基于素養導向的初中物理高端備課

摘"要：《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）明確指出，教學要立足學生全面發展，依據核心素養內涵及學生身心發展特點，確定課程目標，體現物理課程獨特的育人價值。本文通過高端備課，按照《課程標準》的要求和教材內容安排，優化教材內容，構建以“教學導入、自主學習、交流展示、點評解疑、練習總結”為五個環節的實驗教學課堂。本文從學生實際出發，以“問題鏈”為主線，制訂可測可評的教學目標，設計指向物理課程核心素養的初中物理實驗教學過程，旨在更好地落實課標要求，培養學生物理核心素養。

關鍵詞：核心素養；高端備課；初中物理；問題鏈

高端備課是首都師范大學的邢紅軍教授和他的研究團隊構建的一種以“從物理知識傳授到物理方法教育，再到物理思想形成”為核心理念的教學設計方法。它要求備課者超越傳統的教材分析、教案撰寫以及教學設計的局限，不僅要明確“做什么”“如何做”，還要基于深度的理論思考，在教學中論證“為什么要這樣做”。這樣的備課既要符合物理的內在邏輯，又要符合物理的教學規律，同時符合學生的學習規律，并接受課堂教學實踐的檢驗。［1］物理高端備課是在物理教學論的指導下，彰顯教學邏輯的教學設計，旨在促進學生物理認知水平的發展。［2］本文從《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）的視角分析教材、學情，通過高端備課，構建以“問題鏈”為主線，以“教學導入、自主學習、交流展示、點評解疑、練習總結”為五個環節的實驗教學課堂，旨在初中物理實驗教學中更好地培養學生的物理核心素養。

本文以人教版物理九年級全一冊第十七章第3節“電阻的測量”為例，嘗試進行高端備課，以期落實“新課標”要求，通過實驗教學培養學生的物理核心素養。

1"教材分析

1.1"教材內容分析

“電阻的測量”是人教版物理九年級全一冊第十七章第3節的內容。本節內容是在歐姆定律的基礎上進行的一節用“伏安法”測量電阻的測量性實驗課。教材先引入“電流可以用電流表測量，電壓可以用電壓表測量。那么，用什么方法測量電阻呢？”［3］提出要解決的問題，引導學生應用上節課所學的歐姆定律表達式的變形公式計算出電阻，找到解決問題的方法——“伏安法”測電阻。接著，教材指導學生根據實驗目的設計實驗方案。在設計實驗方案環節中，教材給出了實驗電路圖，提醒學生通過多測幾組數據求平均值的方法來減小測量誤差。教材在實驗步驟和實驗數據記錄表格處留了空白，目的是讓學生自己設計，以此培養學生設計實驗方案和記錄數據表格的能力，讓學生利用已有的知識獲得新的知識，符合學生的認知水平。

在“想想做做”欄目中，教材安排學生將上述實驗中的定值電阻換成小燈泡，用同樣的方法測定小燈泡的電阻。［4］教師指導學生進行多次數據測量，并根據實驗數據分別計算出小燈泡的電阻，比較計算出的幾個數值，觀察每次算出的電阻的大小有什么變化規律。如果出現的情況和測量定值電阻時不同，教師將引導同學們進行交流討論，這意在檢驗學生對“伏安法”測電阻方法的掌握情況，培養學生的知識遷移能力，讓學生能夠將學到的測量定值電阻阻值的方法遷移到測量小燈泡燈絲的阻值中。

在“動手動腦學物理”欄目第4題中，給出了測量標有2.5V的小燈泡電阻的實驗方法和一組測量小燈泡電阻的實驗數據，意在讓學生再一次通過計算小燈泡的電阻，熟練掌握“伏安法”測電阻的實驗原理，進一步加深對歐姆定律的理解，讓學生基于實驗數據的分析總結實驗結論。［5］在總結結論時，學生發現小燈泡的電阻會隨著電壓和電流的變化而變化，再次發現問題：小燈泡的電阻值隨著電流和電壓的變化而變化，這和前面學過的電阻是導體本身的一種性質，其大小不隨電流和電壓的變化而變化相矛盾。學生產生認知沖突，提出問題：“燈泡燈絲電阻的大小到底與什么因素有關呢？”這樣的教學方法旨在培養學生發現問題、提出問題的能力，符合學生認知規律，有助于學生物理核心素養的培養。

