[焦耳定律]教学设计

《焦耳定律》教学设计

一、教学目标：

1、知识和技能目标：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的能力。

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。

二、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。

三、教法与学法

将学生分组，以小组为单位进行教师引导下的科学探究，加强组内同学间的合作、讨论和交流，加强师生间相互反馈，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。开学时就将学生4人一组分组，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。

四、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（5、10、10欧各一根，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。

五、探究实验：研究通电导体产生的热量跟电流、电阻和时间的关系。

六、教学活动实录（部分）：

（一）导入新课

师：（教师出示电饭锅，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，有没有共同点？

（学生小组讨论，请三位同学上来各拿一个电器，同时通电实验1分钟，并请他们触摸电器和电扇的电动机部分）

（凡教师提出问题，教师留有一定的时间，让学生同桌或四人小组讨论）

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，这种现象叫电流热效应。（教师

板书：电流热效应）

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：（学生讨论后）它们产生的热量有多有少。

（在学生心里自然产生了“产生热量有多少？”这个问题。）

【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：既然电流通过用电器产生的热量不同，同学们会想到什么问题？

（学生议论纷纷，举手发言，教师引导 ）

生：„„电流通过导体产生的热量与什么因素有关？（学生自己提出问题）

师：你们觉得与什么因素有关？（引导学生去猜想）

（学生议论纷纷，举手发言，教师引导 ）

生：„„可能与电压、电流、电阻、时间或其它等等因素有关。（学生猜想）

师：同学们讨论很热烈！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！（通过平时的教学，学生都明白：实践是检验真理的唯一标准，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（学生设计实验）

（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，培养学生开放型思维能力。

师：哪个小组汇报一下你们设计的实验方案？

（学生七嘴八舌，但真能设计完整方案的不多，此时需要教师的引导）

师：你们说说做这个实验首先要解决一些什么问题？（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：（学生讨论并发言）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：找两个相同的烧瓶„„

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膨胀换成液体（水或煤油）„„

师：也很好！测温度比较热量法呢？

生：可以直接用温度计去测量升高的温度，质量相等的煤油温度升高越多，吸热越多„„ 师：××同学说得很好！只是上述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，好吗？

【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。大家想想：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里产生的热量。

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升高。

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

（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组设计的实验电路图，并请该组代表讲述设计思路）

生：„„

（用多媒体教学平台展示探究过程中的问题流程图，如右图所示。教师结合该图，小结一下同学们设计实验的过程，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，教会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。另外也提倡了开放性思维、多种解决方案。

师：请同学们按照上述我们设计的实验方案开始实验。

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。（进行实验）

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）。

（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下表内容）

师：其它小组实验数据虽然与这不同，但都与这个数据差不多，可以看出其中的规律。哪个同学说一下，你从这数据中看出了什么？（数据分析，归纳总结）

生：„„（学生可能说不准确，但大体的意思肯定能说得出来）。

师：××同学发现了一个规律，我们不妨把这个规律称为××定律。大家鼓掌祝贺他。其实这个定律早在很多年前，物理学家焦耳就是按照刚才大家的研究方法，实验研究了很多年才得出的，因此这个定律也叫焦耳定律。

（教师用教学平台投影焦耳定律的内容、公式、单位等）

说明：在现实中学实验条件下，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，潜意识地使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研究出来，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：那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，实验数据没有什么误差，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，直至实验很精确了才得出了焦耳定律。

师：请问你们哪个小组的实验没有什么误差？

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。同时也告诉了学生在科学研究中合作与交流的重要，还为下面的评估作了铺垫。

师：能不能找一找误差的原因和改进的办法？（对实验探究的评估）

生：（学生讨论后发言）有热量的散失，试管外面包隔热材料。

生：有可能这电阻丝的电阻不准确，可换用阻值准确的电阻丝。

生：温度计读数不同时，尽量同时读数。

生：三支试管中的煤油质量有误差，最好用天平准确测量。

生：温度计本身不标准，应事先选择标准的三个温度计。

生：„„

师：同学们分析得很好！从这里也可以告诉我们以后进行科学实验研究时，不仅要做好误差分析，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出来。

