基于核心素養的物理結構化課堂建構——以“電功率”教學為例

(江蘇省南菁高級中學實驗學校教育集團暨陽校區,江蘇 無錫 214400)

物理學科核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展的必備品格和關鍵能力,是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質。

如何高效開展初中物理教學,行之有效地促進學生核心素養的提升？建構教、學、評一體的結構化課堂是行之有效的策略。“電功率”是初中物理的一個重要概念,是初中物理教學的重點和難點，是學生理解和掌握整個電功和電熱知識體系的基礎。本文以“電功率”教學為例,探討建構結構化課堂、發展學生物理學科核心素養的途徑。

1 實驗體驗,樹立正確的物理觀念

1.1 觀察實驗,引入概念

師：用電能表可以測量電路消耗的電能(電流所做的功)，家用電器的普及給我們的生活帶來了舒適和便捷,那么不同的用電器在工作時,電流在相同時間里所做的功是否相等？我們用電能表來解決這個問題。

電子式電能表上標有3200imp/(kW·h),表示電路中每消耗1kW·h的電能,電能表的指示燈閃爍3200次。

觀察實驗：教師將一個電熱水壺(里面裝少量水)和一盞臺燈分別接入家用電路,學生分別統計在半分鐘內電能表指示燈的閃爍次數,把實驗數據記錄在表1中。

表1

師：通過表格中的數據,你能得到什么信息？

生：在相同的時間內,電熱水壺比臺燈消耗的電能多,電流做功也更多。這說明電流通過用電器時,電流做功是有快有慢的。

師：對,在力學中我們用功率描述力做功的快慢。同樣,在電學中可以引入電功率描述電流做功的快慢。

1.2 推導公式,深化概念

教師指出：電功率的國際單位是瓦特(W),簡稱瓦。當用電器兩端的電壓為1V,通過用電器的電流是1A時,則該用電器消耗的電功率為1W。電功率的單位還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等，這些單位的換算關系是：1kW=103W,1W=103mW。

評析：學生認真觀察實驗,領悟到：與機械做功相似,電流做功也有快慢之分,自然得出電功率的概念。引導學生回憶機械功率的學習內容,將知識和方法進行遷移,自然得出電功率的定義式。教師在引導學生復習電功率公式的基礎上,充分調動學生原有的認知,激發學生的思維,推導出計算電功率的公式P=UI,學生不但對前后所學知識產生聯系,而且數理推導能力得到提升。整個教學過程環環相扣,水到渠成,幫助學生建構了以下物理觀念：電流做功是有快慢之分的,電功率是描述這種快慢的物理量,其大小等于電壓與電流的乘積。

2 合作實驗,培養學生的科學探究能力

2.1 解讀銘牌,提出問題

教師引導學生觀察剛才實驗中所用電熱水壺的銘牌(圖1),解讀銘牌中相關技術參數的含義。

圖1

學生閱讀課本中“一些常見用電器的額定功率”,認識到：不同類型的用電器的額定功率一般不相同；同類用電器由于型號、規格不同,它們的額定功率一般也不相同。

教師引導學生思考：用電器在額定電壓下工作時的功率等于額定功率,如果加在用電器上的實際電壓不等于額定電壓,那么該用電器的實際功率會怎么樣？

學生進行猜想后,教師適時引導學生提出實驗課題：探究不同電壓下小燈泡的功率。

評析：《義務教育物理課程標準(2011年版)》指出：科學探究是學生參與式的學習活動。要鼓勵學生積極動手、動腦,通過自主的探究活動學習物理概念和規律,體驗學科學的樂趣。通過探究活動,不僅能激發學生的求知欲,還可使學生的觀察能力、思維能力和探究能力得到發展。教師從學生熟悉的電熱水壺入手,讓學生觀察其銘牌,拉近了物理與生活、社會的距離,加深了學生對額定電壓、額定功率的理解。再引導學生思考用電器的電功率與電壓的關系,為本堂課的實驗探究做準備。

