋，學生可通過移動設備接入校園網絡，學校建設有校園網絡交流平臺，班級有自己的資源平臺和學習論壇等，已具備網絡化學習環境。學校設有物理開放實驗室，也組建了相關物理的社團，有多名學生是物理社團的成員。知識技能儲備方面，學生已學習了歐姆定律，用控制變量法對歐姆定律做了定量的學生實驗，通過本章前三節的學習，學生對電能、電功率知識已有了一定的理解。對于一些探索性問題，學生已有了探究意識，初步具備了用控制變量法研究問題的能力，知道轉化法的思路，同時也具備了一定的實驗操作能力。心理方面，學生對很多科學問題總是有很濃的興趣，很想探究這些問題，有創新意識，實驗設計能力有待進一步提高。

二、教材分析

本節課內容主要有四部分，一是電流的熱效應;二是探究電流的熱效應與哪些因素有關;三是焦耳定律;四是電熱的利用和防止。電流通過導體會產生熱，學生有一定的生活體驗，但電流通過導體產生熱和什么因素有關？大多數學生缺乏思考。由于學生已經學習了電能、電功率等電學知識，具有了一定的電學知識基礎，并且通過一年多的物理知識學習，也具備了一定探究能力。在這些基礎上再來研究電熱，符合學生的認知規律，也為我們大膽設計創造了條件，為培養學生的創新能力提供很好的契機。但是遺憾的是人教版教材沒有讓學生放手探究，而是提供了演示方案，引導學生分析理解方案，這種設計思路過于保守，因此筆者認為教師要敢于大膽重新設計，實現更高的學習目標。

三、教學目標和重難點確定

這節課能培養哪些核心素養要基于對教材的分析和學情的把握來確定，筆者把這節課教學目標和重難點確定如下：1.能通過實例，認識電流的熱效應，知道電流熱效應與導體的電阻、通過導體的電流、通電時間的定性關系。2.通過實驗探究電流的熱效應與哪些因素有關，培養猜想、制定計劃、分析數據得出結論等科學探究能力，鍛煉創新思維能力，進一步學習控制變量的科學研究方法，體會轉換法的研究思想，培養嚴謹的科學態度。3.通過學習電流熱效應的應用實例和危害防止，培養理論聯系實際、將所學知識運用于實際的意識，體會物理知識對生產、生活的重要意義。4.通過對物理學家焦耳事跡的學習，體會不懈追求的科研創新精神，激發熱愛科學的情感。

教學重點：通過實驗探究電熱與電流、電阻和通電時間的定性關系。教學難點：利用控制變量法和轉換法設計探究實驗。

四、教學環節設計探討

1. 新課引入。設計新課引入目的是為了點明研究課題，激發學生的學習興趣，所以有必要創設有趣的情景，激發學生興趣，引發學生思考，為后面的探究學習創設有利的條件。這節課采用電熱現象的實驗來導入比較好，比如電阻絲通電點燃火柴，電熱鋸切割泡沫等。為了突出效果，實驗設計能讓學生感到出乎意料，有震撼的效果，也可以巧妙設計懸念，創設一定的情景，達到意想不到的效果。比如點燃火柴實驗中，可以把若干根火柴做成火炬，模擬運動會點燃火炬的場景，這樣不但體現了電熱，也把學生帶入到運動會的熱烈氣氛中，更能激發學生的興趣。

2. 如何引導學生猜想電熱和什么因素有關。通過實驗導入新課后，教師順勢給出電流熱效應的概念，并通過頭腦風暴找出生活中見到的電熱現象。教師總結這些電熱現象并進行歸類，指出有些電熱有用可以利用，有些電熱對人們有害要加以防止，讓學生能辯證地看待電流的熱效應，從而自然而然地得出不論是利用電熱還是防止電熱帶來的危害，首先要搞清電流的熱效應與什么因素有關，引導學生進行猜想。我們知道，電流通過導體產生的電熱和導體的電壓沒有關系，但是學生很容易猜到電壓這個因素，要排除電壓這個因素，教師會陷入兩難境地。因為要證明電熱和電壓無關，一般要利用兩個電動機串聯的電路來用實驗法排除，至少要花十分鐘左右的時間，這樣會讓新課教學任務無法按時完成。所以，猜想環節一定做好引導，設計好引導問題，才能順利得出電熱和電阻，電流和通電時間有關。可以采用以下三個問題并配合圖片引導學生猜想：（1）電爐絲和導線通過電流相同，為什么電爐絲熱的發紅，而導線幾乎不發熱？（2）插線板接入用電器太多，為什么很危險？（3）用同一個電熱器為什么燒開的水多用時就長？這樣猜想的好處是學生的思路可控，能按照教師的預想來完成猜想，為實驗設計爭取寶貴的課堂時間，有利于把實驗設計作為重點環節來展開。當然，有學生真的猜想電壓這個因素，教師也不要刻意回避，而是告訴學生可以課后在開放實驗室進行探究，證明電熱和電壓無關。

