基于深度学习的初中物理教学设计与实践

初中物理深度学习的主要目标是帮助学生掌握基本的物理知识和原理，深入了解物理知识的本质和规律。通过深度学习，教师能够培养学生科学探究的能力，促进创新思维的形成。在教师的设计和引导下，以实验探究的方式突破重点，构建新的学习思路和方法，使学生在物理探究活动中进入深度学习状态，进而提高物理教学质量。在深度学习过程中，教师可以适当设计挑战性较强的学习题目，理顺学生的解题思路，并通过实验操作强化学生掌握物理原理的推理和论证方法，提高解决问题的能力。基于此，本文以“科学探究：电流的热效应”教学为例，对初中物理教学中通过设计与实践完成学生深度学习进行了分析。

一、教材分析

通过之前的学习，学生已经掌握了电功率及其概念，并懂得不同公式的运算方法。在日常生活中与电热相关的各种现象都会产生电流的热效应，“科学探究：电流的热效应”主要通过实验对电热的影响因素进行探究。电热在各种电路中的预算方式及电流热效应在实际生活中的应用是本节课程的主要内容。电流热效应现象的发生具有一定的规律性，因此，教师可以采用规律性分析方法，根据分析结果将其应用到实际中，并进行综合讨论，逐步深化内容，由深入浅、层层递进，进而符合学生的学习情况和学习需求。

二、教学目标

1.认识并了解在导体的作用下电流是如何产生热效应的，能对这一现象进行归纳和总结，懂得其中的原理和机制。

2.通过示范引领学生独自完成实验任务，锻炼学生的实验操作能力；在电流的热效应实验中，能够熟练使用电压表和电流表，确保电路参数的稳定，其中包括温度、电阻、电流、电压等。

3.仔细分析实验过程中产生的数据，并对影响热效应的各种因素进行深入研究，如电流通过的时间和强度、导体材料等，根据原理进行论证并提出质疑，总结出正确答案。

三、教学重难点

教学重点：

1.电流通过导体时会产生一定的热量，需要在实验操作中探究其中的影响因素。

2.知道什么是焦耳定律，掌握该定律的运用方法。

教学难点：

电流通过导体产生热量的实验需要设计相应的实验电路，顺利完成实验分析影响因素。

四、教学设计与实践

（一）创新实验引入，体验电流的热效应

（教师提前准备相应的实验工具，如图1所示，利用蓄电池和电阻丝进行实验，做好一系列准备工作，为接下来的实验提供便利。）

师：同学们，今天我们学习“科学探究：电流的热效应”的内容，首先需要通过实验来理解电流的热效应。接下来，老师演示，大家要仔细观察。

实验过程：把蓄电池正极和负极连接到电阻丝的两端，形成一个简单的电路，同时将电压表和电流表与导线连接到一起，便于测量电压和电流。

师：这个实验非常简单，且易于操作。通过观察老师的操作过程，你们发现了什么？

生1：当电流在电阻丝中通过时，在电阻的作用下能使电阻丝产生热效应。

师：回答得很正确。有谁能回答这种热量的转化过程是什么？

生2：当电流通过时，电阻丝会出现发红现象并产生热量，这也是电能转化为热量的一个过程。

师：非常好！电能转化为热量的过程，实际上就是电流的热效应，我们可以用Q来表示。

（设计意图：通过实验性的教学手段激发学生学习的热情，利用清晰的实验现象加深学生对电流热效应的认识。通过具体问题的引领，学生能将实验联系到日常生活，从生活中发现电流的热效应，进而对热效应的概念有更深的理解。）

