基于深度學習的初中物理教學設計與實踐

林軍

摘要：物理學科核心素養的培養是初中物理深度學習的核心目標，也是學生發展物理核心素養的重要路徑。本文以《科學探究：電流的熱效應》為例，在深度學習理念指導下，注重真實問題情境創設，設置有挑戰性和適切性的探究問題，驅動學生參與學習的過程，發展學生的物理學科核心素養。

關鍵詞：初中物理? 深度學習? 核心素養

深度學習是在教師精心設計與適度引領下，學生圍繞著具有挑戰性的物理學習主題，全身心參與以生活實際情境和物理實驗為主的多種探究活動及情境互動，從形成物理觀念的視角開始，通過運用模型建構與推理論證等科學思維方式，解決真實問題，從中獲得成功的體驗感，掌握物理學科核心知識，理解物理學習的過程，領悟物理學科的本質及思想方法的一種學習方式。學習方式的改變，科學探究及情境互動，促使學生形成物理觀念、領悟科學思維，形成積極的內在學習動機、高級的社會性情感、正確的價值觀，同時培養科學探究、創新意識和實踐能力，促進物理學科核心素養的全面發展。

一、初中物理深度學習的教學路徑

課堂是學生在深度學習中發展物理核心素養的主陣地，其教學設計簡要流程如圖1所示。深度學習的教學設計應符合教學的內在邏輯和學生的認知規律及心理特點，將“知識轉化為問題”，“問題轉化為情境”，“情境要貼近生活”，具體的教學思路是：情境創設—問題探究—得出結論—遷移應用—實踐創新。這種教學路徑凸顯情境教學、問題驅動、實驗探究、遷移應用和實踐創新，注重“以生為本”的真實性學習，讓學生積極主動參與，促進實現深度學習，發展學科核心素養。

二、深度學習的教學設計

以《科學探究：電流的熱效應》為例。

（一）學習目標

1.了解電流有熱效應的現象及其應用與危害。

2.經歷實驗探究過程，體會控制變量法與轉換法在實驗中的應用。

3.經歷實驗過程，學會分析實驗數據歸納得出實驗結論。

4.培養應用焦耳定律分析和解決實際問題的能力。

（二）學習重點和難點

重點：①經歷實驗探究電流通過導體所產生的熱量與哪些因素有關。

②理解焦耳定律并會簡單的應用。

難點：設計電流通過導體所產生的熱量與哪些因素有關的實驗電路。

（三）教具與學具

希沃白板課件、自制的電流熱效應探究儀、電熱取暖器等。

（四）教法與學法

實驗探究法、啟發式、討論法、歸納法、推理法等。

（五）教學過程

創設情境，導入新課：2022年在北京舉行第24屆冬奧會，這件事讓我們每一位中國人感到自豪。同學們還記得2008年北京夏季奧運會的開幕式嗎？我們一起重溫一下那振奮人心的時刻（播放視頻）。

設疑：在視頻中，火炬是用什么點燃的？

銜接：不用火種能把火炬點燃嗎？接下來見證奇跡的時刻（教師閉合開關給電路通電一段時間，電阻絲上的火柴被點燃了）。同學們這是為什么呢？帶著這樣的疑惑我們一起來學習《科學探究：電流的熱效應》。

教師追問：什么是電流的熱效應？電流的熱效應與哪些因素有關？

設計意圖：深度學習的學習情境關鍵在于它的真實性，情境的真實性可以培養學生發現和提出問題的能力，讓學生在觀察和體驗后有所發現有所聯想，萌發出科學問題。本課例以2008年北京奧運會開幕式點燃奧運主火炬的情境引入，就是一個貼近學生認知感受、有內在邏輯聯系的真實情境，能充分激發學生的學習積極性和求知欲。

新課教學：

設疑：觀察幾種日常生活中的家用電器，思考當電流通過導體時在能量轉化中有什么共同的特點。（學生回答）

師：其實在物理學中，把這個現象稱為電流的熱效應。

板書：電流通過導體時電能轉化為內能的現象叫作電流的熱效應。

追問：電流的熱效應的實質是什么？（學生回答并舉例）

師生共同演示實驗：教師出示自制的教具（電路如圖2所示），鎳鉻合金線R1=R3=2 Ω、銅導線R2=0.2 Ω和定值電阻R=20 Ω，請三位同學各拿一根火柴放在電阻絲上，過一段時間，請仔細觀察將發生什么現象（閉合開關S）。

