“电能,电功”创新教学设计
陈青 李建 李鸿
摘 要：本文通过体验活动“骑车发电”引入，开展生活化的实验探究，归纳物理规律，帮助学生形成正确的物理观念;在引导学生发现问题、分析问题、解决问题过程中提高学生科学思维和科学探究能力;将物理知识联系生活、生产，强化科学态度与责任的培养.
关键词：电能;电功;创新教学设计
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）18-0052-04
基金项目：重庆市教育科学“十三五”规划课题“核心素养下初中物理生活化实验在课堂教学中的实践研究”（项目编号：2020-08-506）;重庆市教育学会第九届基础教育课题“基于核心素养的初中物理个性化课程体系的建设与实践研究”（项目编号：XH2018B2286）.
作者简介：陈青（1992-），女，贵州贵定人，本科，中学二级教师，研究方向：初中物理教学;
李建（1987-），男，安徽利导人，本科，中学一级教师，研究方向：初中物理教学;
李鸿（1971-），男，重庆涪陵人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理教学.
1 “标”“本”分析
“标”“本”分析是指对课程标准和物理课本的深入分析.《义务教育物理课程标准（2011年版）》对本节课的要求是“结合实例理解电功和电功率”.本节内容选自人教版物理教材第十八章“电功率”第1节“电能 电功”.本节内容有两大特点：一是综合性强，不仅要综合运用电流、电压、电阻以及电路的基本知识，还要结合欧姆定律、串并联电路的规律进行综合分析;另一个特点是与生活实际联系紧密，通过实际问题引入新课，并应用所学知识解决实际问题.本节所讲的电能和电功，除了具有以上两个特点之外，更是学习电功率、焦耳定律等内容的基础，具有承上启下的重要作用.
2 学情分析
学生已具备一定的知识基础，掌握一定的学习方法.学生的观察、实验、思维、归纳、分析、推理等能力得到一定的发展，但大多数学生思维还是以形象思维为主，喜欢动手体验，对直观内容比较感兴趣，欠缺对问题的深入分析和思考，归纳总结能力较弱.鉴于此本节课契合学生的认知水平和心理特点，注重课堂教学的生活化和学生的动手体验，让学生在体验、探究中建构物理知识和物理规律.
3 教学目标
3.1 物理观念
知道电流做功的过程就是消耗电能的过程，了解不同用电器能量的转化.知道电能表是测量电能的仪表，了解电能表的参数.结合实例理解电功，知道电功的计算公式及单位.通过学习本节课电能和电功的知识，形成正确的能量观，并能用所学知识描述、解释自然现象和实际问题.
3.2 科学思维
从物理学的角度认识电流所做的功与用电器消耗电能的关系，知道电功是消耗电能的量度，建立物理概念，结合实验进行“质疑创新”和“科学论证”.初步形成将科学技术应用于实际生活的意识，学会从不同的角度思考问题，提升学生的科学思维.
3.3 科学探究
利用抽水装置，进一步认识影响电功因素，提高动手和探究能力.通过阅读课本，提高学生的自学能力及阅读、看图、语言表达的能力.通过对“1度电在生产、生活中用途”的认识，增强节能意识.通过使用电能表测量用电器消耗电能的过程，能准确描述实验结果和探究过程.
3.4 科学态度与责任
增强学习物理的兴趣，有对科学的求知欲，尊重自然规律，善于观察生活中的科学现象，敢于提出问题、解决问题、归纳方法.养成规范的思维习惯和严谨的治学态度，提升总结成功、分析失败原因的能力;体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦.形成敢于质疑敢于发表自己意见的品质;能够将所学知识应用于生产生活中;成为愿意投入科学事业，敢于创新和实践，热爱祖国，有振兴中华使命感的创新型接班人.
4 教学重、难点
重点：电能和电能的计量.
难点：对电功的理解及计算电路中电流做的功.
5 教学流程
整个教学过程如图1所示，教学与生活紧密结合，通过骑车发电激发学生的学习兴趣，抛出问题激发学生学习本节课的欲望.学生实验和演示实验贯穿整个课堂.教师通过启发提问、思考讨论、实验探究、归纳总结的教学方式，让学生经历发现问题、设计实验、归纳总结的过程，分步递进了解电能、电功的概念.通过课堂体验，认识电能表的发展史.通过了解生活中1度电的作用，培养学生节约用电的意识.通过复习小结，帮助学生构建本节课知识和规律的体系.
6 教学过程
6.1 模拟生活情景，提出问题引入新课
演示实验1：重现动感单车发电，点亮智慧之灯.
模拟生活中动感单车发电的场景（如图2所示），让学生在骑车的过程中挑战点亮LED灯.让学生在体验、挑战中思考电能的来去过程，提出问题，引出新课.
设计意图：让学生在体验和挑战中感知物理的神奇与魅力，激发学生学习的兴趣和求知欲，体会物理来源于生活，又应用于生活.
6.2 层层深入，新课教学
6.2.1 电能
学生活动1：让玩具动起来.
如图3所示为这一环节的教学设计，以小组为单位，每个同学拿到一个玩具（如图4所示），想办法让玩具工作，思考玩具工作过程中的能量转化.
小组交流讨论，展示并汇报各个用电器在工作过程中电能的转化.
通过学生展示和交流，分析归纳得到电能是从其他形式能转化而来，最终又应用到各种用电器上转化為其他形式的能.
进一步提问：家里哪些用电器会消耗电能，这些电能从何而来？引导学生思考家用电器消耗电能的来源，即从各个发电厂输送而来.
学以致用：解释引入实验骑车发电过程中的能量转换.
引导学生用刚刚所学电能转化知识分析“骑车发电”中的能量转化规律，并思考能量是如何转化.同时引导学生对比分析，机械能转化为电能的过程和电能转化为其他形式能的过程，进而引出电功的概念.