【点评】评估过程也是对学生进行思维训练的过程，同时也使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，没有必要加进教师这一中间环节，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，请同学们互相交流看法。

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：如果要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？能否想点办法减少电风扇的能量散失？

【点评】第一题是检查学生对焦耳定律和科学比较方法的理解，第二题是回应开头，并且让学生思考电热与电功的区别。

（五）小结及布置作业

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探究的步骤和方法。

【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，做在作业本上，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更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。

【教学设计说明】

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，就得认真仔细地做好实验，提倡学生敢于动手、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的方法和能力。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，在日常生活中找到所学知识的应用，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，仅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使学生学会运用公式了。然而这是远远不够的，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，培养学生一些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开展，另外，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，这些都是创造学习的重要手段，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，能使学生主动活泼的学习，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和科学研究的能力的培养，领悟科学的思想和精神，为他将来的科学研究奠定了基础。

附：

《焦耳定律》中的素质教育

时至今日，以创新教育为核心的素质教育早已深入人心，人们不再谈论需不需要开展素质教育，而是探讨怎样去开展素质教育。学生每天大部分时间在学校上课，因此课堂教学是素质教育的主阵地，素质教育的任务主要靠课堂教学来完成。如何在课堂教学中开展素质教育？这是值得每位教师研究的问题。下面我就人教版初三物理《焦耳定律》的课堂教学实例，来谈谈我在这节课中开展素质教育的一些做法，供老师们参考。

一、《焦耳定律》内容概述

该节的教学目标有：知道电流的热效应，知道电热器的原理和应用，理解焦耳定律，会用焦耳定律进行简单的计算。教材顺序为：简单说明电流的热效应；重点讲述焦耳定律（实验、归纳、规律、公式、练习）；讲述电热的应用。

我在教学中基本上按教材内容和顺序进行教学，只是改动了两个地方：1、演示实验：为了节省实验时间，将实验电路改为如图的电路，做一次实验即可；将烧瓶改为大试管，里面装上相等质量的煤油，减少煤油的质量，容易升高煤油的温度；直接用数字温度计测量温度，既测量准确又增大了可视度。2、对隐含在该节知识点以外的科学素质内容加以归纳总结，培养学生的科学素质。

二、该节教学中的素质教育

中学教育是基础教育的一部分，也是一种素质教育。素质教育的内容很丰富，在物理教学中对学生进行素质教育，主要是对学生进行科学素质教育，提高学生的科学素质。科学素质是指人们在认识自然和应用科学知识的过程中所表现出来的一种特质，一个人的科学素质是其整体素质的重要组成部分，主要包括科学知识、科学能力、科学方法、科学精神等几方面。在该节课中，我全方位地对学生进行科学素质的教育和培养，下面分别说明：

1、科学知识的教育：

科学知识是科学素质的基础，没有科学知识就谈不上科学素质。对物理学而言，物理概念和规律是物理知识的核心内容。在该节课中，上述教学目标就是学生要掌握的知识，我的教学活动也是围绕它们展开的，希望通过教学让学生掌握这些知识。这也是大多数老师最为重视的教学内容（即传授知识）。

2、科学能力的培养：

素质教育是人的全面素质的教育，而能力是人的全面素质的核心，是直接影响活动效率、使活动顺利完成的个性心理特征。能力不是既定的知识本身，而是获取和处理知识的方式。一个人有各种各样的能力，其中科学能力是人最重要的一种能力，是科学素质的首要因素，也是我们课堂教学的重点发展对象。在该节课中我对学生进行了下面几种能力的培养：

A、观察和实验的能力：为了研究决定电流通过导体产生热量的因素，我做了演示实验，通过演示实验加强了学生的观察和实验的能力的培养：观察老师装配好的电路，要求画出实验电路图；用煤油吸收的热去替代电流产生的热的实验原理；观察温度计示数变化的情况；从温度计示数上升的多少，得出产生热量的多少；比较三个电阻产生的热量的多少，归纳出实验结论等。

B、分析综合能力：该节的演示实验只是分别得出了热量与某个因素的关系，并没有在一次实验中得出热量同时与三个因素的关系，这就需要在演示实验基础上的归纳和综合，综合三个因素得出焦耳定律。在这个思维过程中，学生得到了分析综合能力的锻炼。

