3焦耳定律教学设计

3焦耳定律

广东省中山市北区中学张常红（中教高级）

教材依据

人民教育出版社九年义务教育三年制初级中学教科书第二册第九章。

教学理念和设计思想

根据素质教育的要求，我们的教学要培养学生的科学素养和创新能力，体现以人为本的教学思想，使学生在学校里得到全面的发展。物理学科是一门以实验为基础的学科，要想学好物理，就得认真地做好实验，鼓励学生敢于动手、勤于动手、要多动脑，对实验中看到的现象和学习中遇到的问题，要多问些为什么。我们还要突破知识本位的思想，着力培养学生的科学研究方法和能力。学习物理还要多联系社会与生活，试着用科学知识解释看到的现象。物理知识在日常生活中有着重要的应用，想一想科学技术给我们的社会带来了哪些好处，同时又带来什么社会问题，应该怎样解决，力争使自己的教学富有时代气息，突出科技、技术、环境和社会三大主题，增强学生的社会责任感和时代紧迫感。

我们的教学目标包括三个方面：知识和技能目标，过程与方法目标，情感态度与价值观目标。“焦耳定律”一节内容若仅从知识和技能目标来看，是让学生理解和运用焦耳定律的公式，这是很容易达到的，教师多出几道例题让学生训练就可以了。然而这是远远不够的，这样根本没有达到教学目标。教师再补做一下演示实验，也仅仅是让学生增加一些感性认识，使学生对焦耳定律产生一些认同感，加深记忆，培养学生的实验技能和尊重实验的精神。这仍然是不够的，完成的仍然是浅层次的教学目标，过程与方法、情感态度与价值观目标很难体现。

为了全面完成各项教学目标，我们必须充分挖掘隐含在该节内容中的素质教育因素对学生进行教育。首先，把教师的演示实验改为学生的科学探究实验，严格按照科学探究的步骤展开；其次，将学生进行分组，加强同桌和小组同学间的交流与讨论。学生在自己提出的问题驱动下去探究，在讨论交流中进行思维的沟通和碰撞，这些都是创新学习的重要手段，既能培养学生的实验动手能力，又能培养学生的合作学习精神和探求真知的兴趣，真正成为学习的主体，更重要的是使学生真正体验到科学发现的成功喜悦，得到了科学探究的方法和科学研究的能力的培养，领悟科学的思想和精神，为学生将来的科学研究奠定了基础。

教学流程

教学简案

教学目标：

1. 知识与技能目标：知道电流的热效应，理解焦耳定律的内容、公式及其运用，知道电热器的原理及构造。

2. 过程与方法目标：要求学生能从感知事物→提出问题→自己设计→动手动脑探究科学规律中体会科学研究的方法，学会科学探究、知识迁移的方法，培养学生的科学研究能力。

3. 情感态度与价值观目标：激发和培养学生的科学探究与创新的思想和精神，培养学生的辩证唯物主义精神，渗透实事求是和科学献身教育，激励学生努力学习。

教学重点与难点：

如何引导学生进行科学探究；如何使学生在科学探究中掌握科学研究的方法，培养科学研究的能力。

教法与学法：

将学生分组，在教师引导下，以小组为单位进行科学探究，加强组内同学间的合作、讨论和交流，加强师生间的相互反馈，以问题和小组交流贯穿教学的始终，不断提出新问题，不断解决新问题。将学生四人分为一组，分组时男女生分开后，自由组合，便于讨论与交流。随着学习的深入，可适当调整小组成员，每个组至少有一个好的同学能起到小老师的作用，带领小组同学开展自主式学习。