设计意图：一是为了引导学生利用所学知识分析解决问题;二是呼应新课引入，揭秘引入时的问题;三是在分析问题过程中发现新的规律，通过类比机械功引导学生建构电功的概念，起到衔接过渡的作用.
6.2.2 电功
“电功”部分的教学设计思路如图5所示.教师首先通过讲授法，让学生知道电功的定义、物理符号及国际单位.知道电功是消耗电能的量度.
演示实验2：利用抽水机抽水.
教师介绍抽水装置并演示（如图6所示），让学生通过观察，认识到抽水量的多少可以反映电功的多少.并提出问题“电功的大小与哪些因素有关？”
学生活动2：小组合作，利用抽水装置抽水，探究影响电功大小的因素.
小组分工合作：将滑动变阻器分别置于最大阻值处和某一位置处，完成两次抽水，时间为20s，记录电压表、电流表的示数，以及抽水的水量.
交流讨论：结合表1中数据，小组交流讨论：在两次抽水过程中，时间相同，抽水量如何变化？对应的电压表、电流表示数如何变化？这说明电功大小与什么因素有关？
分析归纳：电功大小与电压、电流、时间有关.
进一步思考：电功大小与电压、电流、时间存在什么定量关系呢？采用什么样的实验方法验证它们之间的关系？
进一步引导，设计探究方案：
采用控制变量法探究W与U、I、t的关系.
演示实验3：探究W与U的关系.
利用如图7所示实验装置，探究W与U的关系.将两个规格不同的灯泡串联，用数字交流电压表测出电压，用灯泡在相同时间内的亮暗程度反映电流做功的多少，从而对比分析电功和电压之间的关系.教师首先介绍串联实验装置，使学生认识到：通过灯泡的亮度反映电功的多少.引导学生通过观察实验现象，对比分析，得出结论.
现象：闭合开关，两灯发光程度不一样，两灯的电压不一样.
结论：当电流和时间一定时，灯泡两端的电压越大，消耗的电能就越多，电功越大.
演示实验4：探究W与I的关系.
对于W与I的关系可用图8所示演示教具探究.教师介绍并联实验装置后引导学生观察现象，分析得出结论.
现象：闭合开关，两灯发光程度不一样，通过两灯的电流不一样.
结论：当电压和时间一定时，电流越大，消耗的电能就越多，电功越大.
教师引导学生综合分析实验现象，得出W与U、I、t之间的关系，结合物理学家的多年探索、研究，得出电功的计算公式：W=UIt.
学以致用：
一个节能灯的两端加220V电压时，通过的电流是0.5A，在这种情况下通电100s时，消耗的电能是多少焦？
学生活动：结合学案，动手计算节能灯消耗的电能.
设计意图：电功是本节课教学的重点和难点，学生在参与抽水的过程中，体验走向探究，经历科学探究的过程，增强解释、交流、分析能力，促进科学探究能力的发展.
6.2.3 电能的计算
“电能的计量”教学设计思路如图9所示.首先引导学生会读电能表，并能计算电能表在一个月内消耗的电能.
演示实验5：利用电能表测量用电器消耗的电能.
实验现象：用电能表测量吹风机10s消耗的电能，发现示数无变化.
追问思考：如何计算短时间内消耗的电能？
学生活动3：学生自主学习，认识电能表的参数.
学生通过阅读教材，教师播放电能表表盘转动的视频帮助学生认识“600 revs/（kW · h）”的含义.
学生活动4：利用电能表、秒表测量电吹风或烧水壶在20s内消耗的电能.
要求：小组分工合作，用电子式电能表测量吹风机或热水壶工作20s消耗的电能.
并将数据记录到下列的表2中.
观看视频了解1度电在生活中的作用，并从节能环保的角度思考如何节约用电.
介绍为了强化居民的节能意识，设定阶梯电价收费和峰平谷收费的原因.
设计意图：让学生亲身体验测量用电器消耗电能的过程，培养学生动手能力和团队协作能力.让学生通过视频了解一度电的作用，并从中思考生活中可以从哪些方面节约用电，培养学生的节能意识，培育学生正确的科学态度与价值观.
6.3 课堂小结，构建知识网络
教师采用提问方式小结，并针对学生回答进行点评，师生共同建构本节课知识网络（如图13所示）.加深学生对本节课所学内容的记忆和印象，在课堂结束时用一首打油诗进行课堂的提炼和升华.
电功电能电功实现能转换，
电表计量定规范.
电能应用生活中，
节约能源记心间.
设计意图：通过课堂小结，引导学生自我归纳整理，提炼网络，一方面加深记忆，促进理解;另一方面提炼升华，培育科学态度与责任.
7 教学反思
本节课“电能 电功”整个课堂设计贴近生活，以发现问题—分析问题—实验探究—归纳总结为主线引导学生在探究中学习新知.学生通过学习本节课不仅了解到电能、电功的知识，形成正确的物理观念，也能够养成在生活中发现问题、探究解决问题的习惯，发展科学思维和科学探究能力，运用生活化素材，拉近物理与生活的距离，促进学生树立正确的科学态度和责任.
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[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
[2]汪阿运.初中物理创新实验课堂的设计与实施——以“电功 电能”教学为例[J].中学教学参考，2020（26）：49-50.
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[4]张兴安.基于学生深度学习的教学实践与思考——以“电能表与电功”的教学为例[J].物理教學，2020，42（08）：25-27.
[5]周剑.学科核心素养下科学探究逻辑解析与突破策略——以苏科版“电能表与电功”为例[J].中学物理，2020，38（12）：2-5.
（收稿日期：2021-04-21）
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