追問：觀察剛才看到的實驗現象，請分析在通電時間相同的情況下電流產生的熱量一樣多嗎？（學生回答，不一樣多）

追問：那誰產生的熱量最多？（學生回答：R1）

追問：什么現象讓你想到電流通過R1產生的熱量最多？（學生回答：R1上面火柴最先點燃）

銜接：通過點燃火柴時間的不同來比較電流產生熱量的多少，對比R1、R2，什么原因導致電流產生的熱量不同？（學生回答：電阻）

追問：談談你的依據。（學生回答：R1、R2串聯，電流相等）

追問：對比R1、R3，什么原因導致電流產生的熱量不同？（學生思考后回答：電流）

追問：請說說你的理由。（學生發言）

追問：請結合生活經驗，再想一想還有什么因素影響電流產生熱量的多少？（學生回答：通電時間）

設計意圖：深度學習的學習情境不僅在于其真實性，還在于生活化。本課例中通電的電阻絲點燃火柴這一情境主題貫穿教學始終，透過實驗現象看本質，層層遞進，真正體現了真實情境的結構化設計。

接下來，進一步追問：通過我們剛才的實驗演示和思考交流，你猜想電流產生的熱量與哪些因素有關？（讓學生大膽地猜想，教師給予評價）

銜接：這只是我們的猜想，那電流產生的熱量與電流大小、電阻值大小、通電時間這三個因素是否有關呢？電流產生的熱量與這三個因素到底有怎樣的關系？我們還要通過實驗來進一步探究。

介紹：用圖3所示的實驗裝置來研究電流產生的熱量與哪些因素有關，研究對象是貯存器里面的電阻，電阻通電給貯存器里的空氣加熱，空氣受熱會膨脹，觀察U型管兩側的液面會有什么變化。A966CE03-6294-4C5C-AEEA-9D9B1243428D

設疑：①本實驗中，通過什么方法來比較電阻絲產生熱量的多少？這種研究方法叫什么？

②除此之外，本實驗中還運用了什么實驗探究方法？（學生交流討論后回答）

追問：高度差越大，說明產生的熱量有什么不同？（學生回答：說明產生的熱量越多）

學生分組實驗探究：

實驗1：探究電熱Q與電阻R的關系。

要控制??? 、??? 不變，改變??? 大小。

根據桌上的實驗裝置，如何使兩邊盒子里接入電路的電流與通電時間相同而電阻不同，請設計出電路圖，并畫在導學案上。

實驗2：探究電熱Q與電流I的關系。

要控制??? 、??? 不變，改變??? 的大小。

根據桌上的實驗裝置，如何使兩邊盒子里接入電路的電阻與通電時間相同而電流不同，請設計出電路圖，并畫在導學案上。

讓學生設計電路，教師巡視并做個別化指導，并及時給予積極性評價和鼓勵。

設計意圖：深度學習關鍵在于活動與體驗，讓學生真正經歷實驗探究的過程。探究首先要體現出活動的挑戰性，初中生好奇心和求知欲強，沒有思維含量的活動是機械、低效且索然無味的，根本無法引起學生的興趣，所以挑戰性是活動有效開展的前提。來源于課本又高于課本的電阻絲給空氣加熱的情境，讓學生自行設計電流產生的熱量與哪些因素有關的電路圖是個混聯電路，對于剛接觸電學的學生具有挑戰性和適切性，讓學生不但能夠深度參與，而且能獲得深刻體驗。

教師：請同學們以小組為單位，分組實驗合作交流，利用桌上的器材，根據電路圖連接實物圖并完成實驗，并將觀察到的實驗現象記錄在導學案上（如表1和表2）。

學生進行分組實驗，教師巡視并做個別化指導（體現生生合作和師生合作）。

教師利用希沃授課助手的實時同屏功能，將學生的實驗探究現象同屏到大屏幕上展示，然后請小組根據實驗現象和收集的實驗數據分析歸納，得出實驗結論并匯報。

學生分組匯報實驗現象：

實驗現象1：當電流和通電時間相同時，貯存器在電阻大的U型管液面的高度升得更快，高度差越大。

實驗現象2：當電阻和通電時間相同時，貯存器在電流大的U型管液面的高度升得更快，高度差越大。

實驗現象3：當電流和電阻相同時，通電時間越長，U型管液面的高度越大。

學生匯報實驗的結論：

①當電流和通電時間相同時，電阻越大，電流產生的熱量越多;