教具与学具：

学生用：铁架台，学生电源，大号试管和温度计各三支，导线若干，量筒，煤油，电阻丝（5Ω、10Ω、10Ω各一根，教师课前用电炉丝截取并焊好导线）每小组一套。

教师用：与学生的基本相同，温度计改用数字的，另加各种电热器（电炉、电饭锅、白炽灯、电风扇等）、多媒体课件及教学平台。

探究实验：

实验通电导体产生的热量跟电流、电阻和时间的关系。

教学活动实录（部分）：

一、导入新课

师：（出示电饭锅、白炽灯、电风扇）这几种电器各有什么功能？

生：煮饭、照明、吹风。

师：这些电器虽然功能不同，但它们有没有共同点？

（说明：学生小组讨论，请三名学生上来各拿一个电器，同时通电实验1min，并请他们触摸电器和电扇的电动机部分。）

生：它们工作时都会发热。

师：对。电流通过任何电器或导体，电器和导体都会发热，这种现象叫电流的热效应。

（板书：电流的热效应）师：这种现象中能量是怎样转化的？

生：电能转化为内能。

（教师板书：电能转化为内能）

师：它们产生的热量有什么不同？

生：（讨论后）它们产生的热量有多有少。

（点评：根据学生的日常生活创设问题情景，提出问题，建立问题期待，能有效地激发学生学习的动机。）

二、科学探究焦耳定律

师：根据电流通过电器产生的热量不同，你们会想到什么问题？

（说明：学生议论纷纷，举手发言，教师引导。）

生：…… （学生自己提出问题）电流通过导体产生的热量与什么因素有关？

师：（引导学生去猜想）你们觉得与什么因素有关？

（说明：学生议论纷纷，举手发言，教师引导。）

生：…… （学生猜想）可能与电压、电流、电阻、时间或其他因素有关。

师：同学们的讨论很热烈。猜想对不对呢？（引导学生进入实验研究）

生：我们用实验来验证。

（说明：通过平时的教学，学生都明白实践是检验真理的惟一标准，任何问题都要由实验事实来评判。）

（点评：各种研究问题和教学活动都是由学生自己提出来的，而不是教师强加的，充分体现学生的主体作用，学生充满兴趣和动力去解决自己发现的问题。）

师：好。下面就请你们以小组为单位设计实验方案。

（说明：学生小组讨论，讨论时间可以长一点。）

（点评：教师开始不要给任何提示，以免禁锢了学生的思维，让学生放开思维去思考，培养学生的开放性思维能力。）

师：哪个小组汇报一下你们设计的实验方案？

（说明：学生七嘴八舌，但真能设计出完整方案的不多，此时需要教师的引导。）

师：你们说说做这个实验首先要解决什么问题？（教师引导学生如何进行实验设计）

生：热量的多少如何用实验展示出来。

生：如何用实验来验证热量与电流、电阻、时间的关系。

生：用什么样的电路去实验。

生：……

师：大家想想在前面的学习中有没有可以体现热量多少的办法？

生：（讨论并发言）有热胀冷缩比较热量法，测温度比较热量法等。

师：请××同学谈谈你们的方法。

生：我们利用热胀冷缩的办法，找两只相同的烧瓶……

师：很好。因为要进行比较，一定要条件相同，所以要用相同的烧瓶……其他小组还有什么方法？

（点评：渗透科学的比较方法，条件相同。）

生：可以将上述烧瓶中的空气换成液体（水或煤油）……

师：也很好。测温度比较热量法呢？

生：可以直接用温度计测量升高的温度，质量相等的煤油温度升高得越多，吸热越多……

师：××同学说得很好。只是前几种方法是定性讨论方法，只能说明多少关系，最后这种方法是从定量的角度去考虑的，我们今天就采用他说的这种实验方法。

（点评：渗透教学民主的观念。）

师：现在再来看看如何用实验来验证热量与电流、电阻、时间的关系。同学们想想：在前面的学习中，经常学到某个物理量由几个物理量决定，当讨论它与其中一个量的关系时，要使另外的量相同或不变。这是什么方法？