C、理解能力：焦耳定律是由三个“成正比”组成，对“成正比”怎样理解是一个难点。

我在教学中引导学生：成正比就是在其他因素相同或不变的条件下，热量随某个因素成正比例的增大或减小。还将此节的一个练习题拿过来让学生讨论：既然热量与电阻成正比，那么时间相同时，是电阻大的还是电阻小的产生的热量多？通过这样的方式，不仅使学生理解了焦耳定律的内涵，而且培养了学生的理解能力。

D、推理和计算能力：在得到焦耳定律的公式后，为了巩固它，在课本例题求热量的基础上，我又增加了两个小练习题，分别求时间和电阻，这就需要将焦耳定律公式从原始形式推理到另外的形式，在这些练习中培养了学生的推理和计算能力。

3、科学方法的教育：

科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和行为方式，是们认识的改造客观世界的有效工具。科学方法与科学知识之间存在着内在的必然联系，知识是方法的基础，因为它反映了客观现实的要求和规律，但这并不意味着知识可以自动转化为方法，更不能把知识和方法简单等同起来。对于人的活动来说，方法比知识更重要，方法可以被看作运用知识的知识。我们教师要在教学中加强对学生进行科学方法的教育，为他们将来的的科学研究打下方法论的基础。正如卢梭所说：“问题不在于给他们讲授科学，而是教给他们一些方法，以便他们增进了科学兴趣以后能够进行研究工作”。那么在该节课中我们可以教给学生什么科学方法呢？

A、科学探究的方法教育：

该节重点是焦耳定律，焦耳定律和其他物理规律或概念一样，都是科学家在科学实验研究的基础上得出的规律。这些规律对于人类来说是已知的，但对于未学的学生来说是未知的。我们在教学中，完全应该引导学生像科学家那样，自己去把规律探究出来，这就要求教师教给学生科学探究的方法。这种科学研究的步骤一般为：①提出要研究的问题，②进行合理的猜想，③设计研究实验，④进行实验研究，记录现象和数据，⑤分析现象和数据，得出初步结论，⑥结论推广：在大量重复实验研究的基础之上，上升为规律。在得出了焦耳定律之后，我归纳了科学探究的基本方法或步骤：提出问题→进行猜想→设计实验→科学实验→数据分析→得出结论→上升规律。

B、物理实验方法的教育：

物理实验方法很多，物理教学中应尽量教给学生一些物理实验的方法。运用本节的实验至少可以教给学生两种实验方法：

等量替换法：因为热量很难直接测量，所以在研究电流产生的热量时，让煤油来吸收电流放出的热，煤油吸收的热等于电流产生的热量，而煤油吸收的热可以通过测量质量和升高的温度测量出来。这就是等量替换法，即让一个容易测量的量去等量替换很难测量的量。

控制变量法；在研究电流通过导体产生的热量的实验中，为了研究热量与电阻的正比

关系，采用电阻R1、R2串联，让电流和时间相同；为了研究热量与电流的关系，采用电阻R2、R3不同方式并联，让电阻和时间相同；为了研究热量与时间的关系，可比较同一个电阻（电流与电阻相同）的情况。这就是控制变量法，即在研究某物理量与它的某个影响因素的关系时，必须让其他影响因素相同或不变。

等量替换法和控制变量法既是物理实验方法，又是物理思想，在物理学习和研究中经常用到，学生必须掌握这些方法。

4、科学精神的教育

科学精神作为文化科学深层结构中所包括的一套价值和规范的复合体，从总体上说就是不断探索、不断发展的精神。有了科学精神，任何人都可能在各自专业中有所发现，都可能不断取得新成就。作为教育工作者，我们要从小就培养学生的科学精神。该节课中我利用教材的内容培养了学生的下列精神：

A、求实精神：科学是老老实实的学问，来不得半点虚伪和骄傲，科学就是实事求是，就是追求真、善、美。在教学中，我们要培养学生的求实精神。该节中有演示实验，实验的核心就在于“实”，要让事实说话、让数据说话。由于我们用数字温度计测量较精确，从实验数据确实可以看出热量与电阻或时间成正比，学生很信服。对于热量与电流平方成正比，虽然不是很严格成正比，有些误差，但也要说明一下误差的来源，在实验௯差范围内仍然成正比。这样可以逐渐使学生养成实事求是的科学精神。

