吳仉蓉 彭妙

摘 要：以自制教具演示人體觸電實(shí)施“安全用電”教學(xué)，以歐姆定律為主線進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，闡述了以物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)為指向的高端備課策略.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);自制教具;歐姆定律;高端備課

文章編號(hào)：1008-4134（2019）16-0062 ? ?中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

基金項(xiàng)目：廣東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2017年度研究課題“以導(dǎo)學(xué)案為載體的初中物理高端備課策略研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2017YQJK012）.

作者簡(jiǎn)介：吳仉蓉（1970-），女，江西臨川人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，江西省特級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué);

彭妙（1983-），男，湖南岳陽人，本科，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究.

歐姆定律是初中物理電學(xué)知識(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，也是學(xué)生理解人體如何發(fā)生觸電的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)學(xué)生在生活中防范觸電的發(fā)生有極強(qiáng)的指導(dǎo)意義.而筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)“安全用電”這一節(jié)課的知識(shí)往往停留在“看熱鬧”的層面，部分教師對(duì)人體觸電本質(zhì)的分析不夠深入和透徹.本文是筆者所參與的工作室集體智慧的總結(jié)，立足于高端備課的視角、自制教具模擬人體觸電，以提升學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)談安全用電高端備課策略.

1 挖掘核心素養(yǎng)，形成教學(xué)策略

物理課程是自然科學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生方面的價(jià)值體現(xiàn)從科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法、科學(xué)精神與態(tài)度、科學(xué)應(yīng)用四個(gè)方面為學(xué)生今后生活和工作做準(zhǔn)備，使學(xué)生養(yǎng)成終身發(fā)展所需的必備品格與關(guān)鍵能力，形成學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).筆者依據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》，結(jié)合教材，對(duì)安全用電的核心素養(yǎng)挖掘如下.

1.1 科學(xué)知識(shí)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對(duì)安全用電的教學(xué)要求為：“了解家庭電路.有安全用電和節(jié)約用電的意識(shí)”.再依據(jù)《廣州市義務(wù)教育階段學(xué)科學(xué)業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（2013版）》對(duì)安全用電的具體評(píng)價(jià)為：“能夠描述家庭電路的組成和連接方式”“會(huì)遵循安全用電原則畫出家庭電路簡(jiǎn)圖”“會(huì)用測(cè)電筆檢測(cè)火線與零線”“知道地線的作用，能表述如何利用地線防止用電器漏電時(shí)導(dǎo)致的觸電意外”“能正確說出觸電急救應(yīng)對(duì)措施”[2].而本節(jié)課中學(xué)生需要構(gòu)建的核心知識(shí)為“家庭電路”“觸電”“觸電急救應(yīng)對(duì)措施”.

1.2 科學(xué)方法

本節(jié)課程在進(jìn)行安全用電教學(xué)時(shí)，主要涉及第十五章建立的方法“電流流向法”和第十七章的知識(shí)“歐姆定律”，這些知識(shí)和方法是初中電學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是學(xué)生在了解“觸電”概念的基礎(chǔ)上，將兩者有機(jī)結(jié)合用于分析電流如何流經(jīng)人體（分析問題）和思考如何構(gòu)建避免電流流經(jīng)人體（解決問題）的重要方法.

1.3 科學(xué)精神和態(tài)度

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》指出：“有將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會(huì)實(shí)踐的意識(shí)”“體驗(yàn)戰(zhàn)勝困難、解決物理問題時(shí)的喜悅”“養(yǎng)成實(shí)事求是、尊重自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度”.教師應(yīng)該發(fā)揮物理學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在安全用電教學(xué)中立足于科學(xué)知識(shí)和方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，既不要使學(xué)生形成“談電色變”的心理，也不要有“只要不觸碰電線就不會(huì)觸電”的錯(cuò)誤思想，還要利用好課堂做好學(xué)生的終生安全用電教育，和培養(yǎng)學(xué)生“有將科學(xué)服務(wù)于人類的意識(shí)，熱愛祖國，有振興中華的使命感與責(zé)任感”[3].

