基于深度學(xué)習(xí)的初中物理教學(xué)設(shè)計與實踐

林軍

摘要：物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是初中物理深度學(xué)習(xí)的核心目標(biāo)，也是學(xué)生發(fā)展物理核心素養(yǎng)的重要路徑。本文以《科學(xué)探究：電流的熱效應(yīng)》為例，在深度學(xué)習(xí)理念指導(dǎo)下，注重真實問題情境創(chuàng)設(shè)，設(shè)置有挑戰(zhàn)性和適切性的探究問題，驅(qū)動學(xué)生參與學(xué)習(xí)的過程，發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：初中物理? 深度學(xué)習(xí)? 核心素養(yǎng)

深度學(xué)習(xí)是在教師精心設(shè)計與適度引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的物理學(xué)習(xí)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(yùn)用模型建構(gòu)與推理論證等科學(xué)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(xué)科核心知識，理解物理學(xué)習(xí)的過程，領(lǐng)悟物理學(xué)科的本質(zhì)及思想方法的一種學(xué)習(xí)方式。學(xué)習(xí)方式的改變，科學(xué)探究及情境互動，促使學(xué)生形成物理觀念、領(lǐng)悟科學(xué)思維，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)、高級的社會性情感、正確的價值觀，同時培養(yǎng)科學(xué)探究、創(chuàng)新意識和實踐能力，促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

一、初中物理深度學(xué)習(xí)的教學(xué)路徑

課堂是學(xué)生在深度學(xué)習(xí)中發(fā)展物理核心素養(yǎng)的主陣地，其教學(xué)設(shè)計簡要流程如圖1所示。深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計應(yīng)符合教學(xué)的內(nèi)在邏輯和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律及心理特點(diǎn)，將“知識轉(zhuǎn)化為問題”，“問題轉(zhuǎn)化為情境”，“情境要貼近生活”，具體的教學(xué)思路是：情境創(chuàng)設(shè)—問題探究—得出結(jié)論—遷移應(yīng)用—實踐創(chuàng)新。這種教學(xué)路徑凸顯情境教學(xué)、問題驅(qū)動、實驗探究、遷移應(yīng)用和實踐創(chuàng)新，注重“以生為本”的真實性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極主動參與，促進(jìn)實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計

以《科學(xué)探究：電流的熱效應(yīng)》為例。

（一）學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.了解電流有熱效應(yīng)的現(xiàn)象及其應(yīng)用與危害。

2.經(jīng)歷實驗探究過程，體會控制變量法與轉(zhuǎn)換法在實驗中的應(yīng)用。

3.經(jīng)歷實驗過程，學(xué)會分析實驗數(shù)據(jù)歸納得出實驗結(jié)論。

4.培養(yǎng)應(yīng)用焦耳定律分析和解決實際問題的能力。

（二）學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：①經(jīng)歷實驗探究電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)。

②理解焦耳定律并會簡單的應(yīng)用。

難點(diǎn)：設(shè)計電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)的實驗電路。

（三）教具與學(xué)具

希沃白板課件、自制的電流熱效應(yīng)探究儀、電熱取暖器等。

（四）教法與學(xué)法

實驗探究法、啟發(fā)式、討論法、歸納法、推理法等。

（五）教學(xué)過程

創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)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(xué)們還記得2008年北京夏季奧運(yùn)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(shè)疑：在視頻中，火炬是用什么點(diǎn)燃的？

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

教師追問：什么是電流的熱效應(yīng)？電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)？

設(shè)計意圖：深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)情境關(guān)鍵在于它的真實性，情境的真實性可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力，讓學(xué)生在觀察和體驗后有所發(fā)現(xiàn)有所聯(lián)想，萌發(fā)出科學(xué)問題。本課例以2008年北京奧運(yùn)會開幕式點(diǎn)燃奧運(yùn)主火炬的情境引入，就是一個貼近學(xué)生認(rèn)知感受、有內(nèi)在邏輯聯(lián)系的真實情境，能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和求知欲。

