基于核心素养的高中物理教学

    朱灵俊

    

    

    

    [摘要]文章以选修3-1第二章第六节《导体的电阻》教学为例，从教材和学情分析出发，探讨科学探究、科学思维在物理教学中的落实。如在实验探究环节实施解决问题、探究能力素养的培养，用比值定义的思想方法帮助学生理解电阻率，进而培养学生的科学思维素养。

    [关键词]高中物理;核心素养;导体的电阻

    [中图分类号]G633.7? [文献标识码]A? [文章编号]1674-6058（2020）02-0049-02

    新一轮高中课程改革围绕“核心素养”展开。“核心素养”的落实，要求教师改善教学方式、丰富教学手段、构建立体式教学体系，从而让学生在接受知识的过程中，不仅以学习知识为目的，更重要的是建立正确的人生观、价值观，让学生在以后的人生道路中能够适应社会以及个人发展的需要。

    核心素养是由于时代的深刻变化和人们的观点与时俱进而产生的，是对学生发展提出的更全面、更综合的目标。它既包括我们常说的知识、能力、态度等的目标要求，也包括国家认同、自我管理、国际理解等目标。它是知识、能力、态度或价值观方面的融合，既包括问题解决、探究能力、批判性思维等认知性素养，又包括自我管理、组织能力、人际交往等非认知性素养。

    下面，以《导体的电阻》教学为例，谈谈怎样在物理教学中更好地贯彻和落实核心素养教育。

    一、教学要求分析

    学科教学指导意见里的教学要求是：①知道用伏安法测量金属丝电阻的电路，会用伏安法测量电阻。②会用刻度尺测量金属丝的直径;会通过实验探究导体的电阻与长度、横截面积的关系。③理解电阻率概念，掌握电阻定律;领会“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中控制变量的思想。④会推导导体的电阻与长度、横截面积的关系;定性了解金属导体的电阻率与温度的关系。

    二、学情分析

    影响导体电阻大小的因素，学生在初中就学过，多数学生知道长度、横截面积、材料、温度是影响导体电阻的因素，但仅知道长度长、横截面积小，电阻就大，材料不同温度不同，电阻也不同，都是定性、简单的。

    进入高中后，学生在这之前已经学习了电源电动势、欧姆定律、串联和并联电路、焦耳定律，会设计简单的电路图，会根据电路图连接实物线路，会用伏安法测电阻。

    三、基于核心素养的教学要求

    基于学生已有的知识水平和传统教学，要求：

    （1）根据提供的实验器材，让学生用控制变量法，通过小组合作探究影响导体电阻的因素，并分析数据，归纳出实验结论。

    （2）应用比值定义的思想理解电阻率的含义。

    四、基于核心素养的高中物理教学设计

    1.通过演示实验引入课题

    教师给学生展示两盏正常工作的白炽灯，规格分别为“220 V，40 W”和“220 V，200 W”，观察亮度情况，发现200 W的灯比较亮。关灯后再观察灯丝情况，发现两灯的灯丝粗细不同。让学生分析原因，得到横截面积是影响导体电阻大小的因素，再引出研究问题：影响导体电阻大小的因素还有什么？电阻大小和这些因素之间有何关系？能不能找到相应的关系式？

    2.实验探究影响导体电阻的因素

    师：我们通过实验探究导体的电阻与导体长度、横截面积以及材料的关系。如何研究电阻与这三个因素之间的关系呢？

    生：控制变量法。即控制导体的横截面积以及材料不变，研究导体的电阻与导体长度的关系……

    师：这样一来，这个问题就等于分别研究导体的电阻与长度、导体的电阻与横截面积、导体的电阻与材料之间的关系了。

    师：这些探究中，我们要测量导体的电阻值，如何测量电阻？

    生：伏安法测电阻。

    师：现在提供给大家的器材有：若干粗细不同、硬度不同的铅笔芯，放置铅笔芯的支架，电流表，电压表，滑动变阻器，干电池，导线等，请设计实验电路。

    为了节约时间，将全班学生分成8个小组，其中1?3组研究电阻和长度的关系，4?7组研究电阻和横截面积的关系，第8组研究电阻和材料的关系。

    铅笔芯是学生平常学习生活中普遍用过的，铅笔芯的主要成分是石墨和黏土，石墨具有导电性，配合粘土，其电阻又不会很小，可以避免短路。根据黏土与石墨的调配，我们可以得到不同型号的铅笔，丰富了素材的可选择性，能让学生直观地感受材料对电阻大小的影响。因此本课探究实验采用铅笔芯代替金属丝，不仅增强了认同感，更重要的是可以提升科学实验素养。