1.4 科學(xué)應(yīng)用

學(xué)習(xí)物理知識(shí)的意義在于學(xué)生能利用所學(xué)的知識(shí)去分析問題和解決問題，特別是將所學(xué)知識(shí)和方法遷移為一項(xiàng)重要的生活技能.安全用電的教學(xué)雖然不能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證，但教師可以通過自制教具模擬實(shí)驗(yàn)，通過設(shè)計(jì)合適的問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析真實(shí)生活中的場(chǎng)景.筆者通過教學(xué)實(shí)踐認(rèn)為在安全用電的教學(xué)過程中，教師應(yīng)該突出幾個(gè)核心問題的實(shí)施：什么是觸電、觸電發(fā)生時(shí)電流的路徑、以歐姆定律為主線、觸電急救應(yīng)對(duì)措施.

通過對(duì)本節(jié)內(nèi)容核心素養(yǎng)的挖掘，筆者形成了對(duì)本課的板書設(shè)計(jì)策略如圖1所示.

2 精心設(shè)計(jì)問題，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

2.1 從詞語的再認(rèn)知，到科學(xué)概念的再理解

筆者在課前讓學(xué)生預(yù)習(xí)“觸電”一詞的意義.學(xué)生可以查字典、百度、咨詢相關(guān)人員，準(zhǔn)備在課堂上進(jìn)行交流.課堂上教師首先播放一小段由于意外發(fā)生人體觸電的監(jiān)控視頻.

引入：我們常常說的“觸電”是因?yàn)槿梭w接觸了帶電體嗎？

問題：人體接觸帶電體時(shí)，一定會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)嗎？如果不一定，能否舉出反例？

（不一定，例如人體接觸干電池或在家庭電路中用試電筆間接接觸帶電體都有電流通過人體，但流過人體的電流很小，不會(huì)對(duì)人造成傷害.）

問題：對(duì)“觸電”一詞我們應(yīng)該怎樣理解更科學(xué)呢？

分析：有電流通過人體，但電流很弱，不對(duì)人造成傷害，人體是安全的;有電流通過人體，且電流較強(qiáng)，對(duì)人體造成傷害，甚至引起死亡就是觸電.

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“觸電”一詞的辨析，使學(xué)生對(duì)“觸電”一詞有科學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀、科學(xué)態(tài)度.教師板書如圖1中所示I人和一二部分內(nèi)容，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，并為歐姆定律這一主線知識(shí)和第三部分知識(shí)的展開做好了鋪墊.

2.2 從知識(shí)的再應(yīng)用，到科學(xué)方法的再鞏固

問題：（學(xué)生導(dǎo)學(xué)案中例題1）依據(jù)表1，當(dāng)某人皮膚干燥時(shí)兩手間的電阻約為1×105歐，如果他不小心接觸到交流電路，兩手間電壓至少達(dá)多大時(shí)開始有感覺？電壓達(dá)多大時(shí)會(huì)手指強(qiáng)烈顫抖？

（60伏、200伏）

問題：通過以上計(jì)算表明當(dāng)人體電阻一定時(shí)，通過人體的電流大小或者人體的不同生理反應(yīng)與什么因素有關(guān)？你用到的計(jì)算原理是什么？

（電壓大小、歐姆定律.）

初步結(jié)論：根據(jù)歐姆定律，I人的大小與所接觸的電壓有關(guān)，電壓越高，I人越大，人就越危險(xiǎn).

【設(shè)計(jì)意圖】以應(yīng)用為拓展培養(yǎng)了學(xué)生分析數(shù)據(jù)、即發(fā)現(xiàn)不同強(qiáng)弱的電流引起人體不同的生理反應(yīng)關(guān)系的能力，學(xué)生在解答過程中體會(huì)電流的強(qiáng)弱才是人體觸電與否的關(guān)鍵，鞏固了歐姆定律的應(yīng)用.同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生用科學(xué)方法分析問題、解決問題的能力.教師還很自然引出了本節(jié)課的教學(xué)主線，教師板書歐姆定律的公式表達(dá)和第三部分知識(shí)，幫助學(xué)生進(jìn)一步構(gòu)建知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，為第四部分知識(shí)的展開做好了鋪墊.