1.2"教材內容不足

教材在“想想做做”欄目和在“動手動腦學物理”欄目第4題中，給出了測量小燈泡電阻的實驗方法和一組測量小燈泡電阻的實驗數據，目的是讓學生通過實驗掌握“伏安法”測電阻的實驗原理和實驗方法，并進一步加深對歐姆定律的理解。學生通過分析數據只能得出小燈泡燈絲的電阻跟燈絲兩端的電壓和電流有關的結論。即使在教師的引導下，學生通過前面所學知識，能夠猜想到燈絲電阻的大小可能與溫度有關，但學生無法基于實驗證據進行分析，總結得出小燈泡燈絲的電阻與溫度有關的結論。這樣不利于學生理解電阻大小與溫度的關系，也不利于培養學生分析證據的能力。

1.3"教材內容優化

針對以上教材安排的不足，結合學生學情和《課程標準》中核心素養培養目標的要求，為了能讓學生基于實驗證據理解“燈絲電阻的大小和溫度有關，而與燈絲兩端電壓和燈絲中電流無關”的知識點，在原有教材安排的基礎上，筆者將“想想做做”欄目中的“測量小燈泡的電阻”設計成實踐性評價作業，即在學生學完測量定值電阻的阻值后，讓學生動手測量小燈泡的電阻。通過讓學生經歷測量小燈泡的電阻的過程，檢驗“會用伏安法測電阻”這一教學目標的達成情況，并評價課堂教學的效果。評價過程中會注重對學生實際操作過程的評價。

學生通過測量并記錄實驗數據、分析實驗數據，基于數據嘗試總結實驗結論，在總結實驗結論時發現了新的問題：小燈泡的電阻值隨著電流和電壓的變化而變化，這和前面學過的電阻是導體本身的一種性質，其大小不隨電流和電壓的變化而變化的結論相矛盾。這個問題引發學生的認知沖突，激發了學生的求知欲望。學生提出問題：“燈泡燈絲的電阻大小到底與什么因素有關呢？”接著，筆者用“問題鏈”的方式引導學生分析問題，根據前面所學知識“電阻的大小跟導體本身的材料、長度、橫截面積、溫度等因素有關”，在測量的過程中，燈絲的材料、長度、橫截面積都沒有變化，那么是不是因為燈絲兩端的電壓和燈絲中電流的變化，導致燈絲的溫度發生了變化，進而引起燈絲電阻的變化呢？這促使學生有依據（前面所學知識）地進行猜想：小燈泡燈絲的電阻大小可能與燈絲的溫度有關。接下來，筆者讓學生設計證明電阻的大小是否與溫度有關的實驗方案，進一步獲取并記錄數據，總結結論。這讓學生基于證據得到燈絲電阻的大小與溫度有關的結論，進而培養學生的證據意識。

2"課標要求

2.1"內容要求

《課程標準》對本節內容要求的表述是：4.1.9用電流表和電壓表測量電阻。［6］“用電流表和電壓表測量電阻”是《課程標準》實驗探究主題中學生必做實驗之一，是《義務教育物理課程標準（2011年版）》學生必做實驗“測量小燈泡的電功率”實驗的深化和擴展［7］。這兩個實驗在測量方法和實驗步驟上具有相似之處，均是利用電流表和電壓表直接測量電流和電壓，再間接測量電阻或電功率。兩個實驗在促進學生發展的側重點上也是相似的，同時利用伏安法測量電阻的方法在高中階段也有多處應用。因此，在義務教育階段設置“用電流表和電壓表測量電阻”為必做實驗更有利于學段銜接。［8］從《課程標準》的變化上可以看出該實驗在初中物理中的重要作用。

2.2"學業要求

《課程標準》在實驗探究主題的學業要求中從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個方面對本節內容進行了要求。

物理觀念：能通過物理實驗構建物理概念，深化對物理規律的認識。

科學思維：能根據實驗數據通過歸納推理獲得探究結論。

科學探究：在實驗中有發現問題、提出問題的意識；能夠根據實驗目的設計實驗方案，會正確使用已學實驗器材收集數據，能遵守實驗室規則，注意實驗中的安全問題；能對收集的數據進行整理，歸納總結，形成結論并作出解釋；有合作交流的團隊意識，能撰寫簡單的實驗報告。

科學態度與責任：能通過實驗獲得結論，產生成就感，有學習物理的興趣和嚴謹認真、實事求是的科學態度。［9］

3"學情分析

在前兩節課的學習中，學生已經探究了電流與電壓和電阻的關系。通過這兩個實驗，學生基本掌握了電流表和電壓表的使用方法，對實驗所用的器材、實驗步驟也已比較熟悉，并具備了一定的電路安全的意識，這為本節課電阻的測量奠定了基礎。但是，學生對實驗數據的分析、發現規律的方法還不太熟練，對電阻概念的理解和滑動變阻器在不同實驗中的作用的理解還不夠深入，尤其是對小燈泡燈絲電阻的大小受溫度影響的規律的認識還不夠深刻。

