物理核心素养在课堂教学中的落实——以《探究——影响导体电阻大

新课程教学2019年第4期
物理核心素养在课堂教学中的落实
以‘探究 影响导体电阻大小的因素“教学为例
陕西省兴平市初级中学赵文慧
ʌ摘要ɔ结合物理学科核心素养要求,笔者详细阐述在实施‘探究 影响导体电阻大小的因素“一节课中如何落实科学探究素养中的提出物理问题㊁形成猜想和假设㊁设计实验与制订方案㊁获取和处理信息㊁基于证据得出结论㊁作出解释,以及对科学探究过程和结果进行交流㊁评估㊁反思等环节㊂
ʌ关键词ɔ核心素养科学探究电阻影响因素
北师大版初中物理九年级第十一章第七节课的课题是‘探究 影响导体电阻大小的因素“,教材中首先围绕家装时用到的铜芯和铝芯导线(铜芯较粗)图片提出问题:为什么导线不用铁芯?为什么导线芯较粗?为什么不同规格灯泡有的灯丝长,有的灯丝短?通过三个问题引导学生进行猜想㊂制订研究计划环节只是建议控制变量,建议在相同的电压下通过比较导体的电流比较电阻㊂而对于实验计划㊁实验器材㊁实验电路㊁证据收集㊁结论分析㊁评估与交流则几乎全部留白,需要教师和学生自己完成㊂另外,教材中对导体电阻受温度影响及超导体的问题上用了大量的文字进行了介绍㊂
‘普通高中物理课程标准(2017版)“指出:学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念㊁必备品格和关键能力㊂物理学科核心素养主要包括:物理观念㊁科学思维㊁科学探究㊁科学态度和责任四大部分㊂科学探究是指基于观察和实验提出物理问题㊁形成猜想和假设㊁设计实验与制定方案㊁获取和处理信息㊁基于证据得出结论作出解释,以及对科学探究过程和结果进行交流㊁评估㊁反思㊂对照课程标准中的关于核心素养的阐述可以看出,本节课教材设计完全符合科学探究的程序,大量的留白又给教师和学生留出了一定的发展和整合空间,只要素材使用合理,课堂引导得当,组织教学过程严密,就能够让学生深刻体会科学探究的正确方法,包括控制变量法㊁转换法的使用,表格设计的思路,分析证据得到结论过程中的科学语言叙述方法,养成质疑的习惯,以及团队合作的精神㊂
笔者在市级的名师大篷车送教过程中和送教团队一起本着发展学生能力㊁启迪学生思维㊁教会学生方法的目的开发设计了本节课,由笔者执教与送教县区的教师同课异构,实施效果良好㊂现简单分析如下,希望能给同行一定的启迪㊂一㊁情境引课 看材料提问题
师:最近老师家里装修,关于所用导线规格的选取我在网上查询得到了这样的资料(P P T上展示):家装中使用的电线一般为单股铜芯线,其截面面积主要有三个规格,分别是4.0mm2㊁2.5mm2和1.5mm2㊂4.0mm2规格单股铜芯线用于电路主线和空调㊁电热水器等专用线,2.5mm2规格单股铜芯线用于插座线和部分支线,1.5mm2规格单股铜芯线用于灯具和开关线,电路中地线一般也使用1.5mm2规格单股铜芯线㊂之后,要求学生针对这则材料提出一个有价值的问题㊂在P P T展示素材的同时,让学生观察铝芯和铜芯导线实物,加深学生对真实材料的认识㊂
设计分析:首先,引课材料的选取使学生体会本节知识是基于真实生活需求的,揭示了物理学习的本质是为了有用,体现了物理与生活的紧密联系㊂在初中物理学习到第十一章的时候,学生已经具备一定的提问意识,笔者认为至少可以达到‘普通高中物理新课程标准(2017版)“中关于科学探究的 水平2 的要求,即 能观察物理现象,提出物理问题 ㊂如果学生提出的问题语言叙述不规范,或问题不够精准,教师还可以再做引导㊂总之一定是要学生提出问题㊂其次,本材料中关于导线用的是铜芯㊁铝芯,而不用铁芯,以及关于横截面积等数据的描述,也为学生顺利进行猜想做了铺垫㊂第三,本材料的使用对于学生以后的生活具有实际意义,能够指导学生利用物理知识解决生活问题,并且使学生意识到可以利用网络等途径得到自己所需的资料和数据㊂课堂生成情况及分析:学生提出的问题包括为什么导线要用铜芯或铝芯,而不用铁芯,为什么有些导线的横截面积较大㊂当有学生说到铜芯和铝芯的电阻小时,笔者追问了一句,这是问题吗?怎么变成问题呢?旁边有学生就马上替他改成了铜芯和铝芯的电阻小吗?学
