作者:胡愉华 王龙凑
摘 要:物理概念是客观事物有关物理的共同属性及本质特征在人们头脑中的反映,是客观事物的抽象。已有的物理概念教学大多是从知识、技能、方法的角度来设计,而缺少对学生核心素养的培养。物理核心素养体现培养全面发展的人的共性,主要由物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任四方面构成。以“电阻”概念为例,展示以培养学生核心素养为主的概念教学案例。
关键词:概念教学;核心素养;电阻
物理概念是客观事物有关物理的共同属性及本质特征在人们头脑中的反映,是客观事物的抽象[1],掌握牢固的、正确的物理概念是学好物理学的前提和重要保障。本文以人教版九年级教材中的“电阻”概念为例,展示以培养学生核心素养为主的概念教学案例。
一、教学目标
1.物理观念
通过实验尝试改变电路中电流的大小,从中认识“导体能够导电同时对电流又有阻碍作用”的性质,了解什么是电阻,知道电阻的各种单位及换算关系。
2.科学思维
通过“河流”类比,让学生学会应用类比推理的思维方法。
3.实验探究
建立微观模型,让学生加深对电阻概念的理解,并提出影响导体电阻大小的因素的合理猜测,体验发现问题、合理猜测、设计实验方案和获取证据、分析论证的过程。
4.科学态度与责任
激发学生对概念和实验的兴趣,使学生积极主动进行实验操作。通过实验探究活动,体验探究的乐趣,使学生乐于观察、实验,培养学生团队合作与交流的能力,进一步培养学生的核心素养。
二、教学重点
电阻概念的得出和影响导体电阻大小因素的研究(引导学生设计、操作实验,帮助学生对实验数据进行分析、归纳,得出结论)。
三、教学难点
理解不同电阻对电流的阻碍作用不同(类比“河流”,建立微观模型);运用科学的研究方法合理规划实验过程(引导学生讨论、交流)。
四、教学过程
1.创设情景,构建电阻观念
【导入】用电教设备播放广场舞《小苹果》,让一位学生上台将音量慢慢调高,再慢慢调低,让学生认识到音量的变化,表明通过喇叭中的电流也在发生变化。
让一位学生上台调节台灯的亮度变化,引导学生认识台灯亮度的变化,表明通过灯丝中的电流也在发生变化。用生活中学生熟悉的东西引入,激发学生兴趣和求知欲。
【问题】为什么铜导线与铁导线的用途不同呢?同是导体,为什么它们导电能力又有不同呢?
【实验】将课本图16.3-1实验装置进行简单改装,把铁丝和铜丝分别接入电路,观察一下灯泡的亮度有什么不同。
先将铁丝接入电路,合上开关,观察小灯泡的亮度。
将铁丝换成长短、粗细相同的铜丝,合上开关,观察小灯泡的亮度。
【现象】接铁丝时灯泡暗,接铜丝时灯泡亮。
【分析】实验中用的是相同的电池,也就是说电压相同,为什么两条导线中的电流不同呢?原来,导体能导电,但同时对电流又有阻碍作用;相同电压下,导线中电流不同,说明两条导线对电流的阻碍作用不同,从而引出电阻概念,并知道电阻表示导体对电流的阻碍作用,导体的电阻越大,它对电流的阻碍作用就越大。
2.类比法、微观模型法激发科学思维
初步引出电阻的概念后,再通过类比方法对电阻概念进一步理解,把一条河流比作一段导体,把河流中的河水比作导体中的电流,用河水流动的顺畅程度来类比反映电阻的大小。如果河流越宽,河水经过时受阻碍越小,河水流动越顺畅,借此理解导体电阻与横截面积的关系;河流越长,河水经过河流受到的阻碍机会越多,穿过河流的难度越大,借此理解导体电阻与长度的关系。通过类比方法,更容易加深学生对电阻的概念和电阻与材料、长度、横截面积关系的认识。
教师通过电流和电压的单位比较,引导学生给出电阻的单位欧、千欧、兆欧和换算关系。教师通过步步引导,激活学生的思维,让学生利用已知的河流来认识电阻概念,这一过程,让学生体会到类比推理的思维方法在物理学中的重要性,并能够将已有的知识和技能进行有效迁移,建立起知识之间的联系,学会举一反三,让学生逐步形成科学的思维方法。
通过类比法让学生初步认识电阻,学生的科学思维还处在兴奋状态时,老师抛出问题:既然导体有电阻,电阻有大小,那么猜一猜:影响导体电阻大小的因素可能有哪些?此时,为了培养学生的探究能力,有必要从微观层面建立模型进行深入分析,让学生自己提出合理猜想。
从微观角度来分析电阻,顾名思义是由电路中的分子热运动对带电粒子流过时所产生的干扰,可形象地命名为“阻力”,一般的说,在以电子运动为主的导体(即大部分金属)中,这种“阻力”主要来源于物质分子与快速移动的电子碰撞所造成的能量损失如(圖1)[2]。
以金属导体为例,如上图,金属里面有大量自由电子,它们是可以自由移动的,当导体两端加上电压时,原来杂乱无章运动的电子就会受到推动力,就会做定向移动,电荷的定向移动就形成了电流。对一个单独的自由电子而言,它就不断受到所路过地方的原子核的吸引及不断的碰撞[3],电子受到原子核的阻碍作用,这就是电阻的本源。
上述微观模型建立后,教师接着引导学生思考影响电阻的因素:横截面积大的金属有较多空间让电子流动顺畅,故电子受到的阻力较小;电子流过较长的金属时,一般会发生相互作用的概率就大大增加,故长的金属电子受到的阻力较大;金属的温度越高,电子热运动越明显,碰撞的机会就越多,电阻就越大;不同材料的金属,原子结构排列不同,其电子受到的阻力也不同。由此就可以让学生自己猜测影响导体电阻大小的因素,为下一步的自主实验探究做好铺垫。
3.自主实验探究
【问题1】影响导体电阻大小的因素可能有哪些?
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本文标题:基于核心素养的“电阻”概念教学案例
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