2.3 從方法的再強(qiáng)化，到科學(xué)素養(yǎng)的再提升

由于人體觸電是不可以用實(shí)驗(yàn)直接演示的.筆者在課前自制了“模擬人體觸電演示儀”如圖2所示：用9V的電池模擬發(fā)電站、電池的正極接模擬高壓線→接模擬變壓器→接模擬火線、電池的負(fù)極接模擬大地（鐵皮）、零線在模擬戶外接地.將一個(gè)玩偶身體上連接一個(gè)額定電壓12V的LED燈、正極用導(dǎo)線接右手、負(fù)極接左手和雙腳，其中左右手分別焊接一個(gè)鱷魚夾.當(dāng)有電流通過玩偶，LED燈就會(huì)發(fā)光，代表人體觸電.

問題：當(dāng)人體（玩偶）不小心觸碰到了火線就會(huì)發(fā)生觸電（演示如圖3，此時(shí)LED燈亮），誰來描述電流流過人體的路徑是怎樣的呢？

（電流從電源的一端出發(fā)經(jīng)過高壓線經(jīng)過變壓器經(jīng)過火線通過人體流到大地，再經(jīng)過大地回到電源.）

分析：人體雖然只接觸了火線，但大地是良導(dǎo)體，人體通過大地與電源形成了閉合回路，該電流會(huì)傷害人體，人就觸電了.

【設(shè)計(jì)意圖】用簡(jiǎn)單的道具演示不可體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)，使教學(xué)更具安全性、趣味性，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情得到激發(fā)，學(xué)生直接感受實(shí)物的沖擊勝過視頻教學(xué)引導(dǎo)和紙筆分析.然后學(xué)生在導(dǎo)學(xué)案上描繪出電流的路徑，再次復(fù)習(xí)了電流流向法，回顧了試電筆使用過程中有電流通過人體、大地再流回電源的知識(shí)，活躍了學(xué)生的思維，科學(xué)素養(yǎng)得以提升.教師在第二部分內(nèi)容下板書“單線觸電”.

問題：當(dāng)人體（玩偶）不小心觸碰到了火線，就一定會(huì)觸電嗎？誰來幫我演示人體接觸到了火線卻沒有發(fā)生觸電的情況？

（不一定.學(xué)生經(jīng)過不斷嘗試，在玩偶的下方放置一塊塑料片后LED燈熄滅，如圖4所示.）

分析：人體雖然接觸了火線，但站在絕緣體上，相當(dāng)于斷路，通過人體的電流為零，人是安全的.

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生參與到模擬演示實(shí)驗(yàn)的探究過程，既活躍了課堂氣氛增進(jìn)了師生感情，又將知識(shí)應(yīng)用到情景中增強(qiáng)了課堂的可操作性，演示的學(xué)生在沒能達(dá)成目標(biāo)時(shí)，其他同學(xué)的激動(dòng)呼喊高聲救助讓課堂的交流與合作過程達(dá)到了一個(gè)高潮.

問題：如果此時(shí)人體的另一只手不小心觸碰到了零線，人體會(huì)觸電嗎？如果觸電，誰來描述電流流過人體的路徑是怎樣的呢？

（會(huì)觸電.電流從電源的一端出發(fā)經(jīng)過高壓線經(jīng)過變壓器經(jīng)過火線通過人體流到零線，從零線流到戶外的大地，再經(jīng)過大地回到電源.）

分析：人體接觸了火線和零線，與電源形成了閉合回路，電流會(huì)傷害人體，人會(huì)觸電.

【設(shè)計(jì)意圖】前面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)為該問題的解決提供了鋪墊，教師這一次應(yīng)該先提出問題，再讓基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生用電流流向法分析、回答這個(gè)問題，最后請(qǐng)他通過模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5所示.讓學(xué)生獲得成功的喜悅，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心，使教師的關(guān)注面更廣.然后全體學(xué)生在導(dǎo)學(xué)案上描繪出電流的路徑，不斷強(qiáng)化電流流向法，科學(xué)素養(yǎng)得到不斷提升.教師在第二部分內(nèi)容下方補(bǔ)充板書“雙線觸電”.

問題：某些情況下，高壓線墜落在用濕棉布模擬的地面上如圖6所示，人從旁邊走過時(shí)會(huì)觸電嗎？如果觸電，誰來描述電流流過人體的路徑是怎樣的呢？

（會(huì)觸電.電流從一只腳的一端流經(jīng)胯部再流到另一只腳回到大地，可能發(fā)生觸電.）

分析：人體雖然沒有直接接觸火線，但電流會(huì)從落地點(diǎn)流向四面八方回到電站，大地也是有一定電阻的，依據(jù)U=IR，人體兩腳之間相當(dāng)于與所踩的大地兩點(diǎn)之間并聯(lián)，仍然有電流通過人體，人會(huì)觸電.

