基于深度学习的初中物理教学设计与实践

林军

摘要：物理学科核心素养的培养是初中物理深度学习的核心目标，也是学生发展物理核心素养的重要路径。本文以《科学探究：电流的热效应》为例，在深度学习理念指导下，注重真实问题情境创设，设置有挑战性和适切性的探究问题，驱动学生参与学习的过程，发展学生的物理学科核心素养。

关键词：初中物理  深度学习  核心素养

深度学习是在教师精心设计与适度引领下，学生围绕着具有挑战性的物理学习主题，全身心参与以生活实际情境和物理实验为主的多种探究活动及情境互动，从形成物理观念的视角开始，通过运用模型建构与推理论证等科学思维方式，解决真实问题，从中获得成功的体验感，掌握物理学科核心知识，理解物理学习的过程，领悟物理学科的本质及思想方法的一种学习方式。学习方式的改变，科学探究及情境互动，促使学生形成物理观念、领悟科学思维，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、正确的价值观，同时培养科学探究、创新意识和实践能力，促进物理学科核心素养的全面发展。

一、初中物理深度学习的教学路径

课堂是学生在深度学习中发展物理核心素养的主阵地，其教学设计简要流程如图1所示。深度学习的教学设计应符合教学的内在逻辑和学生的认知规律及心理特点，将“知识转化为问题”，“问题转化为情境”，“情境要贴近生活”，具体的教学思路是：情境创设—问题探究—得出结论—迁移应用—实践创新。这种教学路径凸显情境教学、问题驱动、实验探究、迁移应用和实践创新，注重“以生为本”的真实性学习，让学生积极主动参与，促进实现深度学习，发展学科核心素养。

二、深度学习的教学设计

以《科学探究：电流的热效应》为例。

（一）学习目标

1.了解电流有热效应的现象及其应用与危害。

2.经历实验探究过程，体会控制变量法与转换法在实验中的应用。

3.经历实验过程，学会分析实验数据归纳得出实验结论。

4.培养应用焦耳定律分析和解决实际问题的能力。

（二）学习重点和难点

重点：①经历实验探究电流通过导体所产生的热量与哪些因素有关。

②理解焦耳定律并会简单的应用。

难点：设计电流通过导体所产生的热量与哪些因素有关的实验电路。

（三）教具与学具

希沃白板课件、自制的电流热效应探究仪、电热取暖器等。

（四）教法与学法

实验探究法、启发式、讨论法、归纳法、推理法等。

（五）教学过程

创设情境，导入新课：2022年在北京举行第24届冬奥会，这件事让我们每一位中国人感到自豪。同学们还记得2008年北京夏季奥运会的开幕式吗？我们一起重温一下那振奋人心的时刻（播放视频）。

设疑：在视频中，火炬是用什么点燃的？

衔接：不用火种能把火炬点燃吗？接下来见证奇迹的时刻（教师闭合开关给电路通电一段时间，电阻丝上的火柴被点燃了）。同学们这是为什么呢？带着这样的疑惑我们一起来学习《科学探究：电流的热效应》。

教师追問：什么是电流的热效应？电流的热效应与哪些因素有关？

设计意图：深度学习的学习情境关键在于它的真实性，情境的真实性可以培养学生发现和提出问题的能力，让学生在观察和体验后有所发现有所联想，萌发出科学问题。本课例以2008年北京奥运会开幕式点燃奥运主火炬的情境引入，就是一个贴近学生认知感受、有内在逻辑联系的真实情境，能充分激发学生的学习积极性和求知欲。

新课教学：

设疑：观察几种日常生活中的家用电器，思考当电流通过导体时在能量转化中有什么共同的特点。（学生回答）

师：其实在物理学中，把这个现象称为电流的热效应。

板书：电流通过导体时电能转化为内能的现象叫作电流的热效应。

追问：电流的热效应的实质是什么？（学生回答并举例）

师生共同演示实验：教师出示自制的教具（电路如图2所示），镍铬合金线R1=R3=2 Ω、铜导线R2=0.2 Ω和定值电阻R=20 Ω，请三位同学各拿一根火柴放在电阻丝上，过一段时间，请仔细观察将发生什么现象（闭合开关S）。

