立足实验巧妙迁移有效探究

宋博

摘   要：在指导初中生学习物理概念时，教师要充分利用实验，要巧妙引导学生将已有认知迁移过来，并鼓励学生积极开展科学探究，才能对学生的核心发展产生积极影响。文章结合电功率的教学进行分析和探讨。

关键词：初中物理;概念教学;电功率

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）10-0025-3

概念是学生建构初中物理知识体系的基础，它是对一类事物本质属性的抽象和提炼，要求学生在实验和观察的基础上，通过科学化的思维排除非本质因素的干扰，并进行概括和总结而得来。物理概念要学生运用实验、迁移和探究等多方面的技能，对学生核心素养的发展非常重要。笔者以“电功率”的教学为例，探讨在教学中的一些体会和思考。

1    基于核心素养发展的教学内容

在教学设计之前，教师都要进行教学内容分析和学情分析，事实上这二者是统一的，尤其是在发展学生核心素养的大背景下，教师要立足于学生的实际发展情况分析教学内容，要预估相关内容的教学在学生核心素养发展进程中所能发挥的作用和意义。

电功率的学习建立在学生对电能认识的基础上，这一概念的研究将引导学生以能量观念来分析和研究电路工作的问题，这将进一步促成学生物理观念的完善。结合能量观念来研究电路问题是非常有实践价值的，在日常生活中，很多人将电等同于能量，很多电路的设计或相关问题的解决都要从能量的角度来考虑。当学生学习过电能之后，结合能量转化的快慢来引入有关电功率的思考，这样的教学将对接学生的最近发展区，学生的科学探究活动将有序开展，学生将在一系列活动中建构相应的认识，而且他们还将借此加深对科学探究的认识。

物理概念的建立离不开学生的科学思维，以电功率的学习为例，虽然学生之前已经对欧姆定律和电路有了认识，并且能有效把握电能表的使用，但是电功率的学习依然有一定的困难，这主要源于概念的抽象性。学生需要區分“电能消耗的多少”以及“电能消耗的快慢”，对初中学生而言，这是思维层面的一个跨越。对于这种问题的区分，教师不能让学生局限于口头上进行辨析，而应该通过情境的创设，有效激活学生的思维，让学生在特定的场景里突破认知的瓶颈，这样操作对学生科学思维的发展有强力的推动效果。

2    教学过程

结合以上内容的分析，笔者进行教学设计，并将教学过程阐述如下。

2.1    立足实验，引出概念

教师先通过问题引导学生回顾已学内容，并通过问题将学生的注意点集中到实验上。

师：通过之前内容的学习，你们知道用电器在电路中的作用吗？

生：用电器是消耗电能的器件，它的工作能够将电能转化为我们所需要的其他形式的能量。

师：我们用什么仪器来测量用电器消耗电能的多少呢？

生：电能表。

教师展示电子式电能表的图片，并介绍：该电能表上面标有“3200 imp/kW·h”，这表明电路中每消耗1 kW·h电能，指示灯就闪烁3 200次。当学生对该型号的电能表有所认识之后，教师继续展示自制实验器材。在一块木板上各固定两个该型号的电能表，分别与一个五孔插座搭建成电路，这样就可以通过电能表各自测定对应用电器的用电情况。然后，教师分别将电水壶和电吹风接入两个电路，并示意学生观察在用电器正常工作时，电能表指示灯的闪烁情况。

师：我马上要将两个用电器同时打开，请大家观察两个电能表的指示灯。为了观察有针对性，请坐在我右手边的两组同学观察电水壶电路中电能表指示灯的闪烁情况，坐在我左手边的两组同学观察电吹风电路中电能表指示灯的闪烁情况，请记录30秒内指示灯的闪烁次数。

教师按下开关，并提示学生进行计时和计数，并在实验结束之后提示学生交流学习成果。

师：大家在刚才的实验过程中有什么发现？

生：两个电能表的指示灯闪烁快慢不同。

师：能具体说说吗？

生：与电水壶连接的电能表在30秒的时间内指示灯闪烁了40次，与电吹风连接的电能表在相同时间内指示灯闪烁了30次。

师：这表明什么呢？

生：相同时间，电水壶电路中消耗的电能更多，也可以认为是电水壶做功更快。

师：说得很好，其实我们在这里可以引入一个物理量，对电流做功快慢进行表述，这也是今天我们这节物理课所要重点研究的内容。

2.2    巧妙迁移，结合旧知理解新知

师：在比较做功快慢时，我们可以比较相同时间内做功的多少，还可以怎么来比较？

生：还可以比较做相同的功所耗费时间的长短。

师：这里涉及到怎样一个物理量呢？对此你们有什么想法吗？

生：在力学研究中，我们当时学习过一个描述做功快慢的物理量叫做功率，用“P”来表示。

师：很好！这个物理量同样可以运用于电路问题的分析，对应的概念被称作电功率。请大家类比力学中有关功率的认识来研究电功率的基本概念。

生：电功率可以定义为“电流所做功与对应时间的比值”，它的单位和机械功率的单位是一样的，即“瓦特”，用“W”来表示，常用单位还包括千瓦（kW）、兆瓦（MW）等，计算公式有P=UI。

2.3    有效探究，辨析相近概念

在电功率的学习中，有两个概念要区分，即额定功率和实际功率。由于概念上的相似性，很多学生在理解的时候会出现一些障碍，甚至将两个概念混淆在一起，教师要指导学生有效区分，辨析这些相近概念。

