【《STSE（科学、技术、社会、环境）视阈下高中物理“交变电流的特点”教学设计案例》4000字】

STSE（科学、技术、社会、环境）视阈下高中物理“交变电流的特点”教学设计案例【主要环节设计思路】知识点STSE素材情境教学类型设计思路直流电流和交变电流社会（S）直流电源使用时区分正负极，生活中插座、用电器使用时无需区分。生活情境通过社会（S）中与学生的经历密切关联生活经验，开展生活情境教学来激发学生的学习兴趣，培养观察记忆能力。科学(S)将发光二极管分别并联后与电扇串连，形成闭合回路后，转动风扇页片。实验情境通过科学实验(S)，培养学生对现象的观察水平和科学论证的能力。科学(S)技术(T)交流电与直流电之争。物理学史情境介绍特斯拉与爱迪生之间有关于交流电和直流电战争物理学史(S)，培养学生不迷信权威勇于创新的科学精神，认识技术(T)进步对社会（S）发展的重要性。交变电流的周期和频率社会（S）旅行必备插座转换器世界各国市电电压与频率生活情境展示社会（S）维度中世界各国、地区市电电压与频率，认识引导学生探讨交变电流电流的周期和频率的物理意义。形成对科学知识的正确认知，通过回忆圆周运动的周期和频率培养观察记忆能力。交变电流的有效值和最大值社会（S）粗细不同保险丝熔断电流生活情境从社会（S）生活中引入，比较粗细不同保险丝的熔断电流，引导学生其是有效值还是最大值的，培养学生应用实践能力的同时还对学生进行安全用电教育。拓展延伸科学(S)技术(T)社会(S）环境(E)特斯拉新能源电车“交流电之父”特斯拉生活情境物理学史情境STSE综合应用。图片展示特斯拉新能源电车，鼓励用清洁能源替代传统不可持续能源。通过介绍特斯拉的事迹帮助学生认识到物理学理论发展对技术进步的巨大推动作用，对社会进步产生的深远影响。【教学内容分析】交变电流是生活中最常见电流类型，本节内容选自于鲁科版高中物理选择性必修二(2019版)第三章第1节，课标对本节课教学内容要求为通过实验，认识交变电流，测算交变电流的有效值和峰值[1]。交变电流是在电磁感应定律基础上的进一步发展和综合应用。理解交变电流与直流的区别，知道交变电流的周期和频率，掌握最大值与有效值的计算方法为本章后续交变电流的产生变压器、远距离输电打下基础。因此，本节内容具有承上启下的作用。本节课通过电扇叶片转动使两个反向发光二极管周期性交替发光实验，促进学生对交变电流大小方向周期性变化特点的理解。通过有效值的学习和计算体会等效替代思想在科学探究中的应用。【学情分析】交变电流与学生生活紧密相关，从物理观念上看学生通过之前的学习对电流有了初步理解，明确电流的产生条件、恒定电流的方向与正电荷运动方向相同，掌握恒定电流的热效应计算方式，这为学生在能量观统领下理解交变电流的含义、学会如何描述交变电流提供帮助。从科学思维角度上看，学生在之前学习中接触等效替代思想，具有一定科学推理、论证能力。有利于学生通过比较直流电与交流电做功产生相同电热的情况，分析得出交变电流的有效值含义。从科学探究角度上看，学生具备一定探究意识和探究能力。【教学目标】物理观念（1）了解直流电、交变电流特点。理解交流电频率、周期、最大值、有效值的含义。科学思维（1）能根据电流热效应计算交变电流的有效值，进一步体会等效替代思想。（2）通过不同形式交变电流有效值的计算培养分析综合能力。科学探究（1）能根据实验现象、数据，形成结论并做出解释。科学态度与责任（1）能认识物理理论发展对技术进步的巨大推动作用。（2）体会科技发展给社会生活带来的影响。【教学重难点】教学重点：交变电流的概念理解。教学难点：交变电流有效值、最大值辨析。特殊形式交变电流有效值的计算。【教学设计】教学环节教师活动学生活动设计意图课堂导入【课前提问】1.电流表使用时的注意事项？2.电池作为电源使用需要注意正负极吗？3.若将电池正负极调换，会产生什么影响？1.调零、串联在电路中使用、电流正进负出。2.需要。3.电流方向改变。提供层层递进的问题，引领学生提取相关知识，为后续的学习作准备。【提问激疑】同学们在家里使用电器是否有，插座上是否有标正负极？【图片展示】家庭中用电器使用时插座上没有标正负极。【问题启发】电池作为电源产生的电流与家庭电路中的电流有何不同？联系自身生活实际，回答问题。在教师引导下对问题进行思考。【社会（S）】【生活情境教学】联系社会生活背景，结合知识点，创设生活情境。缩短学生与物理知识的距离，引起学生注意力，激发继续学习的内在动机。新课教学：直流电流和交流电流【演示实验】将红色、绿色发光二极管并联，使二者正、负极方向不同，再与电扇串联形成闭合回路。【提问】1.发光二极管工作有何特性？