核心素養(yǎng)視閾下“電流做功”的創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計

收稿日期：2023-08-01

作者簡介：王凱（１９８８－），男，中學(xué)二級教師，主要從事中學(xué)物理教學(xué)工作。

摘" "要：對“電流做功”一節(jié)進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新設(shè)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(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面的物理學(xué)科核心素養(yǎng)在物理概念教學(xué)中的有效落地。

關(guān)鍵詞：電流做功；概念教學(xué)；核心素養(yǎng)

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

隨著《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０２２年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）發(fā)布，部分標(biāo)準(zhǔn)的要求出現(xiàn)了變化，如電流做功部分在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)要求上從“理解”調(diào)整為“了解”。

雖然要求降低，但該節(jié)內(nèi)容在以素養(yǎng)為導(dǎo)向的新課程理念下，恰為學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展提供了良好契機。本研究嘗試在“電流做功”一節(jié)中，對素養(yǎng)導(dǎo)向下的概念教學(xué)進(jìn)行探索。

１" " 教學(xué)目標(biāo)——超越“了解”

新課標(biāo)中“電流做功”為一級主題“能量”下二級主題“電磁能”中的內(nèi)容，課標(biāo)要求為“從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識電源和用電器的作用”“結(jié)合實例，了解電功和電功率”［１］。相較于２０１１版課程標(biāo)準(zhǔn)中的“理解”要求，新課標(biāo)中降低了認(rèn)知難度，僅要求“了解”電功，即通過貼近學(xué)生學(xué)習(xí)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(jié)置于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)這一總目標(biāo)下來看，將“電功”局限于“了解”，雖然在客觀上降低了認(rèn)知難度，但也錯失了發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的良好契機。“電流做功”一節(jié)中，在概念建構(gòu)和計算式W=UIt的探究過程中，存在諸多極具素養(yǎng)發(fā)展價值的教學(xué)契機，應(yīng)在不增加學(xué)生認(rèn)知負(fù)擔(dān)的基礎(chǔ)上，整合學(xué)生既有認(rèn)知，進(jìn)行教學(xué)優(yōu)化設(shè)計，以期促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。針對該節(jié)內(nèi)容，從素養(yǎng)發(fā)展的角度，設(shè)計表１所示的超越了“了解”層次的素養(yǎng)導(dǎo)向教學(xué)目標(biāo)。

基于素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)，本研究分別從宏觀上概念的教學(xué)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(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計。

２" " 教學(xué)設(shè)計——解決序列化任務(wù)

傳統(tǒng)的教學(xué)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(jìn)學(xué)生理解概念。這樣的教學(xué)指向知識的傳授，而非學(xué)生素養(yǎng)的發(fā)展。為達(dá)成素養(yǎng)導(dǎo)向的目標(biāo)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過一系列問題的解決來建構(gòu)概念和掌握規(guī)律。

２．１" " 宏觀教學(xué)流程設(shè)計

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

２．２" " 關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

２．２．１" " 建立電功概念——滲透能量觀

電功概念的內(nèi)涵包含兩方面：其一是通過電流做功實現(xiàn)電能向其他形式能量轉(zhuǎn)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(xué)生通過一系列活動，逐步從定性感知轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇越?gòu)，這一環(huán)節(jié)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(xué)案例中會涉及的教學(xué)活動，從以往的教學(xué)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(guān)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(yīng)［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(jìn)而進(jìn)行定量研究，但往往存在實驗設(shè)計干擾變量多、嚴(yán)謹(jǐn)性不足、數(shù)據(jù)難以滿足需求、結(jié)論經(jīng)不起推敲以及成本較高難以復(fù)現(xiàn)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(wěn)恒電場，電功可視為電路中穩(wěn)恒電場內(nèi)電場力做功的結(jié)果［５］，但無法直接測量。而將電功轉(zhuǎn)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(xué)階段難以依托實驗驗證這一定量關(guān)系，初中階段的學(xué)生也尚不具備從電場力做功的角度展開理論研究的基礎(chǔ)。

面對這一教學(xué)中的切實困境，本環(huán)節(jié)讓學(xué)生自主設(shè)計探究方案并實踐，在實踐的基礎(chǔ)上反思實驗探究“不理想”的原因。一方面，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力；另一方面，通過對實驗原理缺陷的反思進(jìn)一步促進(jìn)能量觀念的形成，化教學(xué)困境為發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的契機。這一環(huán)節(jié)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(xué)推理

正是因為在學(xué)生既有的認(rèn)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(guān)系有一定難度，教材中通常通過直接給定的方式呈現(xiàn)W=UIt，但直接呈現(xiàn)既顯得突兀，也錯失了發(fā)展學(xué)生科學(xué)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(chǔ)模型，借助串、并聯(lián)電路的特點來探究電功與電壓、電流、通電時間的關(guān)系，可以通過表４中的序列化活動來進(jìn)行模型建構(gòu)和推理。

３" " 結(jié)語：素養(yǎng)視閾下的因“材”施教

相較于以知識為核心的傳統(tǒng)教學(xué)，研究以素養(yǎng)為導(dǎo)向，對“電流做功”這一內(nèi)容從目標(biāo)設(shè)定到具體實施進(jìn)行了探索。學(xué)生在大量實例的基礎(chǔ)上逐步建構(gòu)出電流做功的概念，依托用電器實物形成了直觀的功能關(guān)系。在達(dá)成這一“了解”目標(biāo)的基礎(chǔ)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(huán)節(jié)，化困境為契機，通過實驗探究與理論探究兩個環(huán)節(jié)，有效達(dá)成知識目標(biāo)和素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)。前者旨在通過實驗設(shè)計及實踐發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，并利用“能量觀”對實驗方案進(jìn)行反思；后者依托用電器電流做功模型，通過科學(xué)推理與科學(xué)論證得出W=UIt。從效果來看，這一設(shè)計在實踐中雖然頗具挑戰(zhàn)性，但當(dāng)教師一以貫之地圍繞素養(yǎng)目標(biāo)來改進(jìn)教學(xué)，有意識地在前期教學(xué)中滲透能量觀念和模型建構(gòu)等科學(xué)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(xué)生，在學(xué)習(xí)過程中對電路的物理本質(zhì)的理解更深刻。縱觀本課的教學(xué)設(shè)計，在素養(yǎng)目標(biāo)導(dǎo)向下，發(fā)展學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維，提升科學(xué)探究能力，并深入理解“實證”思想，是一次超越課標(biāo)，更高、更深遠(yuǎn)的教學(xué)嘗試，既是根據(jù)具體學(xué)情的靈活調(diào)整，也是對教學(xué)內(nèi)容的一次因“材”施教。

參考文獻(xiàn)：

［１］中華人民共和國教育部．義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０２２年版）［Ｓ］．北京：北京師范大學(xué)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(jìn)［Ｊ］．中學(xué)物理教學(xué)參考，２０２２，５１（２０）：６１－６３．

［３］溫劍飛．利用“計量插座轉(zhuǎn)換器”探究Ｗ＝ＵＩｔ［Ｊ］．中小學(xué)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(xué)物理教學(xué)參考，２０２３，５２（２）：６５－６７．

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

（欄目編輯" " 鄧" "磊）