“電能 電功”創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)

陳青 李建 李鴻

摘 要：本文通過體驗(yàn)活動(dòng)“騎車發(fā)電”引入，開展生活化的實(shí)驗(yàn)探究，歸納物理規(guī)律，幫助學(xué)生形成正確的物理觀念;在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題過程中提高學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力;將物理知識(shí)聯(lián)系生活、生產(chǎn)，強(qiáng)化科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng).

關(guān)鍵詞：電能;電功;創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）18-0052-04

基金項(xiàng)目：重慶市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“核心素養(yǎng)下初中物理生活化實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2020-08-506）;重慶市教育學(xué)會(huì)第九屆基礎(chǔ)教育課題“基于核心素養(yǎng)的初中物理個(gè)性化課程體系的建設(shè)與實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：XH2018B2286）.

作者簡介：陳青（1992-），女，貴州貴定人，本科，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué);

李建（1987-），男，安徽利導(dǎo)人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué);

李鴻（1971-），男，重慶涪陵人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué).

1 “標(biāo)”“本”分析

“標(biāo)”“本”分析是指對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)和物理課本的深入分析.《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對(duì)本節(jié)課的要求是“結(jié)合實(shí)例理解電功和電功率”.本節(jié)內(nèi)容選自人教版物理教材第十八章“電功率”第1節(jié)“電能 電功”.本節(jié)內(nèi)容有兩大特點(diǎn)：一是綜合性強(qiáng)，不僅要綜合運(yùn)用電流、電壓、電阻以及電路的基本知識(shí)，還要結(jié)合歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律進(jìn)行綜合分析;另一個(gè)特點(diǎn)是與生活實(shí)際聯(lián)系緊密，通過實(shí)際問題引入新課，并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題.本節(jié)所講的電能和電功，除了具有以上兩個(gè)特點(diǎn)之外，更是學(xué)習(xí)電功率、焦耳定律等內(nèi)容的基礎(chǔ)，具有承上啟下的重要作用.

2 學(xué)情分析

學(xué)生已具備一定的知識(shí)基礎(chǔ)，掌握一定的學(xué)習(xí)方法.學(xué)生的觀察、實(shí)驗(yàn)、思維、歸納、分析、推理等能力得到一定的發(fā)展，但大多數(shù)學(xué)生思維還是以形象思維為主，喜歡動(dòng)手體驗(yàn)，對(duì)直觀內(nèi)容比較感興趣，欠缺對(duì)問題的深入分析和思考，歸納總結(jié)能力較弱.鑒于此本節(jié)課契合學(xué)生的認(rèn)知水平和心理特點(diǎn)，注重課堂教學(xué)的生活化和學(xué)生的動(dòng)手體驗(yàn)，讓學(xué)生在體驗(yàn)、探究中建構(gòu)物理知識(shí)和物理規(guī)律.

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 物理觀念

知道電流做功的過程就是消耗電能的過程，了解不同用電器能量的轉(zhuǎn)化.知道電能表是測量電能的儀表，了解電能表的參數(shù).結(jié)合實(shí)例理解電功，知道電功的計(jì)算公式及單位.通過學(xué)習(xí)本節(jié)課電能和電功的知識(shí)，形成正確的能量觀，并能用所學(xué)知識(shí)描述、解釋自然現(xiàn)象和實(shí)際問題.

3.2 科學(xué)思維

從物理學(xué)的角度認(rèn)識(shí)電流所做的功與用電器消耗電能的關(guān)系，知道電功是消耗電能的量度，建立物理概念，結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“質(zhì)疑創(chuàng)新”和“科學(xué)論證”.初步形成將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生活的意識(shí)，學(xué)會(huì)從不同的角度思考問題，提升學(xué)生的科學(xué)思維.

3.3 科學(xué)探究

利用抽水裝置，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)影響電功因素，提高動(dòng)手和探究能力.通過閱讀課本，提高學(xué)生的自學(xué)能力及閱讀、看圖、語言表達(dá)的能力.通過對(duì)“1度電在生產(chǎn)、生活中用途”的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)節(jié)能意識(shí).通過使用電能表測量用電器消耗電能的過程，能準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和探究過程.

3.4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

增強(qiáng)學(xué)習(xí)物理的興趣，有對(duì)科學(xué)的求知欲，尊重自然規(guī)律，善于觀察生活中的科學(xué)現(xiàn)象，敢于提出問題、解決問題、歸納方法.養(yǎng)成規(guī)范的思維習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，提升總結(jié)成功、分析失敗原因的能力;體驗(yàn)戰(zhàn)勝困難、解決物理問題時(shí)的喜悅.形成敢于質(zhì)疑敢于發(fā)表自己意見的品質(zhì);能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)生活中;成為愿意投入科學(xué)事業(yè)，敢于創(chuàng)新和實(shí)踐，熱愛祖國，有振興中華使命感的創(chuàng)新型接班人.

4 教學(xué)重、難點(diǎn)

重點(diǎn)：電能和電能的計(jì)量.

