用问题引领课堂 凸显核心素养——以“闭合电路的欧姆定律”教学为例

吴玮佳

(南京师范大学附属中学,江苏 南京 210000)

教师对于课堂的把控，很大程度体现在将教学内容自然地融入一系列逻辑严谨的问题之中。通过思路清晰的引导,在把控课堂大方向的前提下关注教学的生成性,不刻意限定学生的思维,让学生作为学习的主体，说出教师想要表达的内容,充分参与到科学探究之中,自然地将教学内容吸收并内化。在这一过程中形成物理观念,提高科学思维能力,体验物理与生活的息息相关。笔者以“闭合电路的欧姆定律”一节的教学为例进行阐释。

1 教材分析

自2017年版课程标准施行以来,核心素养就成为了广大教师与学者热议并深入研究的课题。对于一线教师而言,需要通过环环相扣的、严谨的教学思路，展现各知识点之间内在的、本质的逻辑联系,同时关注以学生为主体的课堂生成,让所有问题与知识点在教师引领下经由学生之口说出来,[1]以此来强化学生的物理观念,让学生体验科学探究的过程,通过科学推理与论证建构物理模型,培养科学态度与责任。[2]

新版人教版教材将旧教材中“恒定电流”一章拆分为“电路及其应用”与“电能 能量守恒”两章,明确地将高中物理电路部分的内容分为“路”与“能”两条线,与必修系列中的“力”与“能”两大版块相呼应,有利于学生学习方式的延续和能量观念的形成,符合教学逻辑。新版教材将电源电动势的介绍直接纳入了“闭合电路的欧姆定律”一节,避免了旧版教材的缺陷，旧版教材在本章开头就引入电动势的概念、研究电源内电路,导致学生对电动势和路端电压的关系一直存在疑惑和混乱。

2 教学主要问题设计

“闭合电路的欧姆定律”一节的教学主要包括认识闭合电路(尤其是内电路)、内外电压与电源电动势的关系、闭合电路的欧姆定律、路端电压与负载的关系等四个部分。

2.1 灵活处理提问顺序,正确处理教学重难点

问题1:实验演示电路如图1所示，开关闭合前后,电压表示数会变化吗?如何变化?原因是什么?如果是理想电源,结果应该怎样?

图1

教学意图:课堂引入是整节课教学的开端，以简单的演示实验创设问题情境,通过实验明确开关闭合后电压表示数会变化,且减小,引出主线问题:减小的电压去了哪里?设置与学生原有认知中理想电源的情形下电压表示数不变的冲突,将学生的目光聚焦于电源内部,顺理成章地猜想：变化的原因在于电源有内阻。

对于上述问题的提出顺序,视学生的回答而定。若有同学认为电压表示数不变,则可追问不变的理由,即先对理想电源进行分析,再演示实验进行反驳，再让猜想示数变小的学生说明理由；若学生认为会变,则先追问：如何变化？随即进行实验验证,再让学生说明理由,并追问：若是理想电源会怎样？两种提问的目的都是明确电压减小的事实,为介绍电源内电路做铺垫。

2.2 强化能量观念,注重课堂生成,不给学生的思维限定框架

问题2:闭合电路的内、外电压与电源电动势之间的关系是什么?

教学意图:以一个任务性的问题引领这部分的教学,让学生开放思路进行推导后交流,在学生回答的过程中结合板书逐一展示重点信息。若学生先从电路中能量转化的视角进行推导,qE=qU内+qU外,则可将表达式化简,得到E=U内+U外,教师适时提问:这样的推导有前提条件吗?再引导学生将结论进一步写成E=Ir+IR的形式,教师追问:任意电路都适用该结论吗?如果是纯电阻电路,内、外电路中静电力做的功还可以如何描述?若学生先对纯电阻电路的情形进行推导,得到：qE=I2rt+I2Rt，教师可追问：有无前提条件？对于非纯电阻电路，还能这样推导吗?

对E=U内+U外的教学是本节课的重点，教材的处理是承接前一节焦耳定律的内容,直接以纯电阻电路为例，对推导过程进行展示,得到E=Ir+IR的结论后，进一步写成E=U内+U外。在教学中有的教师也往往会受此影响,在学生推导之前就先限定好了思路,甚至在PPT上按顺序列好了类似的子问题：以纯电阻电路为例,在内、外电路中静电力各做功多少？非静电力做功多少？这样的提前设定迫使学生必须按照教师预设好的顺序来思考,不利于学生物理观念的形成及科学思维能力的提升。教材中的推导对学生的限制需要教师有意识地去打破,教师需起到引领作用,提出问题之后根据学生的反应进行课堂生成,适时调整问题顺序,强调能量守恒的观念以及各表达式的适用条件。

2.3 严谨建构物理模型,体现科学思维培养的要求

问题3:观察闭合电路欧姆定律的表达式,负载R与内阻r是什么关系?由此可对电源内电路做怎样的处理?你如何回答最开始提出的的问题：减小的电压去了哪里?