    整个实验过程需要学生全员参与，这样就能充分发挥学生的主体作用和小组合作探究的作用。教师巡视，指导学生进行实验探究，对学生在研究中出现的问题进行点拨指导，要求各组把数据记录在实验报告纸上，并进行分析，引导学生得出正确的结论，从而激发学生的学习热情。

    最后，各实验小组代表进行实验数据和实验结论的汇报。初步得出结论：导线的电阻与导线的长度成正比，导线的电阻与导线的横截面积成反比，电阻与材料的性质有关。

    3.结论的理论分析

    在材料一定的前提下，导体的电阻与长度成正比、与横截面积成反比，根据串并联电路的总电阻规律也可以得到这样的规律：

    两因素合并得到关系式，假设正比例系数为k，得到。

    然后和学生一起对k展开讨论，发现有三个特点：

    在实验探究和理论探究中，没有规定用什么材料。说明不论是何种材料，只要是同一种材料，k就是恒定不变的，与长度、横截面积、电阻大小都无关。

    不同的材料，k的数值一样吗？可以用学生之前探究的电阻与材料关系的实验数据来说明。几个导体对比，L、S都一样，只是材料不一样，那么根据关系式可知，若R不同，則k不同。

    还发现，根据生活经验，k的数值大小与材料的导电性能有关，k值小的，导电性能相对好些。

    从而确定k可以用来反映材料对导体电阻的影响。物理学上也是这么做的，把k叫电阻率，用p来表示。这样，上面的正比例等式变成了电阻定律公式。

    类似这样的理论推导，在必修1《加速度与质量、合外力关系》及选修3-1第一章《电场强度、电容器的电容》的学习中接触过，学生还是能够主动思考的。让学生在逻辑世界中感悟电阻率的含义，自然引出电阻率。

    4.电阻率分析

    电阻率与温度因素相关的教学是本节课的难点，通过一道习题和一个演示实验的分析可以巧妙地化解教学难点。采用课本中的习题：R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体，但R2的尺寸比R1小很多，通过两导体的电流方向如图1所示，试比较R1和R2的大小。

    和学生讨论明白L如何确定后，学生很快解出：，所以。

    教师引导：体积不同的导体可以通过控制厚度使电阻相同，可以使电路微型化，集成电路的发展，电阻定律提供了理论支持，但也带来了新的问题——散熱，散热不好，电路不稳定，为什么温度对电阻有影响？有什么样的影响呢？

    演示实验展示：小电珠、学生电源、敲破玻璃的200 W的白炽灯及开关串联成回路，如图2所示。合上开关，小电珠发光，用打火机烧白炽灯灯丝，发现小电珠不发光了。

    师生一起讨论实验现象：打火机烧灯丝，使灯丝温度升高，灯丝电阻变大，回路电流变得很小，所以小电珠不发光了。结论是温度升高，灯丝电阻变大。

    再用电阻定律来讨论：灯丝的长度不变，横截面积不变，材料也没变，但电阻变大了，为什么电阻率变大了。如果用电阻定律来测量某材料的电阻率，在长度、横截面积、材料都不变的情况下，改变温度，就能测到不同的电阻率，这就意味着电阻率和温度具有一一对应关系。展示课本中的电阻率表，纯金属的电阻率随温度升高而增大，有的合金的电阻率几乎是不变的。利用这些特点，可以按需制作不同的电阻。其他材料的电阻率和什么因素有关呢？与温度有什么关系呢？可以课外再研究。

    五、总结

    总之，教师应创设鲜活、真实的学习情境，带领学生领略物理学的价值，体验物理学研究过程中的科学精神，从而提升物理素养。

    [参考文献]

    [1]田亮.《导体的电阻》课堂教学实践与反思[J].新课程（下），2017（12）：146-147.

    [2]钟力，冯才梁.《导体的电阻》教学设计[J].中学物理，2015（13）：7-9.

    [3]牛有明.《导体的电阻》教学设计[J].物理教学探讨，2014（3）：69-73.