新課教學(xué)：

設(shè)疑：觀察幾種日常生活中的家用電器，思考當(dāng)電流通過導(dǎo)體時在能量轉(zhuǎn)化中有什么共同的特點(diǎn)。（學(xué)生回答）

師：其實在物理學(xué)中，把這個現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng)。

板書：電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象叫作電流的熱效應(yīng)。

追問：電流的熱效應(yīng)的實質(zhì)是什么？（學(xué)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(dǎo)線R2=0.2 Ω和定值電阻R=20 Ω，請三位同學(xué)各拿一根火柴放在電阻絲上，過一段時間，請仔細(xì)觀察將發(fā)生什么現(xiàn)象（閉合開關(guān)S）。

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

追問：那誰產(chǎn)生的熱量最多？（學(xué)生回答：R1）

追問：什么現(xiàn)象讓你想到電流通過R1產(chǎn)生的熱量最多？（學(xué)生回答：R1上面火柴最先點(diǎn)燃）

銜接：通過點(diǎn)燃火柴時間的不同來比較電流產(chǎn)生熱量的多少，對比R1、R2，什么原因?qū)е码娏鳟a(chǎn)生的熱量不同？（學(xué)生回答：電阻）

追問：談?wù)勀愕囊罁?jù)。（學(xué)生回答：R1、R2串聯(lián)，電流相等）

追問：對比R1、R3，什么原因?qū)е码娏鳟a(chǎn)生的熱量不同？（學(xué)生思考后回答：電流）

追問：請說說你的理由。（學(xué)生發(fā)言）

追問：請結(jié)合生活經(jīng)驗，再想一想還有什么因素影響電流產(chǎn)生熱量的多少？（學(xué)生回答：通電時間）

設(shè)計意圖：深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)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(diǎn)燃火柴這一情境主題貫穿教學(xué)始終，透過實驗現(xiàn)象看本質(zhì)，層層遞進(jìn)，真正體現(xiàn)了真實情境的結(jié)構(gòu)化設(shè)計。

接下來，進(jìn)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(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)？（讓學(xué)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(chǎn)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(guān)呢？電流產(chǎn)生的熱量與這三個因素到底有怎樣的關(guān)系？我們還要通過實驗來進(jìn)一步探究。

介紹：用圖3所示的實驗裝置來研究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)，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(cè)的液面會有什么變化。A966CE03-6294-4C5C-AEEA-9D9B1243428D

設(shè)疑：①本實驗中，通過什么方法來比較電阻絲產(chǎn)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(yùn)用了什么實驗探究方法？（學(xué)生交流討論后回答）

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

學(xué)生分組實驗探究：

實驗1：探究電熱Q與電阻R的關(guān)系。

要控制??? 、??? 不變，改變??? 大小。

根據(jù)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(shè)計出電路圖，并畫在導(dǎo)學(xué)案上。

實驗2：探究電熱Q與電流I的關(guān)系。

要控制??? 、??? 不變，改變??? 的大小。

根據(jù)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(shè)計出電路圖，并畫在導(dǎo)學(xué)案上。

讓學(xué)生設(shè)計電路，教師巡視并做個別化指導(dǎo)，并及時給予積極性評價和鼓勵。

設(shè)計意圖：深度學(xué)習(xí)關(guān)鍵在于活動與體驗，讓學(xué)生真正經(jīng)歷實驗探究的過程。探究首先要體現(xiàn)出活動的挑戰(zhàn)性，初中生好奇心和求知欲強(qiáng)，沒有思維含量的活動是機(jī)械、低效且索然無味的，根本無法引起學(xué)生的興趣，所以挑戰(zhàn)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(xué)生自行設(shè)計電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)的電路圖是個混聯(lián)電路，對于剛接觸電學(xué)的學(xué)生具有挑戰(zhàn)性和適切性，讓學(xué)生不但能夠深度參與，而且能獲得深刻體驗。

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

學(xué)生進(jìn)行分組實驗，教師巡視并做個別化指導(dǎo)（體現(xiàn)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(xué)生的實驗探究現(xiàn)象同屏到大屏幕上展示，然后請小組根據(jù)實驗現(xiàn)象和收集的實驗數(shù)據(jù)分析歸納，得出實驗結(jié)論并匯報。