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核心素养H E X I N S U Y A N G
生就明白结论加 吗 变问题㊂后面有学生提出 横截面积大的电阻小吗? 的问题就属于活学活用了㊂但还没有学生提出电阻大小与哪些因素有关的问题㊂这时候笔者做了启发引导:在八年级物理中有这样的一些探究:探究影响摩擦力大小的因素㊁探究浮力大小的影响因素㊂这时候就有学生提出 电阻大小与哪些因素有关? 的问题了,于是引入了课题㊂
分析当时学生的表现及之前当地老师上课时表现出来的教育思想可以看出,这些学生的问题意识不够强,对问题的叙述准确度也有待提高,说明平时这方面的训练是不到位的㊂而笔者在自己的学生中用同样的引课材料完成这节课,学生就能够迅速提出能够引领课堂的问题,这与长期的引导有关㊂在日常教学中教师经常有意识地就生活现象㊁课堂实验等提出问题,或课后留有一定的观察生活提出问题的拓展性习题而非知识巩固性练习,都可以提高学生的问题意识㊂
二㊁猜想和假设环节
师:请大家针对我们的问题提出自己的猜想㊂
课堂生成情况及分析:学生们很准确地提出了材料㊁横截面积,还补充了长度㊁温度等可能因素㊂对于材料㊁横截面积两个因素的猜想是在预料之中的,是前面材料中埋下的伏笔㊂由横截面积稍微联想扩展一下,就能够想到长度㊂温度的影响应该来源于第六节课‘探究不同物质的导电性能“,物质的导电性能与温度有关,电阻又是描述导电性能强弱的物理量,学生的思维过程是可以揣摩得到的㊂其实在笔者的预设生成中认为可能会有学生提出电压㊁电流两个可能因素,但是课堂上并没有学生提到,于是猜想环节显得特别顺利㊂当地老师对学生的表现很吃惊,说他们就怕学生提出这两个因素,专家组的点评嘉宾就提出材料使用得当,引导恰到好处,学生的猜想就更具有针对性,不会漫无目的㊂这也提醒我们教学设计时的引课一定要精心设计,这样才能事半功倍㊂
三㊁设计实验
为了实验设计有章可循,用P P T上展示的5个问题层层深入地引导设计,体悟其中的设计思路和方法: 1.总体采用什么样的研究方法?2.如何比较导体的电阻?3.请画出实验的电路图㊂4.叙述需要哪些实验器材?5.如何设计记录实验数据的表格?
课堂生成情况及分析:对于第1个问题,学生迅速回答出用 控制变量法 ,可见控制变量的思路已经深入学生心中,无须多言㊂第2个问题回答之前,笔者先出示了课堂研究时所用的固定在一个塑料板上的四根金属丝(如图1),说明就用它们来研究电阻大小的影响因素,请学生思考如何比较电阻,学生迅速提出用比较灯泡的亮度的方法
㊂
图1
这时追问,还有别的方法吗?有人提出了使用电流表,再次追问,比较灯泡亮度和比较电流表示数哪个更加准确㊁直观?学生认可用比较电流表示数的方法更直观准确㊂于是实验方案基本确定,实验方法中增加了将电阻大小的比较转换为相同电压下比较电流的方法(转换法),而且明确指出,电流大的说明导体的电阻小㊂学生对实验器材做到了创造性使用,想到了3㊁4两根金属丝串联起来使用即可使金属丝的长度增加1倍,而并联使用则可以使金属丝的横截面积增大1倍㊂这些难点问题的解决,使得第3㊁4两个问题变得十分容易㊂第5个问题出示后,能够看到学生很茫然,手足无措㊂笔者意识到学生是不懂得如何设计表格的,于是先教学生表格设计方法:表格由横行和竖列组成,通常建议是实验次数+1,即横行个数,此处的1是表头那一行㊂1+可能因素个数+1,即竖列个数,前面的1是实验次数那一列,后面的1是研究对象那一列㊂教到这里学生还是不太明白,于是笔者让他们现场以小组为单位进行表格设计,当他们设计出表1时就有了感觉㊂但这时候就有人发现,应该在温度和电阻中间再加一列 电流 ,因为用到了转换法,没有直接测量比较电阻,于是表1变成了表2㊂此时教师要及时表扬学生能够发现问题㊁并在表头物理量旁写上单位的好习惯㊂
表1
实验次数材料长度横截面积温度电阻
表2
实验次数材料长度横截面积温度电流电阻
从课堂生成来看,在问题引导下,学生可以有序地完成实验设计㊂只是表格设计在平时教学中没有涉及,所以开始时学生会感到茫然,但一旦交给学生表格设计的方法,并通过几个实验的实施,情况一定会改变㊂
