核心素養視閾下“電流做功”的創新教學設計

收稿日期：2023-08-01

作者簡介：王凱（１９８８－），男，中學二級教師，主要從事中學物理教學工作。

摘" "要：對“電流做功”一節進行教學創新設計，圍繞電功概念的建立和電功計算式的探究，探索包含了物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度與責任四個方面的物理學科核心素養在物理概念教學中的有效落地。

關鍵詞：電流做功；概念教學；核心素養

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）4-0039-5

隨著《義務教育物理課程標準（２０２２年版）》（以下簡稱“新課標”）發布，部分標準的要求出現了變化，如電流做功部分在內容標準要求上從“理解”調整為“了解”。

雖然要求降低，但該節內容在以素養為導向的新課程理念下，恰為學生核心素養的發展提供了良好契機。本研究嘗試在“電流做功”一節中，對素養導向下的概念教學進行探索。

１" " 教學目標——超越“了解”

新課標中“電流做功”為一級主題“能量”下二級主題“電磁能”中的內容，課標要求為“從能量轉化的角度認識電源和用電器的作用”“結合實例，了解電功和電功率”［１］。相較于２０１１版課程標準中的“理解”要求，新課標中降低了認知難度，僅要求“了解”電功，即通過貼近學生學習生活的實例，了解“電功”概念，而對電流做功大小的影響因素及計算并未要求。但若將“電流做功”一節置于發展學生核心素養這一總目標下來看，將“電功”局限于“了解”，雖然在客觀上降低了認知難度，但也錯失了發展學生核心素養的良好契機。“電流做功”一節中，在概念建構和計算式W=UIt的探究過程中，存在諸多極具素養發展價值的教學契機，應在不增加學生認知負擔的基礎上，整合學生既有認知，進行教學優化設計，以期促進學生物理學科核心素養的發展。針對該節內容，從素養發展的角度，設計表１所示的超越了“了解”層次的素養導向教學目標。

基于素養導向的教學目標，本研究分別從宏觀上概念的教學過程以及微觀上電功概念建立和電功計算式W=UIt的探究過程等關鍵教學環節進行創新教學設計。

２" " 教學設計——解決序列化任務

傳統的教學實踐中，教師在處理電功概念的建立和電功影響因素的探究及電功計算式W=UIt時缺乏有效方法，往往直接講授概念和電功計算式，最后輔以典型例題促進學生理解概念。這樣的教學指向知識的傳授，而非學生素養的發展。為達成素養導向的目標，應引導學生通過一系列問題的解決來建構概念和掌握規律。

２．１" " 宏觀教學流程設計

依據概念形成的一般心理過程（圖１），本研究將“電流做功”的教學流程劃分為“感知—觀念—概念”三個主要環節，從定性感知能量轉化向定量描述電功進階，逐步完成電功概念的建構，并進行電功大小的探究，借助實驗探究和基于模型的理論推導和論證，發展學生的能量觀念、科學思維和科學探究能力。

２．２" " 關鍵教學環節設計

２．２．１" " 建立電功概念——滲透能量觀

電功概念的內涵包含兩方面：其一是通過電流做功實現電能向其他形式能量轉化；其二是電流做了多少功就消耗多少電能。電功概念的建立需要學生通過一系列活動，逐步從定性感知轉變為理性建構，這一環節可以參考表２所示的序列化活動來展開。

２．２．２" nbsp; 探究電功的影響因素——化困境為契機

通過實驗探究“電功大小的影響因素”是很多電流做功教學案例中會涉及的教學活動，從以往的教學實踐來看，探究活動多局限于定性研究電流做功與電壓、電流、通電時間的關系，定量研究鮮有開展，總有意猶未盡之感。部分教師曾嘗試通過電流熱效應［２］、電機做功［３］、計量插座［４］等途徑來反映電流做功的多少，進而進行定量研究，但往往存在實驗設計干擾變量多、嚴謹性不足、數據難以滿足需求、結論經不起推敲以及成本較高難以復現等問題。深入分析電功計算式W=UIt，可知電流恒定時在電路中能形成穩恒電場，電功可視為電路中穩恒電場內電場力做功的結果［５］，但無法直接測量。而將電功轉化為其他形式的能量來加以定量研究時，存在能量耗散、干擾變量多等問題，在中學階段難以依托實驗驗證這一定量關系，初中階段的學生也尚不具備從電場力做功的角度展開理論研究的基礎。

面對這一教學中的切實困境，本環節讓學生自主設計探究方案并實踐，在實踐的基礎上反思實驗探究“不理想”的原因。一方面，發展學生的科學探究能力；另一方面，通過對實驗原理缺陷的反思進一步促進能量觀念的形成，化教學困境為發展學生核心素養的契機。這一環節可以依托表３中的序列化活動展開。

２．２．３" " 探究W=UIt——基于模型的科學推理

正是因為在學生既有的認知水平上通過實驗探究電功與電壓、電流、通電時間的定量關系有一定難度，教材中通常通過直接給定的方式呈現W=UIt，但直接呈現既顯得突兀，也錯失了發展學生科學思維的契機。本研究嘗試借助“微元”思想，開展電功大小的理論探究。“微元”即基本分析單元，本研究中以單個用電器為基本單元，建立基礎模型，借助串、并聯電路的特點來探究電功與電壓、電流、通電時間的關系，可以通過表４中的序列化活動來進行模型建構和推理。

３" " 結語：素養視閾下的因“材”施教

相較于以知識為核心的傳統教學，研究以素養為導向，對“電流做功”這一內容從目標設定到具體實施進行了探索。學生在大量實例的基礎上逐步建構出電流做功的概念，依托用電器實物形成了直觀的功能關系。在達成這一“了解”目標的基礎上，初步形成包含“電能”的能量觀；在電功大小及其影響因素探究這一環節，化困境為契機，通過實驗探究與理論探究兩個環節，有效達成知識目標和素養發展目標。前者旨在通過實驗設計及實踐發展學生的科學探究能力，并利用“能量觀”對實驗方案進行反思；后者依托用電器電流做功模型，通過科學推理與科學論證得出W=UIt。從效果來看，這一設計在實踐中雖然頗具挑戰性，但當教師一以貫之地圍繞素養目標來改進教學，有意識地在前期教學中滲透能量觀念和模型建構等科學思維，本課的實踐過程則會是順暢且有效的，尤其是初步形成“能量觀”的學生，在學習過程中對電路的物理本質的理解更深刻。縱觀本課的教學設計，在素養目標導向下，發展學生的物理觀念和科學思維，提升科學探究能力，并深入理解“實證”思想，是一次超越課標，更高、更深遠的教學嘗試，既是根據具體學情的靈活調整，也是對教學內容的一次因“材”施教。

參考文獻：

［１］中華人民共和國教育部．義務教育物理課程標準（２０２２年版）［Ｓ］．北京：北京師范大學出版社，２０２２．

［２］楊鵬，劉少國，黃海深．“探究電流做功的影響因素”實驗的改進［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２２，５１（２０）：６１－６３．

［３］溫劍飛．利用“計量插座轉換器”探究Ｗ＝ＵＩｔ［Ｊ］．中小學實驗與裝備，２０２３，３３（２）：４５－４６．

［４］張敏．自制“電流做功多少”演示儀［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２３，５２（２）：６５－６７．

［５］趙凱華，陳熙謀.新概念物理教程 電磁學（第２版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００６．

（欄目編輯" " 鄧" "磊）