②當電阻和通電時間相同時，電流越大，電流產生的熱量越多;

③當電阻和電流相同時，通電時間越長，電流產生的熱量越多。

設計意圖：以探究性實驗為載體的科學實踐活動是深度學習的一個重要環節，重在讓學生經歷科學探究的過程，自主構建結論，同時也是物理學科核心素養的構成要素之一。本課例通過學生自行設計實驗電路與親自實驗操作就是一個很好的范例，學生在實驗中注重控制變量，在定性實驗中注重數據對比，通過對實驗證據的收集與推理，自主分析歸納得出電流產生的熱量與電流、電阻和通電時間都有關。本節教學設計中重視對問題的設計，針對教學中的重難點設計相應的問題，重視了問題設計的深度，這樣有利于學生物理觀念的發展、物理思維能力和科學探究能力的提升，同時注重合作探究，有利于培養學生的學科核心素養。

板書焦耳定律及其計算公式：Q=I2Rt。

追問：公式中的物理量單位分別是什么？（學生回答：Q的單位是J，I的單位是A，R的單位Ω，t的單位是s）

應用舉例：

例1 一根60 Ω的電阻絲接在36 V的電源上，在5分鐘內共產生多少熱量？

例2 電飯鍋工作時有兩種狀態：一是加熱狀態，一是保溫狀態。圖7為電飯鍋的電路圖，其中R1、R2為電熱絲，S為溫控開關，A、B兩點接在家庭電路上。當S閉合時，電飯鍋處于加熱狀態，加熱功率為1000 W;當S斷開時，電飯鍋處于保溫狀態，保溫功率為100 W。

求：

（1）電飯鍋加熱30 s，電熱絲產生的總熱量是多少？

（2）電熱絲R1、R2的阻值之比是多少？

（3）電飯鍋保溫30 min，電熱絲產生的R2產生的熱量是多少？

設疑：電流產生的熱量給人類帶來了很多好處，那電流產生的熱量都是有益的嗎？

學生回答：不是，譬如導線通電會發熱，如本節課一開始的演示實驗，電阻絲通電一段時間產生的熱量可以點燃火柴。還有電腦、電動機等家用電器通電工作時也會發熱，甚至會引起火災，這樣就給人類帶來了危害。

（六）課堂小結（略）

三、結語

在本節課中，我首先用真實的情境啟發引導學生去發現問題，讓學生在初步感知的基礎上對教材中的有關問題提出自己的看法，開始小組討論;通過生生間討論、交流、互動與對話，互相啟發、互相補充、互相修正，深入探討，提高創新思維能力。其次，通過自行設計和分組探究得出物理概念與規律，落實本課的重點和難點。最后，我讓學生之間圍繞學習內容進行互檢互測，測試學生新課學習后教學目標的達成率，檢驗學生運用知識、解決問題的能力。為體現科學知識的實用性與趣味性，練習題結合生活實際，難度逐步遞進，這樣的達標檢測不僅能客觀評價學生的學習狀況，更可以激發學生進一步努力學習的勇氣，同時也讓學生體驗到成功的喜悅。

另外，在傳統的課堂教學中，教師對學生的評價很單調，而在深度學習中，評價的內容和形式要多樣：首先，體現評價的一致性，要與深度學習目標相契合，落實物理學科的核心素養。在師生和生生互動中，及時的點評與反饋尤為重要，它是課堂生成的催化劑。其次，體現評價的激勵性，教師要善于發現學生的“閃光點”，從“閃光點”入手，激發學生的進取心，從而使每個學生都能品嘗成功。

參考文獻：

[1]李春密.深度學習：走向核心素養（學科教學指南·初中物理）[M].北京：教育科學出版社，2020.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

責任編輯：黃大燦A966CE03-6294-4C5C-AEEA-9D9B1243428D