4"教學目標

為了便于評價課堂教學效果，發揮評價在教學中的作用，制訂的教學目標要可測可評，而且要指向物理課程的核心素養。依據教材內容安排、課標要求和學生學情，筆者從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個維度設計了如下教學目標。

4.1"物理觀念

第一，能熟練地連接簡單的電路，有連接電路的安全意識。

第二，能說出“伏安法”測電阻的原理，會熟練地使用電流表和電壓表測量定值電阻的阻值。

第三，通過測量，知道小燈泡的電阻隨著溫度的變化而變化的特點。

第四，掌握滑動變阻器在電路中的作用，通過實驗深化對歐姆定律的認知。

4.2"科學思維

讓學生經歷根據實驗數據，通過歸納推理獲得探究結論的過程，在過程中有判斷實驗數據是否合理、有效的意識。

4.3"科學探究

第一，能設計出實驗電路和實驗數據記錄表格。

第二，會正確連接電路并排查電路故障。

第三，會正確使用電流表和電壓表。

第四，能夠積極與同學合作完成實驗。

4.4"科學態度與責任

第一，能按照安全要求連接電路，使用電流表、電壓表、滑動變阻器等電路元件，形成規范實驗操作的意識。

第二，形成對“反常”的實驗數據進行分析和判斷的意識。

第三，培養學生求真務實的精神，能通過實驗獲得結論，產生成就感，有學習物理的興趣和嚴謹認真、實事求是的科學態度。

5"教學重、難點

5.1"教學重點

通過分析實驗數據，學生發現定值電阻的阻值不隨電壓和電流的變化而變化，小燈泡燈絲的阻值隨溫度的變化而變化的規律。這一發現使學生更深入地理解了電阻的概念，以及電阻大小受材料、長度、橫截面積和溫度影響的規律。

5.2"教學難點

學生需要根據實驗原理設計實驗方案、記錄數據的表格，能用滑動變阻器改變待測電阻兩端的電壓，并通過多次計算電阻值加深對歐姆定律的理解。

6"教學過程

6.1"回顧舊知，教學導入

師：通過前面的學習，我們知道了電壓用電壓表測量，電流用電流表測量，請同學們在自己的電學實驗盒里找一下，有沒有用來測量電阻的儀表呢？

生：在電學實驗盒里沒有找到測量電阻的儀表。

師：對！我們的電學實驗室中并沒有這種儀表，那我們如何得知一個電阻的阻值呢？通過歐姆定律，我們知道用R＝UI可以計算得出電阻的阻值，也就是說如果我們測出電阻兩端的電壓和通過電阻的電流，就可以計算出電阻的阻值，這種間接測量電阻的方法叫“伏安法”測電阻。今天，我們來學習如何用“伏安法”測電阻。

設計意圖：通過“問題鏈”，教師可以了解學生對前面所學知識的掌握情況，引導學生思考，提出要探究的問題，培養學生提出問題的能力，順利地引入新課。激發學生的求知欲望，讓學生知道為什么要學習這節課的知識。

6.2"自主學習，設計實驗

師：通過PPT展示說明實驗原理、實驗目的、實驗器材，讓學生閱讀教材，設計實驗方案，設計出記錄數據的表格。

生：閱讀教材，設計實驗，寫出實驗步驟，設計記錄數據的表格。

師：請一組同學上臺展示實驗方案、記錄數據的表格，其余同學邊聽邊思考，和自己小組設計的實驗方案、記錄數據的表格進行對比，提出改進的意見。

生：上臺的小組展示，其余學生聽講、提出改進的意見。

師：這組同學設計的方案和表格都很出色，同學們提出的改進建議也很好，請同學們看一下老師設計的表格（PPT展示記錄數據的表格），請同學們對自己設計的表格再進行進一步的完善。下面我們來討論一下實驗過程中還有哪些需要注意的地方？

第一，連接電路前，開關要處于斷開狀態。

第二，滑動變阻器用來調節電路中電流及電壓的值。調節變阻器之前要先想好，朝哪個方向移動滑片時電路中的電流變大，閉合開關前應該先將滑動變阻器的滑片置于何處，使電壓和電流在開始測量時最小。

第三，電壓表和電流表要注意選擇合適的量程。

設計意圖：教師讓學生根據實驗目的和實驗原理自主設計實驗方案，可以培養學生在科學探究方面的核心素養。教師請學生上臺展示，可以讓學生基于任務驅動學習，激發學生學習的興趣，培養學生的語言表達能力。教師在學生展示以及提出改進意見時，應及時地鼓勵學生，發揮過程評價在教學中的作用。

