核心素养下的实验教学设计-以“特殊法”测电阻为例

核心素养下的实验教学设计--以“特殊法”测电阻为例摘要：本文以“特殊法”测电阻为例，从发展学生核心素养的角度出发，结合《义务教育物理课程标准（2022年版）》，通过实验教学设计，教学过程中突出问题导向，引导学生不断探索，提高学生分析问题、解决问题的实践本领和科学思维表达能力。关键词：核心素养

电路设计

科学思维

科学探究

正文：本文以“特殊法”测电阻为例，介绍学生在学习了沪科版《伏安法测电阻》和《电阻的串联和并联》后，用本实验的原理R=U/I进行拓展与延伸，通过实验教学设计来培养学生的物理观念、科学态度与责任，特别是科学思维和科学探究。1教学背景分析1.1设计理念：本实验教学设计以测电阻为主题线索，构建特殊法测量电阻的课堂教学理念，依据伏安法测电阻的实验原理R=U/I，遵循学生认知规律，明确如何用转换法和等效替代法的思想来测量电阻。在课堂教学中突出问题导向，引导学生不断探索，提高学生分析问题、解决问题的实践本领和科学思维能力，从而发展学生的核心素养。1.2教材分析：本节课是学习了《伏安法测电阻》后的一个拓展与延伸，为了培养学生的科学探究能力和科学思维能力，跳出教材但不脱离教材，在理论方面可以加深对欧姆定律、伏安法测电阻等相关知识的理解和掌握,课堂教学中，注重培养学生设计实验电路图、分析与论证、表述实验操作等三方面的能力，这是对学生核心素养的形能够起到很好的促进作用。1.3学情分析：初三学生通过《伏安法测电阻》的学习，对电流表、电压表及滑动变阻器的使用都比较熟悉，有了进行实验的能力，为本节课的教学奠定了良好的电学基础，但对于学生来说，实验设计、归纳物理规律和语言表达实验操作过程是比较薄弱的环节。2教学目标2.1物理观念：能运用伏安法测电阻的实验原理，结合相关的物理方法测量未知电阻阻值。2.2科学思维：通过建构伏安法测电阻这一模型，引导学生在缺少某一测量工具的情况下，利用已知电阻进行组合，代替这一测量工具。引导学生论证实验设计的可行性，科学推理未知电阻的表达式。2.3科学探究：回顾“伏安法”测量电阻的实验原理，制定方案、设计电路、拟定实验操作的步骤。通过实验设计培养学生能提出问题和设计实验方案的能力。从科学探究过程中学习观察、比较、分析、推理等学习方法。2.4科学态度与责任：通过实验培养学生创造性思维和创新精神和实事求是的科学探索精神。通过学习，懂得运用转换法、替代法和等效法解决生活中的物理问题。3教学重点：根据要求设计实验电路图，懂得实验操作步骤和正确表达被测未知电阻的阻值。能够应用转换法、替代法和等效法解决生活中的物理问题。4教学难点：通过实验方案的设计，阐述实验探究过程，培养学生科学探究和科学思维能力。在课堂教学中培养学生之间的相互协作能力和实事求是的科学精神。5教学过程5.1引入新课师生共同回顾：①伏安法测电阻的实验原理：R=U/I②伏安法实验电路设计：如图1所示③实验操作中的注意事项。④多次测量的目的。设计意图：承上启下，为新课教学做一个铺垫。5.2新课教学提出问题：如果在伏安法测电阻的实验中，电流表损坏的情况，又没有其他电流表可更换的情况下，实验室有：若干个开关，一个已知阻值的定值电阻R0和电压表等器材，能不能测量未知电阻RX的阻值呢？5.2.1伏阻法测量电阻教师引导学生分析：若知道定值电阻R0的两端的电压，结合欧姆定律：I=U/R就能知道通过R0的电流，那么电压表能不能测量R0两端的电压呢？学生：能，电压表与被测电阻R0并联。