吴仉蓉 彭妙
摘 要：以自制教具演示人体触电实施“安全用电”教学，以欧姆定律为主线进行教学设计，阐述了以物理核心素养培养为指向的高端备课策略.
关键词：核心素养;自制教具;欧姆定律;高端备课
文章编号：1008-4134（2019）16-0062 中图分类号：G633.7 文献标识码：B
基金项目：广东省教育科学“十三五”规划2017年度研究课题“以导学案为载体的初中物理高端备课策略研究”（项目编号：2017YQJK012）.
作者简介：吴仉蓉（1970-），女，江西临川人，本科，中学高级教师，江西省特级教师，研究方向：初中物理教学;
彭妙（1983-），男，湖南岳阳人，本科，中学二级教师，研究方向：中学物理实验教学研究.
欧姆定律是初中物理電学知识的重点内容之一，也是学生理解人体如何发生触电的基础知识，对学生在生活中防范触电的发生有极强的指导意义.而笔者在教学实践中发现学生对“安全用电”这一节课的知识往往停留在“看热闹”的层面，部分教师对人体触电本质的分析不够深入和透彻.本文是笔者所参与的工作室集体智慧的总结，立足于高端备课的视角、自制教具模拟人体触电，以提升学生核心素养为目标谈安全用电高端备课策略.
1 挖掘核心素养，形成教学策略
物理课程是自然科学领域的重要基础课程，在培养学生方面的价值体现从科学知识、科学方法、科学精神与态度、科学应用四个方面为学生今后生活和工作做准备，使学生养成终身发展所需的必备品格与关键能力，形成学生的物理学科核心素养.笔者依据《义务教育物理课程标准（2011年版）》，结合教材，对安全用电的核心素养挖掘如下.
1.1 科学知识
《义务教育物理课程标准（2011年版）》对安全用电的教学要求为：“了解家庭电路.有安全用电和节约用电的意识”.再依据《广州市义务教育阶段学科学业质量评价标准（2013版）》对安全用电的具体评价为：“能够描述家庭电路的组成和连接方式”“会遵循安全用电原则画出家庭电路简图”“会用测电笔检测火线与零线”“知道地线的作用，能表述如何利用地线防止用电器漏电时导致的触电意外”“能正确说出触电急救应对措施”[2].而本节课中学生需要构建的核心知识为“家庭电路”“触电”“触电急救应对措施”.
1.2 科学方法
本节课程在进行安全用电教学时，主要涉及第十五章建立的方法“电流流向法”和第十七章的知识“欧姆定律”，这些知识和方法是初中电学的重点内容，也是学生在了解“触电”概念的基础上，将两者有机结合用于分析电流如何流经人体（分析问题）和思考如何构建避免电流流经人体（解决问题）的重要方法.
1.3 科学精神和态度
《义务教育物理课程标准（2011年版）》指出：“有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识”“体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦”“养成实事求是、尊重自然规律的科学态度”.教师应该发挥物理学科优势，在安全用电教学中立足于科学知识和方法，培养学生的科学精神，既不要使学生形成“谈电色变”的心理，也不要有“只要不触碰电线就不会触电”的错误思想，还要利用好课堂做好学生的终生安全用电教育，和培养学生“有将科学服务于人类的意识，热爱祖国，有振兴中华的使命感与责任感”[3].
1.4 科学应用
学习物理知识的意义在于学生能利用所学的知识去分析问题和解决问题，特别是将所学知识和方法迁移为一项重要的生活技能.安全用电的教学虽然不能用实验直接验证，但教师可以通过自制教具模拟实验，通过设计合适的问题引导学生进行分析真实生活中的场景.笔者通过教学实践认为在安全用电的教学过程中，教师应该突出几个核心问题的实施：什么是触电、触电发生时电流的路径、以欧姆定律为主线、触电急救应对措施.
通过对本节内容核心素养的挖掘，笔者形成了对本课的板书设计策略如图1所示.