6.3"進行實驗，記錄數據

第一，讓學生按照電路圖連接電路，檢查無誤后進行實驗，將數據記錄在表格中，算出電阻，嘗試總結實驗結論。

第二，教師做實驗示范，師生共同收集數據，分析實驗數據，總結結論。

第三，總結結論時，為了使結論具有普遍性，要更換電阻，再次實驗。

設計意圖：學生經歷實驗的過程，通過實驗獲取數據，整理分析數據，基于數據的歸納總結，得出定值電阻的阻值不隨電壓和電流的變化而變化的規律。教師培養學生獲取證據的能力，使學生具有分析證據的意識，使學生科學探究方面的素養得到發展。

6.4"練習評價，點評解疑

第一，讓學生測量小燈泡的電阻，檢查學生對“伏安法”測電阻的掌握情況，教師及時給予評價。

第二，教師做演示實驗進行示范，糾正學生在操作中易錯的地方，師生共同記錄數據，總結結論。

第三，為了使實驗結論具有普遍性，多測幾組數據，再進行總結。

第四，學生發現小燈泡燈絲的電阻隨著電壓和電流的變化而變化，與前面所學的“電阻是導體本身的一種性質，大小不隨電壓和電流的變化而變化”的理論形成矛盾了。

通過前面的學習，學生知道電阻的大小除了跟導體的材料、長度、橫截面積有關外還和溫度有關。教師指導學生設計出能夠證明自己猜想是否正確的實驗方案。

設計意圖：在學完“伏安法”測電阻之后，通過讓學生動手測量小燈泡的電阻，教師可以檢驗學生對“伏安法”測電阻方法的掌握情況，發揮過程評價的積極作用，適時地鼓勵學生，使學生有成就感，從而培養學生學習物理的興趣。在總結結論時發現每次算出來的小燈泡的阻值不一樣，教師可以采用“問題鏈”的方式引導學生思考，提出問題，根據前面所學知識科學猜想，進一步制訂驗證猜想的實驗方案，培養學生發現問題、提出問題、解決問題的能力，使學生科學探究方面的核心素養得到發展。這種教學設計有助于構建學生的物理觀念，深化了學生對物理規律的理解，同時在科學探究中培養學生的科學思維，使他們形成認真嚴謹、實事求是的科學態度。

6.5"課堂小結，鞏固知識

教師讓學生談本節課的收獲，總結本節課學到的內容，幫學生形成完整的知識框架。

第一，“伏安法測電阻”。

第二，實驗原理。

第三，實驗電路圖。

第四，滑動變阻器的作用。

第五，定值電阻的阻值不隨電壓和電流的變化而變化。

第六，小燈泡燈絲的電阻隨溫度的變化而變化。

設計意圖：教師讓學生談本節課的收獲，一方面可以培養學生的語言表達能力和總結知識的能力；另一方面，在學生談完后，老師對學生適時進行評價，發揮過程評價的育人功能，使學生保持對物理的學習興趣。師生共同小結，幫助學生建立知識框架，梳理知識之間的關系，從而起到鞏固知識的作用。

7"教學反思

基于素養導向的高端備課從教材內容安排、《課程標準》解讀、學情分析等方面進行深入分析，設計可評可測、指向物理課程核心素養的教學目標，在教學中采用“問題鏈”引導學生積極思考，主動學習，激發了學生學習的興趣和求知欲望。這種教學設計讓學生以小組為單位自主設計實驗方案和記錄數據的表格，進行實驗，然后通過教師演示實驗來糾正學生在實驗中出現的問題，體現了教師主導、學生主體的教學地位。這種教學設計用“問題鏈”進行前測、后測，前測探明了學生學習情況、認知水平，為教師的教學提供了依據，后測幫助教師了解學生學習目標的達成情況，以便及時調整教學方案。這種教學設計使學生在科學探究和科學思維兩方面的核心素養得到提升，幫助學生形成正確的物理觀念：電阻的大小不隨電壓和電流的變化而變化，小燈泡燈絲的電阻會隨著溫度的升高而變大。借此促使學生在實驗過程中養成實事求是、科學嚴謹的科學態度。

參考文獻

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［7］中華人民共和國教育部. 義務教育物理課程標準（2011年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2011：52．

［8］陳泓宇，田博揚，李春密. 基于義務教育物理課程標準（2022年版）的實驗教學變革探討［J］. 物理教師，2022，43（8）：27"-32，36．