B、创新精神：科学工作是一种创造性的工作，没有创造性，就谈不上科学。同样，教育是对学生的再塑造，也是一种创造性工作，要时刻培养学生的创造精神。该堂课为了节省演示实验时间，将书中的演示实验改革了，这是一种教学创新，也是想借这个事例告诉我们的学生，不要迷信课本，不要迷信权威，在平时的学习中，为了更好地达到学习的目标，可以用最好的方式去学习，可以用课本上没有的、自己创造的方法去学习。

C、献身精神：科学研究决不是一种自私的欢乐，追求科学是一种无私的奉献。为了培养学生献身科学的精神，在得出焦耳定律时，我用几分钟讲述了焦耳的生平及其对物理学的贡献，讲述了他用毕业心血，在实验条件很差的情况下，重复无数次的实验，终于精确得出了能的转化和守恒定律、热功当量及焦耳定律等事迹，潜移默化地教育学生为追求真理而奉献自己的才智。

5、辩证思想和安全意识的教育：

辩证思想和安全意识也是素质教育的重要内容，特别在理科教学中要让学生明白事物的因果关系，懂得用全面的联系的、而不是片面的孤立的观点去认识事物、认识自然，使学生在学习过程中，不知不觉地养成辩证唯物主义科学观。在讲电热的应用时，我不仅讲电热有利的一面，也强调电热不利的一面，人们在使用电热器的时候，要尽量减少电热造成的危害，趋利避害，这就是引导学生用辩证的眼光去看问题，处理任何问题都要一分为二，具体问题要具体分析，不能以偏概全。在这个过程中顺便教给了学生安全用电的常识，也加强了

安全意识的教育，

有的教师可能有疑问：不是每节内容都象《焦耳定律》有这么多素质可教育；该节课的教学时间是否够用？我觉得：任何一节物理内容中都含有大量的素质教育内容，就看你是否去挖掘，我仅仅是以该节为一个例子。上述的素质教育内容写起来很多，但在教学中，并不是刻意停下课去用大量时间进行，而是在知识点的教学中，恰到好处地花上几分钟总结归纳一下，在不知不觉中对学生进行素质教育。根据学生和课堂的实际，一个课时不够就用两个课时，反正我们的每一节课都是要进行素质教育，为了达到素质教育的目标，我们不怕多用一点课时，就是花上一些时间进行能力、方法、精神的教育也是值得的。学生的素质也不是在一节课之内就能提高很多，我们要求的是一节一节课地、日积月累地去提高，长此以往，通过几年的中学教育，学生的素质就能得到全面的发展。

三、几点教学启示

从上面我们可以看出：素质教育不是一句空话，也不仅仅是搞一些课外活动，而是实实在在的，在每一节课中都可以进行素质教育，也应该进行素质教育，我们教师要把素质教育的目标落实到每一节课堂教学之中，因此我们要做下面几件事：

1、研究素质教育理论，转变教育教学思想

在课堂教学中落实素质教育，提高学生素质，教师一定要研究素质教育理论，理解素质教育的内涵，掌握一些素质教育的方法，还要转变教育教学思想，从传授知识的传统观念，转变到培养能力的现代观念，再到培养全面发展的人的全新观念。要把教学的立足点放在培养学生的素质上，我们的教学不能仅是从知识到知识，而要从知识到能力，从知识到素质，传授知识、发展能力、教给方法、培养精神是我们教学必不可少的四项任务。正如李岚清同志所说：教学的重点应当是在掌握必要文化知识的同时，教会学生获取新知识的方法和能力，使学生能够运用所学的知识和方法，不断补充新知识，解决新问题。

2、教学中要注意的地方

在进行教学设计的时候，要充分挖掘教材内涵，挖掘知识点以外的能培养学生素质的东西，要将素质教育的内容渗透到每节课堂教学中去。根据不同的教学内容，选择不同的教法和学法，制定不同的素质培养目标，积极地开展素质教育，全面提高学生的全面素质。