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新课程教学2019年第4期
四㊁获取㊁处理信息和基于证据得出结论
由于一节课时间有限,笔者把班上学生分成了六个
小组,将探究材料㊁长度㊁横截面积三个因素分给六个小
组,每两组探究一个因素㊂小组实验过程中,学生针对
提供的四根金属丝的数据根据自己组的研究因素选定
了金属丝,大约在4分钟内完成了实验,在表格中填上了数据,也写出了自己组的结论㊂接着选择了三个小组
派出代表展示自己的探究成果㊂四个因素完成了三个,
最后一个因素由教师来完成㊂
演示实验:笔者将一弹簧㊁开关㊁两节干电池㊁演示电
流表串联,闭合开关,手捏住弹簧两端的导线绝缘部分请
学生帮助点燃酒精灯,给弹簧加热,学生会观察到电流表
示数变小了,在惯性思维的影响下他们会得出这样的结
论:在长度㊁材料㊁横截面积都相同时,导体的温度越高,
电阻越大㊂笔者则指出,这个规律适用于大部分金属,但
有些特殊的金属材料却不适用这一规律,所以叙述更正
为 通常情况下,金属的电阻随温度的升高而增大 ㊂
至此,实验探究整体完成,简单小结如下:采用分小
组㊁分任务的方法分解总任务,可以有效缩短教学时间,
减轻了每个学生的负担,并且体现了小组合作㊁组组协
作㊁师生协作的高效性㊂
五㊁作出解释
请学生类比人走路时会受到阻力的现象思考为什
么长度越长电阻越大?为什么横截面积越大(越粗)电
阻越小?大部分学生都能够说出长度长相当于路程长,
总体受到的阻碍大,横截面积大相当于路宽,受到的阻
碍小㊂这样的类比,使学生更容易接受这两个结论,并
且理解之后的记忆会更加深刻㊂所以这不是在灌输知
识,而是在学生自己思考的基础上实践㊁总结㊁理解得到
结论,是个体悟的过程,不但体悟知识与规律,同时也体
悟了科学的方法㊂
六㊁学以致用,巩固新知
在这个环节首先回到引课环节中的材料,请学生回
答为什么导线要用铜芯和铝芯,而不用铁芯?为什么干
路的导线铜芯很粗?接着提出三个问题:(1)把一根金属丝剪去一半后,电阻是变大还是变小?为什么呢?
(2)两根相同的导线,电阻一样,把它们合并成为一根导线后,电阻是变大还是变小?为什么?(3)我们平时使用的照明灯泡,在发光和不发光时相比较,什么时候电阻大?为什么?到这个环节一切都显得水到渠成,学生基本能够很顺利地得到问题的答案㊂
七㊁课堂小结
课堂小结部分分为学到了哪些知识和学到了哪些方法两个部分㊂对于本节知识的小结学生只是集体回答了结论,用时不足20s㊂本节课的关键收获是对于方法的小结㊂我们把课堂上的板书加了一些线就变成了图2的归纳㊂此图除了涉及控制变量法和转换法之外,还看到了完整的实验探究要素:提出问题㊁进行猜想㊁设计实验㊁收集证据㊁(基于证据)得出结论,使得后续的或者课外的实验探究有了模板可循
㊂
图2
总的来讲,本节课充分发挥了教师的主导作用,充分体现了学生的主体地位㊂教师主导作用体现在控制教学的进程,引导学生发现生活中的问题,解决教学中的问题㊂学生的主体地位体现在学生自己设计方案,通过实验解决问题得到新知㊂实验充分发挥了学生的主动性㊁积极性,同时也使他们获得了探索的快乐㊁成功的喜悦㊁学习的乐趣,使物理思维得到有效提升㊂
本节课是初中物理学习中一个特别典型的科学探究案例,它可以对几乎所有的研究影响因素的实验起到示范的作用,值得深究㊂经过反思笔者认为还可以在实验结束之后,就每个因素探究只做了两组实验,对实验结论的可靠性做一引导思考,从而培养学生的质疑精神,也对实验结论有了评估,交流评估的环节也整合进去了,使得整个探究过程更加完整㊂本节课可以帮助学生建立或加强问题意识,深刻领会控制变量法的精髓,体会转换法的要点,学会表格设计的方法㊂这些意识或方法,也许就是学生以后走上工作岗位必须要有的和为了解决问题要用的,有利于学生的终生发展,也是将核心素养落实在了教学当中㊂
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