邀请学生上台转动风扇叶片，引导学生观察现象、总结结论。为什么转动风扇叶片能使二极管发光？实验现象说明了什么？认真观察实验仪器、实验电路特点。回忆旧知：单向导电性。一名同学参与实验，其余学生认真观察实验现象。联系电磁感应知识，风扇转动叶片切割磁感线，产生感应电流。交流讨论描述实验现象：二极管交替发光。电风扇产生的电流方向在不断变化。【科学(S)】【实验情境教学】通过演示实验，创设实验情境，将现象真实直接呈现在学生面前，产生感官刺激，强化体验。引导学生进一步了解科学探究的过程和方法。通过科学实验进一步培养学生观察能力，分析现象、解释现象、交流合作的能力。【播放视频】将电池接入示波器输入端，观察电压波形。将学生电源交流档接入示波器输入端，观察电压波形图。观察视频，描述波形。得出结论：干电池提供电压不变。观察视频，描述波形。学生电源交流档提供电压随时间做周期性变化。通过播放提前在实验室录制的视频，直观呈现直流电源和交流电源提供电压的不同之处。师生讨论后共同得出：直流电：方向不随时间改变的电流。当大小、方向都恒定时为恒定电流。交流电：方向随时间变化。培养基于现象的观察的分析解释能力。【课堂探讨】“电力之战”带来的启示思考“电力之战”背后的意义。【科学(S)】【物理学史情境教学】介绍特斯拉与爱迪生之间有关于交流电和直流电战争，培养学生不迷信权威勇于创新的科学精神，认识科技进步对社会发展的重要性。同时通过与同学交流讨论，对直流电和交流电认识更为深刻，构建更为完整的知识结构。【课堂习题】结合交流电定义，解决具体问题。训练分析问题与解决问题能力。D选项中电流方向不随时间改变，所以不是交流电。课堂习题是巩固知识的有效方式。新课教学：交变电流的周期和频率【图片展示】出国旅行时必备的转换插头。为什么各国插座不一样？展示世界各国一般家庭用电电源电压、频率一览表其中我国家庭用电频率为50Hz，解释其物理意义。强调在不同国家和地区使用电器时要注重是否与当地电压适配。联系生活实际，思考教师提出的问题。结合对圆周运动周期与频率的理解，知道周期和频率可以用来描述电流周期性变化的快慢，将交流电的周期与频率纳入自身知识体系，与原有知识顺应。【技术(T)社会(S）】【生活情境教学】从社会生活中引出物理问题，使学生生活与物理学习相联系，认识技术进步给生活带来的便利激发学生兴趣，使学生意识到生活中处处又物理，从而激发其内在积极主动的学习动机。介绍日常生活中市电变化呈正弦规律，为正弦交变电流。【拓展一步】接触不同波形的交变电流，扩展知识面，为后续交变电流有效值计算打下基础。交变电流的最大值和有效值的理解和计算是本节课的难点。在此处展示不同波形交流电，为后续难点的突破提供支持。新课教学：交变电流的最大值和有效值【课堂提问】根据刚刚学习，我们知道家庭电路中电压和电流会时刻变化，那生活中中常见的“家庭电路额定电压220V”某用电器“额定电流5A”是什么意思呢？最大值（峰值）：交流电电流和电压的最大值。根据已有能量观念得出两者电流热效应相同的结论。该交流电与3A直流电在相同时间内产生电热相同，效果相同，可以用来替代。等效替代思想的应用，训练学生思维进阶发展。培养分析解释能力。【方法总结】阅读书本相关材料，知道正余弦规律变化的交流有效值和峰值的关系。在教师引导下共同归纳总结方法。师生共同总结得出对于不同类型的情况的计算方法，培养学生归纳总结的能力，促进科学思维核心素养的进一步提升。【学以致用】查看不同粗细保险丝的熔断电流。保险丝的熔断电流是有效值还是最大值？保险丝的熔断，是电流热效应的积累，只有热累积到一定程度达到保险丝的熔点，才会熔断。而交流电的有效值正是将交流电的电热等效成一个直流电的确定值。因此，为有效值【社会(S)】【生活情境教学】保险丝是家庭电路中必不可少的元件，起到保护电路的作用。将保险丝的熔断电流引入物理课堂，拉近物理知识与学生的距离，培养迁移应用能力。素养提升【交流电之父：特斯拉】介绍尼古拉·特斯拉生平和在交变电流研究上取得的巨大成就。【特斯拉电车】2007年埃隆·马克思在美国加州打响电动汽车革命，为了纪念物理学家尼古拉·特斯拉将该汽车项目命名为特斯拉[1]。展示特斯拉电车与传统燃油电车能耗情况体会科学技术发展给社会带来的巨大推动作用。形成能源可持续发展意识。【STSE】【物理学史情境教学】特斯拉在交流电的研究道路上并不是一帆风顺，遭遇许多困难与挑战，激发学生勇于探索的科学精神。【生活情境教学】通过新能源电车与传统汽车的对比，滲透环境保护观念。【教学反思】“交变电流的特点”将课前充分发掘STSE素材，融入创设的不同教学情境之中并将之在适当的时机融入物理课堂之中：以学生日常生活中电池和插座是否区分正负极的差异，引导学