難點(diǎn)：對(duì)電功的理解及計(jì)算電路中電流做的功.

5 教學(xué)流程

整個(gè)教學(xué)過程如圖1所示，教學(xué)與生活緊密結(jié)合，通過騎車發(fā)電激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拋出問題激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的欲望.學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)貫穿整個(gè)課堂.教師通過啟發(fā)提問、思考討論、實(shí)驗(yàn)探究、歸納總結(jié)的教學(xué)方式，讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、歸納總結(jié)的過程，分步遞進(jìn)了解電能、電功的概念.通過課堂體驗(yàn)，認(rèn)識(shí)電能表的發(fā)展史.通過了解生活中1度電的作用，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約用電的意識(shí).通過復(fù)習(xí)小結(jié)，幫助學(xué)生構(gòu)建本節(jié)課知識(shí)和規(guī)律的體系.

6 教學(xué)過程

6.1 模擬生活情景，提出問題引入新課

演示實(shí)驗(yàn)1：重現(xiàn)動(dòng)感單車發(fā)電，點(diǎn)亮智慧之燈.

模擬生活中動(dòng)感單車發(fā)電的場景（如圖2所示），讓學(xué)生在騎車的過程中挑戰(zhàn)點(diǎn)亮LED燈.讓學(xué)生在體驗(yàn)、挑戰(zhàn)中思考電能的來去過程，提出問題，引出新課.

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在體驗(yàn)和挑戰(zhàn)中感知物理的神奇與魅力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和求知欲，體會(huì)物理來源于生活，又應(yīng)用于生活.

6.2 層層深入，新課教學(xué)

6.2.1 電能

學(xué)生活動(dòng)1：讓玩具動(dòng)起來.

如圖3所示為這一環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)，以小組為單位，每個(gè)同學(xué)拿到一個(gè)玩具（如圖4所示），想辦法讓玩具工作，思考玩具工作過程中的能量轉(zhuǎn)化.

小組交流討論，展示并匯報(bào)各個(gè)用電器在工作過程中電能的轉(zhuǎn)化.

通過學(xué)生展示和交流，分析歸納得到電能是從其他形式能轉(zhuǎn)化而來，最終又應(yīng)用到各種用電器上轉(zhuǎn)化為其他形式的能.

進(jìn)一步提問：家里哪些用電器會(huì)消耗電能，這些電能從何而來？引導(dǎo)學(xué)生思考家用電器消耗電能的來源，即從各個(gè)發(fā)電廠輸送而來.

學(xué)以致用：解釋引入實(shí)驗(yàn)騎車發(fā)電過程中的能量轉(zhuǎn)換.

引導(dǎo)學(xué)生用剛剛所學(xué)電能轉(zhuǎn)化知識(shí)分析“騎車發(fā)電”中的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，并思考能量是如何轉(zhuǎn)化.同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比分析，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程和電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，進(jìn)而引出電功的概念.

設(shè)計(jì)意圖：一是為了引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析解決問題;二是呼應(yīng)新課引入，揭秘引入時(shí)的問題;三是在分析問題過程中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，通過類比機(jī)械功引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)電功的概念，起到銜接過渡的作用.

6.2.2 電功

“電功”部分的教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖5所示.教師首先通過講授法，讓學(xué)生知道電功的定義、物理符號(hào)及國際單位.知道電功是消耗電能的量度.

演示實(shí)驗(yàn)2：利用抽水機(jī)抽水.

教師介紹抽水裝置并演示（如圖6所示），讓學(xué)生通過觀察，認(rèn)識(shí)到抽水量的多少可以反映電功的多少.并提出問題“電功的大小與哪些因素有關(guān)？”

學(xué)生活動(dòng)2：小組合作，利用抽水裝置抽水，探究影響電功大小的因素.

小組分工合作：將滑動(dòng)變阻器分別置于最大阻值處和某一位置處，完成兩次抽水，時(shí)間為20s，記錄電壓表、電流表的示數(shù)，以及抽水的水量.

交流討論：結(jié)合表1中數(shù)據(jù)，小組交流討論：在兩次抽水過程中，時(shí)間相同，抽水量如何變化？對(duì)應(yīng)的電壓表、電流表示數(shù)如何變化？這說明電功大小與什么因素有關(guān)？

分析歸納：電功大小與電壓、電流、時(shí)間有關(guān).

進(jìn)一步思考：電功大小與電壓、電流、時(shí)間存在什么定量關(guān)系呢？采用什么樣的實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證它們之間的關(guān)系？

進(jìn)一步引導(dǎo)，設(shè)計(jì)探究方案：

采用控制變量法探究W與U、I、t的關(guān)系.

演示實(shí)驗(yàn)3：探究W與U的關(guān)系.