生：这是控制变量法。

（点评：再次渗透科学的比较方法和控制变量法：条件相同。）

师：因此我们可以将上述问题分解成三个问题来研究。分解成哪三个问题？

生：热量与电流，热量与电阻，热量与时间三个关系问题。

师：如何用实验研究热量与电阻的关系？

生：将两个不同的电阻通以相同的电流（可以串联），比较两个电阻在相同的时间内产生的热量。

师：如何用实验研究热量与电流的关系？

生：将两个相同的电阻通以不同的电流（可以并联），比较两个电阻在相同的时间里产生的热量。

师：如何用实验研究热量与时间的关系？

生：选择任意一个电阻，不断通电，观察温度是否随通电时间不断变化。

师：综合大家的意见，我们要做三次实验，花费的时间太长。为了节省实验时间，能否将上述三个实验合并为一次实验？看哪个小组最先设计好实验电路。

（说明：学生小组讨论，画出初步的实验电路图，不一定每个小组都对，教师用投影仪展示某小组设计的实验电路图，如图30所示，并请该组代表讲述设计思路。）

生：……

（说明：用多媒体教学平台展示探究过程中的问题流程图。教师结合该图，小结一下学生设计实验的过程，并统一认识和完善实验电路。）

（点评：通过上述引导和展示图例，学生学会分解问题和合并问题，学会逐步解决问题的方法，提高解决问题的能力。）

师：请同学们按照上述实验方案开始实验。

（说明：学生以小组为单位进行实验操作并记录有关实验数据，教师随时指导实验。）

实验记录：煤油的初温T0＝________ 。

煤油的末温：T1＝________ ，T2＝________ ，T3＝________ 。（三个末温应为同时的温度）

（说明：教师巡视各个小组，有选择地将某个小组的实验数据用投影仪展示出来，并请该组同学将数据转换成表14所示内容。）

（说明：在现实初级中学的实验条件下，该实验能够得出较准确的数量关系。）

（点评：开展成功与激励教育，另外强调了我们的研究方法与物理学家进行科学研究的方法一样，让学生认同科学探究的方法。）

师：有的同学会问：我们一节课就能把这个规律探究出来，而焦耳要用好多年才能研究出来，是不是他有点问题？这里面有几个方面的问题：第一，当时的实验条件不够好；第二，缺少必要的指导老师，因为在他之前没有任何人研究和知道这个问题；第三，缺少与其他科学家的合作与交流，基本上是一个人关门在家研究，要走很多弯路，而我们有老师指导和小组交流合作，集体的智慧是无穷的；第四，很重要的一点就是实验要精确，实验数据没有误差，误差大了就得重新做，不然就不叫规律了。焦耳就是在实验条件简陋的情况下，重复实验了几千次，直到实验很精确了才得出了焦耳定律。你们的实验有误差吗？

生：有较大误差。

（点评：通过对焦耳的故事介绍，对学生进行科学精神和实事求是精神的教育，并培养学生的科学献身精神，激励学生勤奋学习。同时也告诉学生在科学研究中合作与交流的重要性，为下面的评估作铺垫。）

师：能不能找一找产生误差的原因和减小误差的办法？（对实验探究的评估）

生：（讨论后发言）有热量的散失，应在试管外面包隔热材料。

生：电阻丝的电阻可能不准确，可换用阻值准确的电阻丝。

生：温度计读数时间不同，尽量同时读数。

生：三支试管中的煤油质量有误差，最好用天平准确称量。

生：温度计本身不标准，应事先选择标准的三支温度计。

生：……

师：同学们分析得很好。这个实验告诉我们，以后进行科学实验研究时，不仅要进行误差分析，更应该在设计实验和实验操作中时刻考虑到怎样才能减小实验误差，这样才能更好地得出规律。

（点评：评估过程也是对学生进行思维训练的过程，同时也让学生认识到评估的重要性。）

三、自学训练

学生自己阅读课本上的例题，借此训练学生的自学能力。

（点评：该例题不难，课本上的解题过程很清楚，学生自己看得懂。学生自己能学

的东西要放手让学生自己去获取，没有必要加入教师这一中间环节，逐渐培养学生的自己学习的能力。）

四、交流与思考

用投影仪将下面问题投影出来，请学生互相交流看法。

1. 焦耳定律中有这样一句话，“电流通过导体产生的热量……跟导体的电阻成正比……”，小李想：如果让电炉在一定时间里多放出热量，应当增大电阻丝的电阻。他的想法对吗？为什么？

2. 电风扇通电会发热，这些热量是人们希望得到的吗？电风扇的能量转化形式怎样？能否想办法减少电风扇的能量散失？

（点评：第1题是检查学生对焦耳定律和科学比较方法的理解；第2题是回应开头，并且让学生思考电热与电功的区别。）

五、小结及作业布置

用投影仪将教学流程图投射出来，结合该图重点小结一下上述科学研究的步骤和方法。

（点评：每节课都这样，同学们就逐渐掌握了科学探究的步骤和方法，潜移默化地学会了科学探究。）

布置作业：将上述思考题作为作业，写在作业本上，待老师阅后保存在自己的学习档案袋里。

（点评：学生的作业不能总是算过来算过去，经常给学生布置一些文字型和开放型作业可以全面促进学生的发展。同时，利用所学的科学知识与社会、生活相联系，用科学知识去解释现象，在日常生活中找到所学知识的应用，培养学生的创新意识。）