學(xué)生分組匯報實驗現(xiàn)象：

實驗現(xiàn)象1：當(dāng)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(xiàn)象2：當(dāng)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(xiàn)象3：當(dāng)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(xué)生匯報實驗的結(jié)論：

①當(dāng)電流和通電時間相同時，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多;

②當(dāng)電阻和通電時間相同時，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多;

③當(dāng)電阻和電流相同時，通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多。

設(shè)計意圖：以探究性實驗為載體的科學(xué)實踐活動是深度學(xué)習(xí)的一個重要環(huán)節(jié)，重在讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，自主構(gòu)建結(jié)論，同時也是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的構(gòu)成要素之一。本課例通過學(xué)生自行設(shè)計實驗電路與親自實驗操作就是一個很好的范例，學(xué)生在實驗中注重控制變量，在定性實驗中注重數(shù)據(jù)對比，通過對實驗證據(jù)的收集與推理，自主分析歸納得出電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時間都有關(guān)。本節(jié)教學(xué)設(shè)計中重視對問題的設(shè)計，針對教學(xué)中的重難點(diǎn)設(shè)計相應(yīng)的問題，重視了問題設(shè)計的深度，這樣有利于學(xué)生物理觀念的發(fā)展、物理思維能力和科學(xué)探究能力的提升，同時注重合作探究，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

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(xué)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(yīng)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(nèi)共產(chǎn)生多少熱量？

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

求：

（1）電飯鍋加熱30 s，電熱絲產(chǎn)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(chǎn)生的R2產(chǎn)生的熱量是多少？

設(shè)疑：電流產(chǎn)生的熱量給人類帶來了很多好處，那電流產(chǎn)生的熱量都是有益的嗎？

學(xué)生回答：不是，譬如導(dǎo)線通電會發(fā)熱，如本節(jié)課一開始的演示實驗，電阻絲通電一段時間產(chǎn)生的熱量可以點(diǎn)燃火柴。還有電腦、電動機(jī)等家用電器通電工作時也會發(fā)熱，甚至?xí)鸹馂?zāi)，這樣就給人類帶來了危害。

（六）課堂小結(jié)（略）

三、結(jié)語

在本節(jié)課中，我首先用真實的情境啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題，讓學(xué)生在初步感知的基礎(chǔ)上對教材中的有關(guān)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(fā)、互相補(bǔ)充、互相修正，深入探討，提高創(chuàng)新思維能力。其次，通過自行設(shè)計和分組探究得出物理概念與規(guī)律，落實本課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。最后，我讓學(xué)生之間圍繞學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行互檢互測，測試學(xué)生新課學(xué)習(xí)后教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成率，檢驗學(xué)生運(yùn)用知識、解決問題的能力。為體現(xiàn)科學(xué)知識的實用性與趣味性，練習(xí)題結(jié)合生活實際，難度逐步遞進(jìn)，這樣的達(dá)標(biāo)檢測不僅能客觀評價學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，更可以激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步努力學(xué)習(xí)的勇氣，同時也讓學(xué)生體驗到成功的喜悅。

另外，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師對學(xué)生的評價很單調(diào)，而在深度學(xué)習(xí)中，評價的內(nèi)容和形式要多樣：首先，體現(xiàn)評價的一致性，要與深度學(xué)習(xí)目標(biāo)相契合，落實物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。在師生和生生互動中，及時的點(diǎn)評與反饋尤為重要，它是課堂生成的催化劑。其次，體現(xiàn)評價的激勵性，教師要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的“閃光點(diǎn)”，從“閃光點(diǎn)”入手，激發(fā)學(xué)生的進(jìn)取心，從而使每個學(xué)生都能品嘗成功。

參考文獻(xiàn)：

[1]李春密.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（學(xué)科教學(xué)指南·初中物理）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2020.

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

責(zé)任編輯：黃大燦A966CE03-6294-4C5C-AEEA-9D9B1243428D