教学意图:在一些教学设计中,教师会在教学伊始介绍内电路时，就把图2所示的电源等效电路图展示出来,这看似心照不宣,但细想没有逻辑和理论支撑,如果能直接给出这样的等效形式,那就是已经默认了负载和内电阻之间的串联分压关系,那还需要推导闭合电路欧姆定律吗?如果教学逻辑混乱,何谈培养学生的科学思维能力呢?

图2

因此,为突出体现内阻,在开头介绍内电路时最多只能先模糊处理,将电源内部大致描绘出来。直到得出闭合电路的欧姆定律之后,才能明确内电阻与负载R就是串联分压的关系,构建起电源的等效模型。这样的教学才能让学生体验由物理规律的得出到物理模型的建构的完整过程,帮助学生通过科学推理，建构物理模型,培养科学思维,同时养成严谨认真与实事求是的科学态度。[4]

2.4 挖掘演示实验的教学功能,设置简单情境,突出学生学习主体地位

问题4:用图1所示电路进行演示，均匀移动滑动变阻器的滑片(阻值由大变小),电压表示数如何变化?变化均匀吗?你能从理论上进行证明吗?

教学意图:仍使用课堂教学开始使用的电路进行演示,使简单的情境得到充分利用,通过现象不仅让学生观察到路端电压随负载的变化情况,还借情境推进下一步教学,让学生推导二者之间的定量关系,这比教师直接提问更能激发学生进行科学推理与论证的兴趣。此外,在理论推导之后,展示由实验数据拟合成的U-R图像,对函数关系进行验证。

教材中对这一部分的处理是直接推导，给出了表达式U=E-Ir，并未对电源内阻是纯电阻进行说明,并且路端电压与负载均作为外电路的特征,学生更容易想到的可能会是U=IR。因此,运用图1所示电路进行演示的好处在于暗示学生在此情境下可先以纯电阻电路进行推导,符合学生的认知规律,同时也将内电阻问题放至下一环节再做具体说明。

问题5:如图3所示,已知电源电动势为3V,内阻为1Ω,直流电动机额定电压为2V,内阻为2.5Ω,求电动机正常工作时电路中的电流。

图3

教学意图:创设简单的应用情境,将负载换成电动机,以例题的形式让学生发现此时无法用路端电压与负载阻值之比来表示电流,“逼迫”他们转而从内电路着手解决问题。让学生在这一矛盾转化的过程中体会到解决动态电路问题时需用的换元思想,同时也借助他们的“思想斗争”引出电源内阻是纯电阻的问题,借学生之口说出教师想要说的内容,充分体现了学生的学习主体地位。此外,如果学生对电源内阻是纯电阻提出质疑,可让其课后查阅资料并设计实验进行验证,这又可在课外培养学生的科学思维和科学探究的能力。

2.5 回归生活应用,凸显科学态度与责任

问题6:为什么在偏远地区,傍晚时灯泡的亮度没有夜深人静时亮?

问题7:为什么用旧的电池不能使手电筒正常工作,却还能使电子钟正常工作?

教学意图:在课堂的最后介绍生活中的实例,体现生活——物理——生活的整体教学思路,让学生能够意识到生活与物理息息相关,形成探索自然的内在动力。同时,要注意对这两个问题的解释一定要细致,如为了回答问题6，需要建立理想模型,将所有用电器之外的部分等效成电源电动势与内阻,并明确灯泡的亮暗由实际功率决定,一定要分析到功率这一步,而不是分析到路端电压减小为止。对于问题7要明确“旧电池”的特征是电源电动势变小、内阻变大,这也是为之后动态电路的分析做铺垫。

3 结语

对学生核心素养的培养体现在教师每一节课的每一个细节之中,是一项极具挑战性的任务,它对教师的教学能力与学科水平都提出了相当高的要求。本文仅以“闭合电路的欧姆定律”一课为例,结合知识点间的关联,让问题成为主线的同时，根据学生的课堂生成灵活处理预设问题，尽可能将课堂开放化，引领学生体验完整的探究过程，做到课课严谨、处处育人。