2 精心设计问题，培养核心素养
2.1 从词语的再认知，到科学概念的再理解
笔者在课前让学生预习“触电”一词的意义.学生可以查字典、百度、咨询相关人员，准备在课堂上进行交流.课堂上教师首先播放一小段由于意外发生人体触电的监控视频.
引入：我们常常说的“触电”是因为人体接触了带电体吗？
问题：人体接触带电体时，一定会发生危险吗？如果不一定，能否举出反例？
（不一定，例如人体接触干电池或在家庭电路中用试电笔间接接触带电体都有电流通过人体，但流过人体的电流很小，不会对人造成伤害.）
问题：对“触电”一词我们应该怎样理解更科学呢？
分析：有电流通过人体，但电流很弱，不对人造成伤害，人体是安全的;有电流通过人体，且电流较强，对人体造成伤害，甚至引起死亡就是触电.
【设计意图】引导学生对“触电”一词的辨析，使学生对“触电”一词有科学的认识和理解，可以培养学生的科学观、科学态度.教师板书如图1中所示I人和一二部分内容，帮助学生构建知识之间的关联，并为欧姆定律这一主线知识和第三部分知识的展开做好了铺垫.
2.2 从知识的再应用，到科学方法的再巩固
问题：（学生导学案中例题1）依据表1，当某人皮肤干燥时两手间的电阻约为1×105欧，如果他不小心接触到交流电路，两手间电压至少达多大时开始有感觉？电压达多大时会手指强烈颤抖？
（60伏、200伏）
问题：通过以上计算表明当人体电阻一定时，通过人体的电流大小或者人体的不同生理反应与什么因素有关？你用到的计算原理是什么？
（电压大小、欧姆定律.）
初步结论：根据欧姆定律，I人的大小与所接触的电压有关，电压越高，I人越大，人就越危险.
【设计意图】以应用为拓展培养了学生分析数据、即发现不同强弱的电流引起人体不同的生理反应关系的能力，学生在解答过程中体会电流的强弱才是人体触电与否的关键，巩固了欧姆定律的应用.同时也培养了学生用科学方法分析问题、解决问题的能力.教师还很自然引出了本节课的教学主线，教师板书欧姆定律的公式表达和第三部分知识，帮助学生进一步构建知识之间的关联，为第四部分知识的展开做好了铺垫.
2.3 从方法的再强化，到科学素养的再提升
由于人体触电是不可以用实验直接演示的.笔者在课前自制了“模拟人体触电演示仪”如图2所示：用9V的电池模拟发电站、电池的正极接模拟高压线→接模拟变压器→接模拟火线、电池的负极接模拟大地（铁皮）、零线在模拟户外接地.将一个玩偶身体上连接一个额定电压12V的LED灯、正极用导线接右手、负极接左手和双脚，其中左右手分别焊接一个鳄鱼夹.当有电流通过玩偶，LED燈就会发光，代表人体触电.
问题：当人体（玩偶）不小心触碰到了火线就会发生触电（演示如图3，此时LED灯亮），谁来描述电流流过人体的路径是怎样的呢？
（电流从电源的一端出发经过高压线经过变压器经过火线通过人体流到大地，再经过大地回到电源.）
分析：人体虽然只接触了火线，但大地是良导体，人体通过大地与电源形成了闭合回路，该电流会伤害人体，人就触电了.
【设计意图】用简单的道具演示不可体验的实验，使教学更具安全性、趣味性，学生的学习热情得到激发，学生直接感受实物的冲击胜过视频教学引导和纸笔分析.然后学生在导学案上描绘出电流的路径，再次复习了电流流向法，回顾了试电笔使用过程中有电流通过人体、大地再流回电源的知识，活跃了学生的思维，科学素养得以提升.教师在第二部分内容下板书“单线触电”.
