基于探究问题发展学科核心素养——以闭合电路欧姆定律教学为例

陈敬华

(广西北海市合浦廉州中学 536100)

问题是学生思维的引擎，学生的思维是围绕问题展开的，好的问题能直指课堂的核心知识，启迪学生思维，为探究过程指明方向，如何让学生发现问题，提出问题，就要创设物理情景，问题的提出要情景化，是基于物理学概念、规律、理论的形成特点.所以基于物理情景发现问题，提出问题，基于情景中的问题展开探究，在探究中形成和理解物理概念和规律，在探究中发展科学思维，利用所学的概念和规律通过科学思维解决情景化的问题，形成物理观念，是物理课堂教学发展学生核心素养的基本路径，必然要求；物理情景化的特质与要求告诉我们，物理情景的创设要基于生活与自然、体现物理学科特点、内含问题，简明扼要，要做到历史性与时代性相结合，要能激发学生的兴趣；其具体策略是：(1)通过联系生活、生产、自然现象创设情境，(2)通过实验创设情境，(3)通过动画、视频创设情境，(4)通过回顾物理学发展史创设情境，(5)通过复习旧知识创设情境.

一、闭合电路的欧姆定律的教学的情景创设

设计如图1所示的右侧电路，当灯泡接上两节干电池时，灯泡发光，但还不是最亮，为使灯泡更亮怎么办呢？(学生讨论)多数学生认为接上电压更大的电池，接着展示左侧电路，接上9V(旧)电池会怎么样？此时多数学生认为灯泡会烧掉，结果灯泡更暗，为什么？测出此时的灯泡的电压只有0.5V左右，是否旧电池的电压太低了，断开灯泡与电池的连接，测出此时电池的电压约7.5V，提出核心问题，7V的电压到哪里去？通过学生的讨论分析得出只能是电池的内部分掉那7V的电压，接着围绕丢掉的7V的电压到哪里去对电池展开探究.

点评上述情景的创设简明扼要，没有一点的花架子，很容易让学生提出要探究的问题：9V的旧电池给灯泡供电不如3V的电池亮的原因是什么？问题打破了学生的原有认知，引起认知冲突，激发学生的探求欲望，朴素而高效，直指本课的教学核心.

物理问题的探究要深度化，即探究问题的结论要触及学科知识的内核，要能让学生通过探究过程及结果建立正确的物理概念，规律，及概念规律间的关联，进而形成体系化的学科核心知识架构，促进学生物质观、运动观、能量观的建构，探究问题的过程要凸显科学思维和方法，要具有层次性，由浅入深，层层递进，由低阶思维到高阶思维，突出模型建构、科学推理、科学论证、等科学思维的体验，通过对问题的深度探究，培养学生的批判性思维，使学生的思维是基于事实和证据的，独立而不盲从，具有创新和多元，敢于质疑；探究过程要致力于培养学生解析、分析物理现象、过程、结论的意识、角度和眼光，使学生学会猜想与假设，设计实验与制定计划，进行实验与收集证据，分析论证、评估、交流与合作，基于物理现象和过程，构建物理模型，运用分析综合、推理计算，联想与迁移，形成物理学科的概念、命题、理论的思维方式、认识模式和观念、思想，形成物理学科文化和物理学科本质的人文精神、科学精神、科学责任，形成物理学科的精气神，并能感悟到物理学科独特的魅力，产生对物理学持久的热爱和兴趣.

二、欧姆定律的探究过程设计如下

基于实验提出7V的电压到哪里去后，接着围绕这一问题设计实验展开探究，设计学生的活动程序如下：

活动1：学生给如图2所示的电路中的电压传感器标上正负极，后按电路图连接好电路；

活动2：学生通过实验探究内外电压的关系；

活动3：选取其中的两组进行分析、讨论，数据如下：

根据实验结果设计如下两个问题：

(1)等效电路如图3所示由实验数据可得内外电压之和为一常数，这个常数有何物理意义呢？引导学生先从能量守恒的角度去探究常数的意义，对问题(1)的探究路径可根据学生的实际设计如下阶梯问题：①设电路的电流为I，经时间Δt，通过电路的电荷量q是多少？②外电路消耗多少电能？内电路又消耗多少电能？消耗的电能从何而来？③由实验结论U外+U内=常数(k)两边同乘q后你有何发现？由此可得常数k表示什么意思？由qU外+qU内=q·k及能量守恒可得：k表示单位电荷循环一周的过程中，电源把其它形式的能转化为电能的数值，即单位电荷循环一周的过程中非静电力所做的功，从而建立电动势概念及归纳总结出闭合电路的欧姆定律；再让学生利用移动探针按如图4所示的电路沿电流方向，测出各点的电势，并在坐标系中画出A、B、C、D、E、F各点的电势，(设A点的电势为0，结果如图5所示)，学生从图像中容易得到k=ΔU1+ΔU2，且沿闭合电路一周，电势的总升高等于电势的总降落，使学生从另以侧面理解闭合电路欧姆定律，这样对定律的理解更完整、全面.

(2)内外电压随外电阻的变化如何变化？对此问题的探究可解析7V的电压到哪里去，回答开始提出的问题.

点评把演示实验改为学生的分组实验突出学生在探究问题的主题地位，通过学生的实验操作，数据获取及分析讨论，能多维度提升学科素养，从能量守恒的角度对U外+U内=常数(k)中常数物理意义的探究，设计阶梯型问题可以降低探究的难度，培养学生利用能量观点分析物理问题的习惯，利于能量观念的形成，通过作电势分布图像，使学生更能深刻理解闭合电路欧姆定律，对概念、规律达到深度化理解.

学生学习新知识的过程本质是发现问题，解决问题的过程，物理概念、规律的教学过程要运用问题模型，使学生学习的知识问题化，经历情景—问题—探究—结论(概念与规律)的实践过程，形成物理观念，发展科学思维，提升科学探究能力，树立科学责任和态度.