3. 實驗方案設計探討。本節課的重點內容之一就是設計實驗方案，也是落實教學目標2的有效途徑，實驗方案設計總的方法是控制變量法。由于電熱和三個因素有關，研究起來稍顯復雜，教師可以引導學生討論得出研究電熱和電阻關系時，選兩個阻值不同的電阻發熱多少做對比，要控制電流和通電時間相同，可采用兩電阻串聯來滿足實驗條件。要研究電熱和電流關系時，選兩個阻值相同的電阻并聯，一條支路可串聯滑動變阻器或多串一個相同電阻來滿足實驗條件。研究電熱和時間關系時，可在上述實驗時觀察一個電阻放熱隨時間的變化來得出結論。本實驗不要求學生用量熱桶測量電阻發熱，不要求研究定量規律，所以可以給學生提供充分開放的發揮空間，用轉換的思想反映出電熱的多少。為了降低設計難度，可適當給學生用PPT給出如下設計提示。（1）研究電熱和電阻的關系，要控制電流和通電時間相同，電阻不同，可將不同電阻串聯。（2）研究電熱和電流的關系，要控制電阻和通電時間相同，電流不同，可將相同電阻并聯。其中一條支路串聯變阻器或電阻來改變電流。（3）研究電熱和通電時間的關系，只要對某個電阻持續觀察放熱情況即可。（4）用轉換法比較放熱多少。

學生實驗設計時，教師師要給足時間，并密切注意學生的設計方案，對有困難的小組給予提示性幫助，并在巡視過程中要收集有代表性的學生方案準備點評。

等小組實驗方案設計完成后，接下來教師把收集到的方案用展臺投影出來，讓小組代表給大家解釋方案和學生分享，教師給予點評鼓勵，師生討論可以提出改進意見。學生的方案亮點一般出在轉換法比較電熱上，可以看哪個電阻先點燃火柴藥粉，也可以用電熱加熱空氣，比較空氣體積的膨脹，還可以電熱讓液體吸收，用液體溫度升高的度數來反映電熱的多少等。教師在點評時要客觀地指出方案的優劣和改進意見，并要求課后學生在開放實驗室實踐自己的方案并改進。

為了能較好地培養創新思維，實驗設計不做任何器材限制，具有充分的開放性，所以學生設計的實驗方案五花八門，不可能在課堂上逐一演示，所以教師也要準備自己的實驗設計進行演示實驗得出必要的結論，如果有小組方案和教師事先準備的方案基本吻合，那就按照該小組方案進行實驗。

4. 焦耳定律的應用教學策略探討。通過前面的實驗探究，可以順利得出焦耳定律，并給學生介紹焦耳的故事，來實現第三和第四個教學目標。焦耳定律的應用不僅僅限于利用公式計算，可以多聯系生活，能利用焦耳定律的知識理解電熱的利用和防止，比如如何防止電路起火，在家里做到科學用電。

5. 電功和電熱的區別與聯系教學策略探討。我們知道，電流做功的形式多樣，可以將電能轉化成各種其他能量，電流的熱效應是電流做功的一種表現，只有在純電阻電路中電功才等于電熱，為了能讓學生認識到這個問題，可以利用例題先用焦耳定律計算出電熱，再計算出電功進行比較，教師順勢提出問題，電流做的功和電熱都相等嗎？從而引導學生討論，得出結論。這樣比教師直接講授的效果顯然要好。

6. 新型電加熱設備原理教學探討。隨著人們生活水平的不斷提高，電磁爐和微波爐已經非常普及，這兩種加熱器比傳統的電加熱設備加熱效率高達10倍左右，如果不提這些新型加熱設備，顯然就會和生活脫節了。為了能密切聯系生活實際，充分體現“從生活走向物理，從物理走向社會”，教師有必要作適當的引導，顯然這節課無法對它們的原理展開探討。筆者的做法是給學生提出問題，課后通過互聯網資源了解，并在班級交流平臺推薦相關網址供學生參考。

教學進行到這里，也就到了小結布置作業的環節，緊張愉快的學習結束了。

新課程改革讓教師由課程的執行者變為課程的設計者、開發者，讓教師對學材再建構有了理論支撐。所謂“教無定法”，不但是指不同的教師對同樣的問題采用不同的教學策略，即使是同一個教師面對不同的學生群體也會采用不同的教學策略，所以我們面對不同的教學環境和學情的狀況，都能設計出合理的教學設計，這是一名優秀教師必須具備的專業能力，希望前面的探討能拋磚引玉，給各位同仁帶來一些啟發和思考。

參考文獻：

[1] 姜 麗，邢宏光.“焦耳定律”實驗設計與改進[J].湖南中學物理，2019（2）.

[2] 邢紅軍.初中物理高端備課[M].北京：中國科學技術出版社，2014.

（作者單位：甘肅省蘭州市第七十八中學 730020）