问题：当人体（玩偶）不小心触碰到了火线，就一定会触电吗？谁来帮我演示人体接触到了火线却没有发生触电的情况？
（不一定.学生经过不断尝试，在玩偶的下方放置一块塑料片后LED灯熄灭，如图4所示.）
分析：人体虽然接触了火线，但站在绝缘体上，相当于断路，通过人体的电流为零，人是安全的.
【设计意图】让学生参与到模拟演示实验的探究过程，既活跃了课堂气氛增进了师生感情，又将知识应用到情景中增强了课堂的可操作性，演示的学生在没能达成目标时，其他同学的激动呼喊高声救助让课堂的交流与合作过程达到了一个高潮.
问题：如果此时人体的另一只手不小心触碰到了零线，人体会触电吗？如果触电，谁来描述电流流过人体的路径是怎样的呢？
（会触电.电流从电源的一端出发经过高压线经过变压器经过火线通过人体流到零线，从零线流到户外的大地，再经过大地回到电源.）
分析：人体接触了火线和零线，与电源形成了闭合回路，电流会伤害人体，人会触电.
【设计意图】前面两个实验已经为该问题的解决提供了铺垫，教师这一次应该先提出问题，再让基础薄弱的学生用电流流向法分析、回答这个问题，最后请他通过模拟实验进行验证，如图5所示.让学生获得成功的喜悦，增强学生学习物理的信心，使教师的关注面更广.然后全体学生在导学案上描绘出电流的路径，不断强化电流流向法，科学素养得到不断提升.教师在第二部分内容下方补充板书“双线触电”.
问题：某些情况下，高压线坠落在用湿棉布模拟的地面上如图6所示，人从旁边走过时会触电吗？如果触电，谁来描述电流流过人体的路径是怎样的呢？
（会触电.电流从一只脚的一端流经胯部再流到另一只脚回到大地，可能发生触电.）
分析：人体虽然没有直接接触火线，但电流会从落地点流向四面八方回到电站，大地也是有一定电阻的，依据U=IR，人体两脚之间相当于与所踩的大地两点之间并联，仍然有电流通过人体，人会触电.
【设计意图】这个问题有一定的难度，当学生回答不出这个问题时，教师可以进一步模拟演示将0～10V量程的多用电表两端接在湿棉布某两点上如图7所示某次示数为4V，并提示学生此时电压表的两端相当于人体的两脚之间，再请学生讨论后回答.通过该模拟实验的演示，学生感到惊讶的过程恰恰激发了学生探索现象背后原理的欲望，学生讨论的气氛更加热烈便激发了学生主动积极参与到探究的过程中，认真观察与思考，让学生感受科学知识的价值，并能在探究的过程中体会到科学的严谨与美丽[4].学生在导学案上描绘出电流流经两腿的路径，继续强化了电流流向法，科学素养得到再提升.教师在第二部分内容下方补充板书“跨步电压触电”.
2.4 从实验的再递进，到科学价值的再体验
问题：从以上的触电原因分析都是由于人体直接或间接接触了带电体引起的.那么人体只要不接触带电体就是安全的，对吗？（错）
通常情况下学生不经意间会在教师问题的引导下回答“对”，然后教师把J1206-1型电子开关式感应圈（如图8所示）的电极两端分别用高压绝缘线连接到模拟高压线与模拟大地两端（此时已经卸掉9V电池）如图9所示，再把另一个插有金属丝的玩偶放在模拟大地上后给感应圈通电.然后教师用绝缘棒慢慢推动玩偶靠近（不能接触）模拟高压线（必要时借助实物展台观察），可以看到模拟高压线与玩偶之间形成了一道光亮的电弧如图10所示，同时听到啪啪声.
分析：人体虽然没有直接接触带电体，但由于电压过高，空气由绝缘体变为了导体，会有强大的电流通过高压线、空气、人体流向大地，人会触电，同时在空气中形成了一道电弧.