（二）新课教学

在学习新内容之前，设置相关问题，让学生带着疑问去学习和探究。

师：我们可以把生活中的家用电器利用起来，只要是电器都会在导体的作用下通过电流最终产生热效应，大家能举例说明几种家用电器吗？

生3：有电磁炉、电水龙头、电热水壶、电饭锅等。

师：这些电器在电能转化为热量的过程中有哪些共同特点呢？

生4：这些电器内部通常包含电阻丝或电阻体，电流通过这些电阻产生的加热效应将电能转化为热能。

师：站在物理学的角度进行分析，在这一过程中产生的热效应现象尤为明显，是因为导体内有电流通过，把电能转化为热能。

师：什么是电流热效应？有谁能举例说明吗？

生5：电流热效应的实质就是电能转化为热能。当电流通过电阻时会消耗一定的电能，从而产生热量，导体的温度也会越来越高。

生6：如电热水器，当电流在电阻丝中通过时会产生热量，随着电流的不断通过，产生的热量越来越多，使水温不断升高，这是采用了电能转化为热能的原理。

师：很好，其他同学还有什么看法？

生7：我观察过电饭锅底部的电热盘，当电流通过电热盘时会产生热量，这些热量会使锅内食物的温度越来越高，最终把食物煮熟。

师：非常正确。我们生活中使用的家用电器在启动运行过程中都会随着电流的通过而产生热效应。

师：接下来，我们共同演示实验。

教师拿出提前做好的实验教具，组成如图2所示的实验电路图。

师：同学们，这是老师自己制作的实验教具，有定值电阻、镰锯合金线以及铜导线，它们的公式分别为R=20Ω、R1=R3=2Ω、R2=0.2Ω。

我们要从实验中看到电流的热效应，可以把火柴作为辅助工具，分别放在电阻丝上，接通电源使电流通过，观察火柴的自燃时间。

通过刚才的实验操作，同学们发现没有，电流是在同一时间进入导体的，但电流产生的热量却各不相同，那其中的原因是什么？

生8：虽然通电时间相同，但电流产生的热量并不相同。

师：那么，热量产生最多的是什么？

生9：产生热量最多的是R1。

师：你是根据什么现象判断的？

生9：最先点燃的是R1上面的火柴。

师：我们可以根据火柴的点燃时间来判断电流产生的热量，在什么样的条件下造成了电流产生热量的差异？大家可以把R1、R2进行比较。

生10：受电阻的影响，使电流产生不同的热量。

（设计意图：深度学习不只是关注其真实性，更重要的是让其在日常生活中得以体现。在这个课题中，将电阻丝点燃火柴的场景主题贯穿教学，通过观察实验结果来理解其核心。这种方法逐步深入，真正展现了真实环境的结构性设计思路。）

（三）学生分组开展实验探究

实验1：探究电热Q与电阻R的关系。

探究问题：（1）要把什么控制在稳定状态并保持不变？应该用什么方法控制？

（2）要改变什么内容？应该怎么做？

（3）电流的大小要如何才能显示出来？

学生利用实验教具正确操作，确保导体中有电流通过，电流与通电时间相对稳定，采用不同的电路接入方法获取不同的电阻数值。

实验2：探究电热Q与电流I的关系。

探究问题：（1）要控制谁并确保保持稳定？

（2）要改变谁的大小？

（3）电热Q与电流I之间存在什么样的关系？

学生利用实验教具正确操作，使两边盒子里接入电路的电阻与通电时间保持一致，通过设计电路图改变电流的大小。

（设计意图：要达到深入的学习境界，必须通过活动和实际体验，让学生通过实际操作感受乐趣，获取知识。如果教学活动机械化，将很难激起学生的好奇心，因此，挑战确实是确保活动成功的关键。教师鼓励学生独立设计与电路图相关的各种因素来生成热量，这样的设计对于刚开始学习电路的学生来说，既具有挑战性，又非常适合，能够促进学生积极参与到实验活动中，并从中获得丰富的经验。）

在实验操作过程中，教师指导学生在导学案上以表格的形式把实现过程和实验现象记录下来，如表1、表2所示。

在实验过程中，教师要与各小组学生进行沟通和交流，观察学生是否需要帮助，鼓励小组成员团结一致，必要时进行及时的指导和点拨，帮助学生顺利完成实验任务。同时，教师可以用录视频的方式将学生的实验探究过程记录下来，使用多媒体投屏把小组的实验情况展示出来，便于学生及时发现实验中存在的问题，并探讨解决问题的方法，提高实验的准确性。

（四）学生分组汇报实验现象

实验现象1：确保电流和通电时间的稳定性，高度差距会随着U型管液面高度的上升而发生变化。

实验现象2：控制好电阻和通电时间，高度差距会随着U型管液面高度的上升而发生变化。

实验现象3：电流和电阻保持不变，在延长通电时间的同时U型管液面越来越高。各小组根据实验现象进行总结汇报：

第一，电流和通电时间相同，电流热效应较为明显的为大电阻；第二，把电阻和通电时间控制在稳定状态，通过的电流越多，产生的热量就越多；第三，在确保电阻和电流相同的前提下，通电时间越长电流产生的热量就越多。如图3所示。

（设计意图：本环节的实验案例非常成功，学生不仅通过自主设计实验电路进行实际操作，还在实验过程中关注控制变量，同时对学生的分析和总结能力进行了考查。学生通过参与和动手操作，对电流热效应的理解更加深刻，认识到电流生成的热量会受到不同因素的影响。教师在设计实验任务时，以构建问题激发学生思考，并能对实验过程和结果进行归纳和总结，正确汇报各项实验任务，学生学习和思考的方式更加灵活，不仅可以激发学生的学习热情，还能提高学生的物理学习能力。）

（五）评价电热

如图4所示，电阻Ｒ２、Ｒ４、Ｒ３串联后与电阻Ｒ１并联。

问题1：比较______和______的电热可以研究电热与电阻的关系？

问题2：比较______和______的电热可以研究电热与电流的关系？

问题3：电热与电阻、电流有怎样的定量关系？ 判断依据是什么？

问题4：用什么方法验证？

教师可以向学生展示表3中收集的数据。

问题5：请选择有效数据推测电热与电阻有怎样的定量关系？

问题6：请选择有效数据推测电热与电流有怎样的定量关系？

五、教学反思

初中物理知识具有一定的抽象性，在开展物理教学活动时，教师要把理论和实践相结合，为学生创造良好的实验环境，并发挥指引作用，促使学生自主学习和探索知识，并对知识进行归纳和总结。“科学探究：电流的热效应”主要讲解电流通过导体时产生的热量以及电流的热效应会受到因素的影响。教师可以通过组织学生开展小组实验，对学生的实验情况进行归纳和总结，有助于学生相互沟通和交流，探讨实验中遇到的问题，发表建议解决问题，有利于培养学生独立思考和学习的能力。

在实验教学中，教师需要明确物理的基本概念和规律，确保课程核心内容和难点得到落实。另外，教师还要根据不同情况选择适当的教学方法，培养学生的自主学习意识。教师通过这样的教学方式不仅可以客观地了解学生的学习进展，还能鼓励学生更加努力地学习，使其在收获知识的同时体会学习物理的快乐。

（作者单位：甘肃省兰州市第二十二中学）

编辑：赵文静