2.2 啟迪思維,制定計劃

教師啟發學生根據實驗目的確定實驗原理,引導學生設計實驗，思考以下問題：本實驗需要測量哪些物理量？如何改變小燈泡兩端的電壓？如何設計電路？需要哪些實驗器材？

評析：讓學生知道為得到多組數據，改變電源電壓不方便。而利用滑動變阻器能夠連續改變小燈泡兩端的電壓,可通過實驗獲得多組數據,為分析小燈泡在不同電壓下的電功率特點做好鋪墊。

2.3 進行實驗,展示成果

學生設計電路(圖2),設計記錄實驗數據的表格(表2)，實驗中所用小燈泡規格為“2.5V 0.3A”。

圖2

表2

學生分小組進行實驗,教師巡回指導。實驗結束后,各小組派代表匯報實驗數據。教師引導學生分析表中數據,理解用電器的額定功率與實際功率的區別：(1)當小燈泡的U實U額時,P實>P額,小燈泡較亮；(3)當小燈泡的U實=U額時,P實=P額,小燈泡正常發光

教師進一步引導學生得出結論：小燈泡的實際功率不同,其亮度不同,小燈泡的亮度由實際功率決定。

教師強調：加在用電器兩端的電壓一般不能超過其額定電壓,否則會造成其實際功率超過額定功率,導致用電器被燒壞。

3 即時評價,發展學生的反思能力

學生交流探究方案和結果,對探究中出現的問題進行反思和研討,包括實驗誤差分析、實驗成敗原因的分析等,提出改進措施,使探究結果更加可靠。

根據反思和研討情況,對探究活動從以下方面進行評價：你是否參與了探究過程？在探究過程中,合作與交流方面表現如何？對探究方法是否有改進？是否有新的發現？評價分為三步：學生先完成自評,再接受組內同學評價,在此基礎上教師最后給出綜合評價意見。評價結果記錄在探究活動評價表中,這項活動可以放在課后完成。

評析：通過交流、評價環節,培養學生主動反思的好習慣,提高學生發現問題和合作學習的能力,使學生養成嚴謹的科學態度，培養其反思和創新能力。

4 聯系生活,養成科學的態度和責任感

4.1 拓展視野,激發興趣

師：今天我們用電流表和電壓表間接測量了小燈泡的功率,如果生活中沒有這兩種電表,該如何測量用電器的電功率？

圖3

師：隨著科學技術的發展,我們還有其他方法測量用電器的電功率,例如功率測量儀(圖3)。

教師簡單介紹功率測量儀的使用方法,并現場請學生測量用電器的功率。

4.2 學以致用,強化責任感

師：現代生活中大量使用了LED燈,它具有長壽、節能和環保等優點。在選購LED燈時,通常會考慮與白熾燈的對比參數(圖4)。

圖4

某LED燈的額定電壓為220V,額定功率為11W,它的額定電流是多少？這個LED燈與額定功率為80W的普通白熾燈的亮度相當，在達到相同亮度的條件下,若用這個LED燈替代普通白熾燈,節能效果如何？

師：隨著科技的發展,LED新的應用會為我們的生活帶來變化，如用特殊波長的紫外LED燈可以除蟲。

評析：“科學態度與責任”主要包括科學本質、科學態度、社會責任等要素，教師通過圖片展示現代生活中大量使用的LED燈,讓學生通過計算加深對LED燈優點的認識。教師通過介紹科技發展前沿及其應用實例,有效激發了學生對科學探索的熱情,使學生進一步認識到科學技術對改變人類生活方式有著重要意義,從而幫助學生樹立節能、環保的責任感。

5 結語

建構教、學、評一體的結構化課堂是提高物理教學質量的有效途徑,可以提升學生的實踐能力和創新能力。教師應認真學習和領會課標精神,關注學生的全面發展,為學生構建一個自主、合作、探究、交流的學習平臺,用結構化的課堂幫助學生建構物理知識體系,達成物理學科核心素養的培養目標。