【设计意图】当学生观察到以上实验现象时表现为惊叹、欢呼，学生本次惊叹的过程创造了思维上的冲突——人体不接触带电体为什么也会发生触电？该实验的递进，为“电压越高越危险”也提供了更充分的证据.避免了教师空洞的说教，优于动画或视频的教学，也为接下来的原因分析建立了牢固的感性认识，而真实情境的模拟又帮助学生切实体验到了严谨的科学态度、科学精神和科学价值，为学生的终身安全教育提供了有效的保障.教师在第二部分内容下方补充板书“高压电弧触电”.
2.5 从目标的再落实，到爱国情怀的再激发
问题：通过人体的电流大小除了与电压有关还与什么因素有关？如果要人体更安全，人们应该怎么做？
（与电阻有关.保持人体干燥或与带电体之间保持绝缘.）
分析：当电压一定时，依据欧姆定律，R人越大，I人越小，人体越安全.因此应该使R足够大，人体就要保持干燥，或者与带电体之间绝缘性能足够强.
【设计意图】教学过程再次回归到欧姆定律的分析，教师已经帮助学生构建完毕以欧姆定律为主线的主体知识框架，学生有轻松学习、恍然大悟的学习体验.
问题：既然通过人体的电流大小与所接触的电压和人体的电阻有关，在生活中我们应该怎样做到安全用电呢？（略）
【设计意图】问题依然围绕欧姆定律进行分析，学生讨论交流后回答，教师适时点拨学生、鼓励学生，并板书安全用电原则.由于注意防雷的内容与高压电弧触电的原理是相关的，因此列入到安全用电原则中对教学的整体性并无影响，同时人类天生对雷电有较强的防范意识，因此教师可以点到为止，不必做太多赘述.
问题：当发现有人意外触电，能否用手拉开触电者？我们应该如何进行科学施救？
（不能.首先应该切断电源，情况严重时进行心肺复苏术，然后通知医务人员.）
【设计意图】人生中难免有意外发生，学生通过对这一问题讨论，掌握必要的触电急救应对措施，可以在关键时刻发挥学科知识的力量，为挽救生命争取宝贵的时间.教师板书触电应对措施的内容.核心知识“家庭电路”“触电”“触电急救应对措施”的教学目标已经达成.
课堂的最后，教师播放一小段大国工匠王进行走在带电的超高压线上的视频，学生发出阵阵称赞声.问题：王进在高压线上行走，为什么不会触电？他是如何上到带电的高压线上的？
【设计意圖】教师的教学不能仅仅停留在教学目标的达成上.这个视频的播出极大地促使学生萌生了爱国情怀和获得了民族自信，这个问题的提出极大激发了学生揭晓奥秘的兴趣和探索科学方法的欲望.
3 教后反思
教师以欧姆定律为主线精心设计了课堂问题，为不可体验的实验制作了模拟教具是实现安全用电高端备课的保障.在课堂教学的过程中帮助学生重新认识了“触电”的含义、逐步构建了安全用电知识网络、以导学案为载体复习巩固了电流流向法的应用、促进了师生情感互动和交流.学生经历了科学精神和科学态度的内化过程，达到了培养核心素养的目标，萌生了爱国情怀和获得了民族自信.笔者致力于通过自制教具、编写和使用教学案承载物理实验教学.为学生提供学习的有利素材，创造一个快乐的学习环境，使教师的教学不断实现高效，学生的学科素养不断得到提升，为国家培养创新型人才打下基础[5].
参考文献：
[1]林钦，陈峰，宋静.关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J].课程·教材·教法，2015，35（12）：90-95.
[2]符东生.广州市义务教育阶段学科学业质量评价标准（物理）[M].广州：广东教育出版社，2013.
[3]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
[4]夏广平.追求“令人满意”的探究过程—机械能守恒定律教学实录与反思[J].中学物理教学参考，2016，45（23）：13-15.
[5]彭妙.“动·懂·悟”教学理念学生学科素养培养的探索与实践[J].中学物理，2018，36（18）：5-8.
（收稿日期：2019-04-22）