教师：这样我们就能间接测出通过R0的电流，那如何让R0的电流与未知电阻RX的电流相等呢？这两电阻之间应该怎样连接呢？学生：两电阻应该串联。设计意图：通过这样分析，层层推进，培养学生逻辑推理能力和分析能力。教师：现在理清了测量思路，请同学们设计实验的电路图，并阐述实验的步骤，并用已知量和测得的物理量表示出未知电阻RX的阻值。学生设计电路如图2所示。设计意图：培养学生规范作图，养成良好的习惯。学生简要说出测量步骤：①按电路图连接实物电路②闭合开关S1和S3测出RX的电压为U1③只断开S3，再闭合开关S2，测出R0和RX的总电压为U2④RX的表达式：RX=U1R0/（U2-U1）。设计意图：通过这一环节，培养学生科学思维和科学探究，通过表述实验步骤，培养学生的语言表达能力，语言表达能力是泉州地区学生一大硬伤，试卷中简答题丢分较多，这一环节的设计，有助于改善这一局面。教师引导学生共同归纳解题方法：用电压表和已知阻值的定值电阻R0测量未知电阻的阻值，即用电压表和已知阻值的定值电阻去代替电流表，利用串联电路电流相同这一特点,可测出未知电阻RX的电流，用电压表测出未知电阻RX的电压，最后利用伏安法测电阻实验原理R=U/I，代入数据计算出未知电阻RX的阻值。设计意图：培养学生的归纳推理、分析综合等能力。5.2.2安阻法测量电阻提出问题：如果在伏安法测电阻的实验中，电压表损坏，那如何用电流表和一个已知阻值的定值电阻R0来测量未知电阻RX的阻值呢？学生设计出本实验电路图如图3所示，并能简述实验操作步骤：①按电路图连接实物电路②闭合开关S1，用电流表测出R0的电流为I1③断开S1，再闭合开关S2，测出RX的电流为I2④RX的表达式：RX=I1R0/I2师生共同归纳解题方法：用电流表和已知阻值的定值电阻R0测量未知电阻RX的阻值，即用电流表和已知阻值的定值电阻去代替电压表，利用并联电路各支路的电压相同这一特点,可测出未知电阻RX的电压，再用电流表测出未知电阻RX的电流，最后利用伏安法测电阻实验原理R=U/I，代入数据计算出未知电阻RX的阻值。5.2.3安滑法测量电阻；5.2.4伏滑法测量电阻；5.2.5等效替代法测量电阻这三种测量方法，都是在之前的基础上，引导学生简要说出测量步骤，并进行语言表述的指导及师生共同归纳解题方法。通过多次的训练，培养学生的思维能力、语言表达能力，达到巩固和提升的目的。6本设计的特点6.1注重科学思维，加深学生对特殊法测量电阻的理解通过对伏安法测电阻的学习，引导学生对实验中缺少实验测量工具的特殊情况下，应用替代法、等效法和“不变”的思维等物理思想去测量未知电阻，教学中重视学生电路设计和语言表达能力的培养，对学生创新能力的培养起到很好促进作用。6.2基于问题导向，发展学生核心素养在探究的过程中通过小组合作，基于特殊情况下如何测量未知电阻这一个问题，通过科学的演绎推理，对不同的测量方法进行分析与论证，进而提出创造性见解的测量方法，在设计好实验电路的条件下，阐述实验操作的过程，并得出未知电阻的表达式，这有利于学生创新能力的培养和发展学生核心素养。6.3基于教学目标开发教学评价活动特殊法测电阻是在教材的基础上，进而拓展与延伸的一节课，教材上没有相应的配套练习，为了能够达到预设的教学目标，开发一系列的教学评价活动，通过情境设置，引导学生应用等效法、转换法等物理思想解决问题，在此过程中注重培养学生的语言表达能力。通过教学评价，诊断学生在物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面的发展状况，为改进学生的学习和教师