师：现在有一个灯泡，请同学们看一下它的铭牌信息。（通过实物展台展示灯泡的铭牌）

生：“220 V”表示的是这个灯泡的额定电压，“60 W”对应的是这个灯泡的功率。

师：“60 W”是任何情况下灯泡的功率吗？

生：不是的，应该是灯泡的額定功率，也就是说当它的电压等于额定电压时，功率才等于这么多。

师：怎样才能验证你的说法呢？

生：做实验。

师：好，下面我们就来进行一项研究——“探究不同电压条件下灯泡的功率”。

教师通过PPT投影出实验设计的要求：（1）实验中要测量哪些物理量，需要哪些实验器材？（2）如何来调整灯泡两端的电压？问题提出后，教师给出足够的时间，让学生进行交流和讨论，随后再安排学生进行展示。

生：实验过程中需要测定灯泡的电流以及其两端的电压，因此需要电流表和电压表。

师：在电流和电压已经测定的情况下，如何确定功率？

生：用公式P=UI来计算，这就是本实验的原理。

师：怎样设计改变电压的电路呢？

生：用滑动变阻器。

师：现在给大家提供额定电压等于“2.5 V”的灯泡、滑动变阻器、学生电源、电压表、电流表以及导线等器材，请大家先设计电路。

学生完成实验电路的设计，并将电路图展示出来，基本情形如图1所示。

师：在实验电路已经连接的情况下，我们在实验过程中应该如何操作呢？

生：先将滑动变阻器的滑片置于最大阻值处，然后闭合开关，逐渐调节滑动变阻器，让电压表的示数逐渐增大，依次记录0.5 V、1 V、1.5 V、2 V、2.5 V等电压条件下电流表的示数以及灯泡的亮度。

教师示意学生开始实验，并做好相应的记录，学生完成实验，并记录和处理数据（见表1）。

师：结合实验，你们获得了哪些认识？

生1：我们发现，电压增大时，灯泡亮度逐渐增大，且电功率在增大。这表明灯泡的亮度情况与其实际功率是相对应的。

生2：我们观察了灯泡的铭牌数据，发现2.5 V时的功率确实与它所标记的额定功率相等。

生3：我们在实验过程中还尝试了更高的电压，灯泡的亮度也更大，功率也更高，但是电压太大之后，灯丝烧断了。

师：首先，我们要表扬一些同学勇于探索的精神，即便是器材损毁也是值得的，这告诉我们在使用用电器时不能让电压超过额定电压。另外也要批评他们，实验过程中不能盲目操作。既然将额定电压标记出来，我们要先思考一下它的含义，然后再操作。毕竟这个过程是有危险的，这一次仅仅只是灯丝烧断，如果是在日常生活中，这样的情况务必要避免。就知识学习而言，同学们刚才总结了额定功率和实际功率这两个概念，请大家在后续学习中继续区分和讨论。

3    教学随感

在物理课堂上，教师要对接学生的已有认知基础，在最近发展区设置铺垫，让学生能自主发现问题，并产生建立新认知的期待。在导入环节，教师由实验着手引出对“做功快慢”的思考。学校实验室原有实验器材是老式的电能表，可以通过转动的快慢来反映电能消耗的快慢，如果依然用这个器材来进行实验，可视度不理想。使用数字型电能表，结合指示灯的闪烁情况来反映电能的消耗快慢，这样的教学能够给学生提供更加直观的认识，将学生的思维导向新概念的建立，整个过程实现了新旧认知的无缝衔接，极大提升了学生探究的兴趣。

在指导学生认知电功率这个概念的时候，教师要认识到学生通过力学学习已经能够很清楚地把握功率这个概念。教师务必要让学生将相关认识迁移过来，这样做的目的不仅是为了帮助学生理解电功率，更主要的是让学生将功率和电功率都整合到能量观念之中，让学生意识到这些内容是相通的，这对学生物理概念的体系化认识有较大帮助。教学实践表明，学生在认知“做功多少”与“做功快慢”这两个物理量时存在一定的障碍，为此教师一开始就将“做功快慢”作为概念建立的基础，并由此将学生的思维引向有关研究，这有助于学生区分认知，并提升概念理解的效率。

在探究中，教师没有给学生太多的约束，以致于学生在实验中选择更大的电压来进行实验，几乎每一次实验中都有学生出现这种情况，这也在教师的预料之中。教师让学生自主操作和体验，当他们经历了灯丝烧断之后，再进行额定电压的介绍，这样能够给学生更加清晰的认识。此外，学生在实验中充分经历了额定功率与实际功率的比较，显然要比生硬的概念灌输产生的效果更好，且能更好地发展学生的核心素养。

参考文献：

[1]蔡卫东.基于科学探究下的概念规律课教学设计与实践——以教科版“动量”教学为例[J].物理教师，2018，39（2）：24-28.

[2]沈希克，郑渊方.基于学生核心素养达成的物理概念教学——以“沪科版”九年级“比热容”一课为例[J].物理教学探讨，2019，37（3）：75-78.

[3]石尧.核心素养视域下初中“功”概念的过程教学——兼谈乘积定义法的教学逻辑[J].中学物理教学参考，2018，47（3）：9-12.

（栏目编辑    刘   荣）