利用如圖7所示實(shí)驗(yàn)裝置，探究W與U的關(guān)系.將兩個(gè)規(guī)格不同的燈泡串聯(lián)，用數(shù)字交流電壓表測出電壓，用燈泡在相同時(shí)間內(nèi)的亮暗程度反映電流做功的多少，從而對(duì)比分析電功和電壓之間的關(guān)系.教師首先介紹串聯(lián)實(shí)驗(yàn)裝置，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：通過燈泡的亮度反映電功的多少.引導(dǎo)學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)比分析，得出結(jié)論.

現(xiàn)象：閉合開關(guān)，兩燈發(fā)光程度不一樣，兩燈的電壓不一樣.

結(jié)論：當(dāng)電流和時(shí)間一定時(shí)，燈泡兩端的電壓越大，消耗的電能就越多，電功越大.

演示實(shí)驗(yàn)4：探究W與I的關(guān)系.

對(duì)于W與I的關(guān)系可用圖8所示演示教具探究.教師介紹并聯(lián)實(shí)驗(yàn)裝置后引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，分析得出結(jié)論.

現(xiàn)象：閉合開關(guān)，兩燈發(fā)光程度不一樣，通過兩燈的電流不一樣.

結(jié)論：當(dāng)電壓和時(shí)間一定時(shí)，電流越大，消耗的電能就越多，電功越大.

教師引導(dǎo)學(xué)生綜合分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出W與U、I、t之間的關(guān)系，結(jié)合物理學(xué)家的多年探索、研究，得出電功的計(jì)算公式：W=UIt.

學(xué)以致用：

一個(gè)節(jié)能燈的兩端加220V電壓時(shí)，通過的電流是0.5A，在這種情況下通電100s時(shí)，消耗的電能是多少焦？

學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合學(xué)案，動(dòng)手計(jì)算節(jié)能燈消耗的電能.

設(shè)計(jì)意圖：電功是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生在參與抽水的過程中，體驗(yàn)走向探究，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，增強(qiáng)解釋、交流、分析能力，促進(jìn)科學(xué)探究能力的發(fā)展.

6.2.3 電能的計(jì)算

“電能的計(jì)量”教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖9所示.首先引導(dǎo)學(xué)生會(huì)讀電能表，并能計(jì)算電能表在一個(gè)月內(nèi)消耗的電能.

演示實(shí)驗(yàn)5：利用電能表測量用電器消耗的電能.

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：用電能表測量吹風(fēng)機(jī)10s消耗的電能，發(fā)現(xiàn)示數(shù)無變化.

追問思考：如何計(jì)算短時(shí)間內(nèi)消耗的電能？

學(xué)生活動(dòng)3：學(xué)生自主學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)電能表的參數(shù).

學(xué)生通過閱讀教材，教師播放電能表表盤轉(zhuǎn)動(dòng)的視頻幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)“600 revs/（kW · h）”的含義.

學(xué)生活動(dòng)4：利用電能表、秒表測量電吹風(fēng)或燒水壺在20s內(nèi)消耗的電能.

要求：小組分工合作，用電子式電能表測量吹風(fēng)機(jī)或熱水壺工作20s消耗的電能.

并將數(shù)據(jù)記錄到下列的表2中.

觀看視頻了解1度電在生活中的作用，并從節(jié)能環(huán)保的角度思考如何節(jié)約用電.

介紹為了強(qiáng)化居民的節(jié)能意識(shí)，設(shè)定階梯電價(jià)收費(fèi)和峰平谷收費(fèi)的原因.

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生親身體驗(yàn)測量用電器消耗電能的過程，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.讓學(xué)生通過視頻了解一度電的作用，并從中思考生活中可以從哪些方面節(jié)約用電，培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識(shí)，培育學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀.

6.3 課堂小結(jié)，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)

教師采用提問方式小結(jié)，并針對(duì)學(xué)生回答進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，師生共同建構(gòu)本節(jié)課知識(shí)網(wǎng)絡(luò)（如圖13所示）.加深學(xué)生對(duì)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容的記憶和印象，在課堂結(jié)束時(shí)用一首打油詩進(jìn)行課堂的提煉和升華.

電功電能電功實(shí)現(xiàn)能轉(zhuǎn)換，

電表計(jì)量定規(guī)范.

電能應(yīng)用生活中，

節(jié)約能源記心間.

設(shè)計(jì)意圖：通過課堂小結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生自我歸納整理，提煉網(wǎng)絡(luò)，一方面加深記憶，促進(jìn)理解;另一方面提煉升華，培育科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

7 教學(xué)反思

本節(jié)課“電能 電功”整個(gè)課堂設(shè)計(jì)貼近生活，以發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—實(shí)驗(yàn)探究—?dú)w納總結(jié)為主線引導(dǎo)學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)新知.學(xué)生通過學(xué)習(xí)本節(jié)課不僅了解到電能、電功的知識(shí)，形成正確的物理觀念，也能夠養(yǎng)成在生活中發(fā)現(xiàn)問題、探究解決問題的習(xí)慣，發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，運(yùn)用生活化素材，拉近物理與生活的距離，促進(jìn)學(xué)生樹立正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.

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（收稿日期：2021-04-21）