追问：观察刚才看到的实验现象，请分析在通电时间相同的情况下电流产生的热量一样多吗？（学生回答，不一样多）

追问：那谁产生的热量最多？（学生回答：R1）

追问：什么现象让你想到电流通过R1产生的热量最多？（学生回答：R1上面火柴最先点燃）

衔接：通过点燃火柴时间的不同来比较电流产生热量的多少，对比R1、R2，什么原因导致电流产生的热量不同？（学生回答：电阻）

追问：谈谈你的依据。（学生回答：R1、R2串联，电流相等）

追问：对比R1、R3，什么原因导致电流产生的热量不同？（学生思考后回答：电流）

追问：请说说你的理由。（学生发言）

追问：请结合生活经验，再想一想还有什么因素影响电流产生热量的多少？（学生回答：通电时间）

设计意图：深度学习的学习情境不仅在于其真实性，还在于生活化。本课例中通电的电阻丝点燃火柴这一情境主题贯穿教学始终，透过实验现象看本质，层层递进，真正体现了真实情境的结构化设计。

接下来，进一步追问：通过我们刚才的实验演示和思考交流，你猜想电流产生的热量与哪些因素有关？（让学生大胆地猜想，教师给予评价）

衔接：这只是我们的猜想，那电流产生的热量与电流大小、电阻值大小、通电时间这三个因素是否有关呢？电流产生的热量与这三个因素到底有怎样的关系？我们还要通过实验来进一步探究。

介绍：用图3所示的实验装置来研究电流产生的热量与哪些因素有关，研究对象是贮存器里面的电阻，电阻通电给贮存器里的空气加热，空气受热会膨胀，观察U型管两侧的液面会有什么变化。A966CE03-6294-4C5C-AEEA-9D9B1243428D

设疑：①本实验中，通过什么方法来比较电阻丝产生热量的多少？这种研究方法叫什么？

②除此之外，本实验中还运用了什么实验探究方法？（学生交流讨论后回答）

追问：高度差越大，说明产生的热量有什么不同？（学生回答：说明产生的热量越多）

学生分组实验探究：

实验1：探究电热Q与电阻R的关系。

要控制    、    不变，改变    大小。

根据桌上的实验装置，如何使两边盒子里接入电路的电流与通电时间相同而电阻不同，请设计出电路图，并画在导学案上。

实验2：探究电热Q与电流I的关系。

要控制    、    不变，改变    的大小。

根据桌上的实验装置，如何使两边盒子里接入电路的电阻与通电时间相同而电流不同，请设计出电路图，并画在导学案上。

让学生设计电路，教师巡视并做个别化指导，并及时给予积极性评价和鼓励。

设计意图：深度学习关键在于活动与体验，让学生真正经历实验探究的过程。探究首先要体现出活动的挑战性，初中生好奇心和求知欲强，没有思维含量的活动是机械、低效且索然无味的，根本无法引起学生的兴趣，所以挑战性是活动有效开展的前提。来源于课本又高于课本的电阻丝给空气加热的情境，让学生自行设计电流产生的热量与哪些因素有关的电路图是个混联电路，对于刚接触电学的学生具有挑战性和适切性，让学生不但能够深度参与，而且能获得深刻体验。

教师：请同学们以小组为单位，分组实验合作交流，利用桌上的器材，根据电路图连接实物图并完成实验，并将观察到的实验现象记录在导学案上（如表1和表2）。

学生进行分组实验，教师巡视并做个别化指导（体现生生合作和师生合作）。

教师利用希沃授课助手的实时同屏功能，将学生的实验探究现象同屏到大屏幕上展示，然后请小组根据实验现象和收集的实验数据分析归纳，得出实验结论并汇报。

学生分组汇报实验现象：

实验现象1：当电流和通电时间相同时，贮存器在电阻大的U型管液面的高度升得更快，高度差越大。

实验现象2：当电阻和通电时间相同时，贮存器在电流大的U型管液面的高度升得更快，高度差越大。

实验现象3：当电流和电阻相同时，通电时间越长，U型管液面的高度越大。

学生汇报实验的结论：

①当电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多;