【設(shè)計(jì)意圖】這個(gè)問題有一定的難度，當(dāng)學(xué)生回答不出這個(gè)問題時(shí)，教師可以進(jìn)一步模擬演示將0～10V量程的多用電表兩端接在濕棉布某兩點(diǎn)上如圖7所示某次示數(shù)為4V，并提示學(xué)生此時(shí)電壓表的兩端相當(dāng)于人體的兩腳之間，再請(qǐng)學(xué)生討論后回答.通過該模擬實(shí)驗(yàn)的演示，學(xué)生感到驚訝的過程恰恰激發(fā)了學(xué)生探索現(xiàn)象背后原理的欲望，學(xué)生討論的氣氛更加熱烈便激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)積極參與到探究的過程中，認(rèn)真觀察與思考，讓學(xué)生感受科學(xué)知識(shí)的價(jià)值，并能在探究的過程中體會(huì)到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)與美麗[4].學(xué)生在導(dǎo)學(xué)案上描繪出電流流經(jīng)兩腿的路徑，繼續(xù)強(qiáng)化了電流流向法，科學(xué)素養(yǎng)得到再提升.教師在第二部分內(nèi)容下方補(bǔ)充板書“跨步電壓觸電”.

2.4 從實(shí)驗(yàn)的再遞進(jìn)，到科學(xué)價(jià)值的再體驗(yàn)

問題：從以上的觸電原因分析都是由于人體直接或間接接觸了帶電體引起的.那么人體只要不接觸帶電體就是安全的，對(duì)嗎？（錯(cuò)）

通常情況下學(xué)生不經(jīng)意間會(huì)在教師問題的引導(dǎo)下回答“對(duì)”，然后教師把J1206-1型電子開關(guān)式感應(yīng)圈（如圖8所示）的電極兩端分別用高壓絕緣線連接到模擬高壓線與模擬大地兩端（此時(shí)已經(jīng)卸掉9V電池）如圖9所示，再把另一個(gè)插有金屬絲的玩偶放在模擬大地上后給感應(yīng)圈通電.然后教師用絕緣棒慢慢推動(dòng)玩偶靠近（不能接觸）模擬高壓線（必要時(shí)借助實(shí)物展臺(tái)觀察），可以看到模擬高壓線與玩偶之間形成了一道光亮的電弧如圖10所示，同時(shí)聽到啪啪聲.

分析：人體雖然沒有直接接觸帶電體，但由于電壓過高，空氣由絕緣體變?yōu)榱藢?dǎo)體，會(huì)有強(qiáng)大的電流通過高壓線、空氣、人體流向大地，人會(huì)觸電，同時(shí)在空氣中形成了一道電弧.

【設(shè)計(jì)意圖】當(dāng)學(xué)生觀察到以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)表現(xiàn)為驚嘆、歡呼，學(xué)生本次驚嘆的過程創(chuàng)造了思維上的沖突——人體不接觸帶電體為什么也會(huì)發(fā)生觸電？該實(shí)驗(yàn)的遞進(jìn)，為“電壓越高越危險(xiǎn)”也提供了更充分的證據(jù).避免了教師空洞的說教，優(yōu)于動(dòng)畫或視頻的教學(xué)，也為接下來的原因分析建立了牢固的感性認(rèn)識(shí)，而真實(shí)情境的模擬又幫助學(xué)生切實(shí)體驗(yàn)到了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)價(jià)值，為學(xué)生的終身安全教育提供了有效的保障.教師在第二部分內(nèi)容下方補(bǔ)充板書“高壓電弧觸電”.

2.5 從目標(biāo)的再落實(shí)，到愛國情懷的再激發(fā)

問題：通過人體的電流大小除了與電壓有關(guān)還與什么因素有關(guān)？如果要人體更安全，人們應(yīng)該怎么做？

（與電阻有關(guān).保持人體干燥或與帶電體之間保持絕緣.）

分析：當(dāng)電壓一定時(shí)，依據(jù)歐姆定律，R人越大，I人越小，人體越安全.因此應(yīng)該使R足夠大，人體就要保持干燥，或者與帶電體之間絕緣性能足夠強(qiáng).

