基于核心素養(yǎng)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(qū),江蘇 無錫 214400)

物理學科核心素養(yǎng)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(fā)展和社會發(fā)展的必備品格和關鍵能力,是學生通過物理學習內(nèi)化的帶有物理學科特性的品質(zhì)。

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(yǎng)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(fā)展學生物理學科核心素養(yǎng)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(tǒng)計在半分鐘內(nèi)電能表指示燈的閃爍次數(shù),把實驗數(shù)據(jù)記錄在表1中。

表1

師：通過表格中的數(shù)據(jù),你能得到什么信息？

生：在相同的時間內(nèi),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(nèi)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(diào)動學生原有的認知,激發(fā)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(chǎn)生聯(lián)系,而且數(shù)理推導能力得到提升。整個教學過程環(huán)環(huán)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(yǎng)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(shù)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(guī)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(guī)律,體驗學科學的樂趣。通過探究活動,不僅能激發(fā)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(fā)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(fā)學生根據(jù)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(shù)據(jù)，改變電源電壓不方便。而利用滑動變阻器能夠連續(xù)改變小燈泡兩端的電壓,可通過實驗獲得多組數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)的表格(表2)，實驗中所用小燈泡規(guī)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(shù)據(jù)。教師引導學生分析表中數(shù)據(jù),理解用電器的額定功率與實際功率的區(qū)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(fā)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(diào)：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(fā)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(xiàn)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(jù)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(xiàn)如何？對探究方法是否有改進？是否有新的發(fā)現(xiàn)？評價分為三步：學生先完成自評,再接受組內(nèi)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(huán)節(jié),培養(yǎng)學生主動反思的好習慣,提高學生發(fā)現(xiàn)問題和合作學習的能力,使學生養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，培養(yǎng)其反思和創(chuàng)新能力。

4 聯(lián)系生活,養(yǎng)成科學的態(tài)度和責任感

4.1 拓展視野,激發(fā)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(fā)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(xiàn)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(xiàn)代生活中大量使用了LED燈,它具有長壽、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)點。在選購LED燈時,通常會考慮與白熾燈的對比參數(shù)(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(jié)能效果如何？

師：隨著科技的發(fā)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(tài)度與責任”主要包括科學本質(zhì)、科學態(tài)度、社會責任等要素，教師通過圖片展示現(xiàn)代生活中大量使用的LED燈,讓學生通過計算加深對LED燈優(yōu)點的認識。教師通過介紹科技發(fā)展前沿及其應用實例,有效激發(fā)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?nèi)祟惿罘绞接兄匾饬x,從而幫助學生樹立節(jié)能、環(huán)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(zhì)量的有效途徑,可以提升學生的實踐能力和創(chuàng)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(fā)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(yǎng)的培養(yǎng)目標。