②当电阻和通电时间相同时，电流越大，电流产生的热量越多;

③当电阻和电流相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多。

设计意图：以探究性实验为载体的科学实践活动是深度学习的一个重要环节，重在让学生经历科学探究的过程，自主构建结论，同时也是物理学科核心素养的构成要素之一。本课例通过学生自行设计实验电路与亲自实验操作就是一个很好的范例，学生在实验中注重控制变量，在定性实验中注重数据对比，通过对实验证据的收集与推理，自主分析归纳得出电流产生的热量与电流、电阻和通电时间都有关。本节教学设计中重视对问题的设计，针对教学中的重難点设计相应的问题，重视了问题设计的深度，这样有利于学生物理观念的发展、物理思维能力和科学探究能力的提升，同时注重合作探究，有利于培养学生的学科核心素养。

板书焦耳定律及其计算公式：Q=I2Rt。

追问：公式中的物理量单位分别是什么？（学生回答：Q的单位是J，I的单位是A，R的单位Ω，t的单位是s）

应用举例：

例1 一根60 Ω的电阻丝接在36 V的电源上，在5分钟内共产生多少热量？

例2 电饭锅工作时有两种状态：一是加热状态，一是保温状态。图7为电饭锅的电路图，其中R1、R2为电热丝，S为温控开关，A、B两点接在家庭电路上。当S闭合时，电饭锅处于加热状态，加热功率为1000 W;当S断开时，电饭锅处于保温状态，保温功率为100 W。

求：

（1）电饭锅加热30 s，电热丝产生的总热量是多少？

（2）电热丝R1、R2的阻值之比是多少？

（3）电饭锅保温30 min，电热丝产生的R2产生的热量是多少？

设疑：电流产生的热量给人类带来了很多好处，那电流产生的热量都是有益的吗？

学生回答：不是，譬如导线通电会发热，如本节课一开始的演示实验，电阻丝通电一段时间产生的热量可以点燃火柴。还有电脑、电动机等家用电器通电工作时也会发热，甚至会引起火灾，这样就给人类带来了危害。

（六）课堂小结（略）

三、结语

在本节课中，我首先用真实的情境启发引导学生去发现问题，让学生在初步感知的基础上对教材中的有关问题提出自己的看法，开始小组讨论;通过生生间讨论、交流、互动与对话，互相启发、互相补充、互相修正，深入探讨，提高创新思维能力。其次，通过自行设计和分组探究得出物理概念与规律，落实本课的重点和难点。最后，我让学生之间围绕学习内容进行互检互测，测试学生新课学习后教学目标的达成率，检验学生运用知识、解决问题的能力。为体现科学知识的实用性与趣味性，练习题结合生活实际，难度逐步递进，这样的达标检测不仅能客观评价学生的学习状况，更可以激发学生进一步努力学习的勇气，同时也让学生体验到成功的喜悦。

另外，在传统的课堂教学中，教师对学生的评价很单调，而在深度学习中，评价的内容和形式要多样：首先，体现评价的一致性，要与深度学习目标相契合，落实物理学科的核心素养。在师生和生生互动中，及时的点评与反馈尤为重要，它是课堂生成的催化剂。其次，体现评价的激励性，教师要善于发现学生的“闪光点”，从“闪光点”入手，激发学生的进取心，从而使每个学生都能品尝成功。

参考文献：

[1]李春密.深度学习：走向核心素养（学科教学指南·初中物理）[M].北京：教育科学出版社，2020.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

责任编辑：黄大灿A966CE03-6294-4C5C-AEEA-9D9B1243428D