【設(shè)計(jì)意圖】教學(xué)過程再次回歸到歐姆定律的分析，教師已經(jīng)幫助學(xué)生構(gòu)建完畢以歐姆定律為主線的主體知識(shí)框架，學(xué)生有輕松學(xué)習(xí)、恍然大悟的學(xué)習(xí)體驗(yàn).

問題：既然通過人體的電流大小與所接觸的電壓和人體的電阻有關(guān)，在生活中我們應(yīng)該怎樣做到安全用電呢？（略）

【設(shè)計(jì)意圖】問題依然圍繞歐姆定律進(jìn)行分析，學(xué)生討論交流后回答，教師適時(shí)點(diǎn)撥學(xué)生、鼓勵(lì)學(xué)生，并板書安全用電原則.由于注意防雷的內(nèi)容與高壓電弧觸電的原理是相關(guān)的，因此列入到安全用電原則中對(duì)教學(xué)的整體性并無影響，同時(shí)人類天生對(duì)雷電有較強(qiáng)的防范意識(shí)，因此教師可以點(diǎn)到為止，不必做太多贅述.

問題：當(dāng)發(fā)現(xiàn)有人意外觸電，能否用手拉開觸電者？我們應(yīng)該如何進(jìn)行科學(xué)施救？

（不能.首先應(yīng)該切斷電源，情況嚴(yán)重時(shí)進(jìn)行心肺復(fù)蘇術(shù)，然后通知醫(yī)務(wù)人員.）

【設(shè)計(jì)意圖】人生中難免有意外發(fā)生，學(xué)生通過對(duì)這一問題討論，掌握必要的觸電急救應(yīng)對(duì)措施，可以在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮學(xué)科知識(shí)的力量，為挽救生命爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間.教師板書觸電應(yīng)對(duì)措施的內(nèi)容.核心知識(shí)“家庭電路”“觸電”“觸電急救應(yīng)對(duì)措施”的教學(xué)目標(biāo)已經(jīng)達(dá)成.

課堂的最后，教師播放一小段大國工匠王進(jìn)行走在帶電的超高壓線上的視頻，學(xué)生發(fā)出陣陣稱贊聲.問題：王進(jìn)在高壓線上行走，為什么不會(huì)觸電？他是如何上到帶電的高壓線上的？

【設(shè)計(jì)意圖】教師的教學(xué)不能僅僅停留在教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成上.這個(gè)視頻的播出極大地促使學(xué)生萌生了愛國情懷和獲得了民族自信，這個(gè)問題的提出極大激發(fā)了學(xué)生揭曉奧秘的興趣和探索科學(xué)方法的欲望.

3 教后反思

教師以歐姆定律為主線精心設(shè)計(jì)了課堂問題，為不可體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)制作了模擬教具是實(shí)現(xiàn)安全用電高端備課的保障.在課堂教學(xué)的過程中幫助學(xué)生重新認(rèn)識(shí)了“觸電”的含義、逐步構(gòu)建了安全用電知識(shí)網(wǎng)絡(luò)、以導(dǎo)學(xué)案為載體復(fù)習(xí)鞏固了電流流向法的應(yīng)用、促進(jìn)了師生情感互動(dòng)和交流.學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度的內(nèi)化過程，達(dá)到了培養(yǎng)核心素養(yǎng)的目標(biāo)，萌生了愛國情懷和獲得了民族自信.筆者致力于通過自制教具、編寫和使用教學(xué)案承載物理實(shí)驗(yàn)教學(xué).為學(xué)生提供學(xué)習(xí)的有利素材，創(chuàng)造一個(gè)快樂的學(xué)習(xí)環(huán)境，使教師的教學(xué)不斷實(shí)現(xiàn)高效，學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)不斷得到提升，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下基礎(chǔ)[5].

參考文獻(xiàn)：

[1]林欽，陳峰，宋靜.關(guān)于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的中學(xué)物理教學(xué)的思考[J].課程·教材·教法，2015，35（12）：90-95.

[2]符東生.廣州市義務(wù)教育階段學(xué)科學(xué)業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（物理）[M].廣州：廣東教育出版社，2013.

[3]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

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（收稿日期：2019-04-22）