核心素养视阈下“电流做功”的创新教学设计

收稿日期：2023-08-01

作者简介：王凯（１９８８－），男，中学二级教师，主要从事中学物理教学工作。

摘   要：对“电流做功”一节进行教学创新设计，围绕电功概念的建立和电功计算式的探究，探索包含了物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任四个方面的物理学科核心素养在物理概念教学中的有效落地。

关键词：电流做功；概念教学；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）4-0039-5

随着《义务教育物理课程标准（２０２２年版）》（以下简称“新课标”）发布，部分标准的要求出现了变化，如电流做功部分在内容标准要求上从“理解”调整为“了解”。

虽然要求降低，但该节内容在以素养为导向的新课程理念下，恰为学生核心素养的发展提供了良好契机。本研究尝试在“电流做功”一节中，对素养导向下的概念教学进行探索。

１    教学目标——超越“了解”

新课标中“电流做功”为一级主题“能量”下二级主题“电磁能”中的内容，课标要求为“从能量转化的角度认识电源和用电器的作用”“结合实例，了解电功和电功率”［１］。相较于２０１１版课程标准中的“理解”要求，新课标中降低了认知难度，仅要求“了解”电功，即通过贴近学生学习生活的实例，了解“电功”概念，而对电流做功大小的影响因素及计算并未要求。但若将“电流做功”一节置于发展学生核心素养这一总目标下来看，将“电功”局限于“了解”，虽然在客观上降低了认知难度，但也错失了发展学生核心素养的良好契机。“电流做功”一节中，在概念建构和计算式W=UIt的探究过程中，存在诸多极具素养发展价值的教学契机，应在不增加学生认知负担的基础上，整合学生既有认知，进行教学优化设计，以期促进学生物理学科核心素养的发展。针对该节内容，从素养发展的角度，设计表１所示的超越了“了解”层次的素养导向教学目标。

基于素养导向的教学目标，本研究分别从宏观上概念的教学过程以及微观上电功概念建立和电功计算式W=UIt的探究过程等关键教学环节进行创新教学设计。

２    教学设计——解决序列化任务

传统的教学实践中，教师在处理电功概念的建立和电功影响因素的探究及电功计算式W=UIt时缺乏有效方法，往往直接讲授概念和电功计算式，最后辅以典型例题促进学生理解概念。这样的教学指向知识的传授，而非学生素养的发展。为达成素养导向的目标，应引导学生通过一系列问题的解决来建构概念和掌握规律。

２．１    宏观教学流程设计

依据概念形成的一般心理过程（图１），本研究将“电流做功”的教学流程划分为“感知—观念—概念”三个主要环节，从定性感知能量转化向定量描述电功进阶，逐步完成电功概念的建构，并进行电功大小的探究，借助实验探究和基于模型的理论推导和论证，发展学生的能量观念、科学思维和科学探究能力。

２．２    关键教学环节设计

２．２．１    建立电功概念——渗透能量观

电功概念的内涵包含两方面：其一是通过电流做功实现电能向其他形式能量转化；其二是电流做了多少功就消耗多少电能。电功概念的建立需要学生通过一系列活动，逐步从定性感知转变为理性建构，这一环节可以参考表２所示的序列化活动来展开。

２．２．２    探究电功的影响因素——化困境为契机

通过实验探究“电功大小的影响因素”是很多电流做功教学案例中会涉及的教学活动，从以往的教学实践来看，探究活动多局限于定性研究电流做功与电压、电流、通电时间的关系，定量研究鲜有开展，总有意犹未尽之感。部分教师曾尝试通过电流热效应［２］、电机做功［３］、计量插座［４］等途径来反映电流做功的多少，进而进行定量研究，但往往存在实验设计干扰变量多、严谨性不足、数据难以满足需求、结论经不起推敲以及成本较高难以复现等问题。深入分析电功计算式W=UIt，可知电流恒定时在电路中能形成稳恒电场，电功可视为电路中稳恒电场内电场力做功的结果［５］，但无法直接测量。而将电功转化为其他形式的能量来加以定量研究时，存在能量耗散、干扰变量多等问题，在中学阶段难以依托实验验证这一定量关系，初中阶段的学生也尚不具备从电场力做功的角度展开理论研究的基础。

面对这一教学中的切实困境，本环节让学生自主设计探究方案并实践，在实践的基础上反思实验探究“不理想”的原因。一方面，发展学生的科学探究能力；另一方面，通过对实验原理缺陷的反思进一步促进能量观念的形成，化教学困境为发展学生核心素养的契机。这一环节可以依托表３中的序列化活动展开。

２．２．３    探究W=UIt——基于模型的科学推理

正是因为在学生既有的认知水平上通过实验探究电功与电压、电流、通电时间的定量关系有一定难度，教材中通常通过直接给定的方式呈现W=UIt，但直接呈现既显得突兀，也错失了发展学生科学思维的契机。本研究尝试借助“微元”思想，开展电功大小的理论探究。“微元”即基本分析单元，本研究中以单个用电器为基本单元，建立基础模型，借助串、并联电路的特点来探究电功与电压、电流、通电时间的关系，可以通过表４中的序列化活动来进行模型建构和推理。

３    结语：素养视阈下的因“材”施教

相较于以知识为核心的传统教学，研究以素养为导向，对“电流做功”这一内容从目标设定到具体实施进行了探索。学生在大量实例的基础上逐步建构出电流做功的概念，依托用电器实物形成了直观的功能关系。在达成这一“了解”目标的基础上，初步形成包含“电能”的能量观；在电功大小及其影响因素探究这一环节，化困境为契机，通过实验探究与理论探究两个环节，有效达成知识目标和素养发展目标。前者旨在通过实验设计及实践发展学生的科学探究能力，并利用“能量观”对实验方案进行反思；后者依托用电器电流做功模型，通过科学推理与科学论证得出W=UIt。从效果来看，这一设计在实践中虽然颇具挑战性，但当教师一以贯之地围绕素养目标来改进教学，有意识地在前期教学中渗透能量观念和模型建构等科学思维，本课的实践过程则会是顺畅且有效的，尤其是初步形成“能量观”的学生，在学习过程中对电路的物理本质的理解更深刻。纵观本课的教学设计，在素养目标导向下，发展学生的物理观念和科学思维，提升科学探究能力，并深入理解“实证”思想，是一次超越课标，更高、更深远的教学尝试，既是根据具体学情的灵活调整，也是对教学内容的一次因“材”施教。

参考文献：

［１］中华人民共和国教育部．义务教育物理课程标准（２０２２年版）［Ｓ］．北京：北京师范大学出版社，２０２２．

［２］杨鹏，刘少国，黄海深．“探究电流做功的影响因素”实验的改进［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２２，５１（２０）：６１－６３．

［３］温剑飞．利用“计量插座转换器”探究Ｗ＝ＵＩｔ［Ｊ］．中小学实验与装备，２０２３，３３（２）：４５－４６．

［４］张敏．自制“电流做功多少”演示仪［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２３，５２（２）：６５－６７．

［５］赵凯华，陈熙谋.新概念物理教程 电磁学（第２版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００６．

（栏目编辑    邓   磊）