摘 要：概括介绍新版人教版《物理》第十二章的编写说明，以使教师从核心素养角度进行教学.

关键词：核心素养;编写说明;电能;能量守恒定律

文章编号：1008-4134（2020）07-0005中图分类号：G633.7文献标识码：B

作者简介：梁旭（1962-），男，浙江上虞人，本科，中学特级教师，浙江省高中物理教研员，研究方向：中学物理教学目标、方法和策略.

1 全章概述

本章是必修课程的第十二章.新教材在整体设计时做了如何使知识有序和保持学习兴趣方面的考虑，将“电路中的能量转化”“闭合电路的欧姆定律”“测电源电动势和内阻”这些电路中与能量相关的内容与“能源与可持续发展”内容整合成本章内容.按照循序渐进原则，新教材安排学生在上一章学习部分电路的概念和规律，在本章学闭合电路的概念和规律.闭合电路欧姆定律是部分电路欧姆定律的延伸，是整个电路部分的中心内容，也是复杂电路分析的基础.

本章共4节内容，基本概念和规律并不多，主要有电功、电功率、焦耳定律和能量守恒定律，这些内容在初中也已经涉及.在高中的学习中，着重点是这些知识的应用.新教材第1节“电路中的能量转化”的名称不同于原教材的“焦耳定律”，“電路中的能量转化”虽然也有电功、电功率和焦耳定律的知识内容，但强化了对电动机能量转化和功率关系的分析;第2节“闭合电路的欧姆定律”中应用能量守恒定律推导了闭合电路的欧姆定律;第3节“实验：电源电动势与内阻的测量”中应用闭合电路的欧姆定律设计实验方案，重点都是物理知识的应用;第4节“能源与可持续发展”是与生活和社会紧密相关的内容，新教材在能量守恒的基础上，将能量观念进一步拓展到能量转化的方向性上.本次教材的修订力求体现物理学科的核心素养.

1.1 物理观念

能量观是重要的物理观念，电能是能量观的重要组成内容，电路中的能量转化既是前一章知识的拓展，又是能量转化与守恒定律的具体案例.原教材是用“电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的，为了表征电源的这种特性，物理学中引入了电动势的概念”直接引入电动势的概念.新教材“在电源内部，电源移动电荷，增加电荷的电势能.在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势”强化了能量观念.新教材关于“能量转移或转化的方向性”的讨论，进一步拓展了能量观.

对于“闭合电路的欧姆定律”的探究，考虑到本实验探究对器材和技能要求较高，本章还有学生实验“测定电池的电动势和内阻”，新教材仍延续从功能关系角度分析、推导这一思路，采用了从能量守恒这一普遍原理进行演绎推导的方式，突出了能量观念的运用.新教材还用“能的转化与守恒”的观点分析解决闭合电路问题，不断巩固和深化能量观.

1.2 科学思维

新教材编写“电动势”这一内容时，关注到了思维的发展性.让学生经历从感性到理性，从个别到一般，从现象到本质的渐进过程.先是通过思考与讨论引发与电场力进行比较——电源之所以能维持外电路中稳定的电流，是因为它有能力把负极的正电荷经过电源内部不断地搬运至正极.那么，电源的这种能力是怎么来的呢？引出非静电力概念.接着从功能关系和能量转化的角度来理解电源功能——电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置.在此基础上定义电动势概念;后面是从全电路的电势升降角度来理解电动势;在此基础上区分电动势、外电压、内电压;最后是从内涵到外延，引入感生电动势和动生电动势（这并不是新课教学的目标，而是学完电磁感应后知识整合时的教学目标）.在应用知识解决问题时，特别关注了科学思维方法的运用，如在涉及电动机问题时，有如下的思考与讨论：“当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？”引导学生认识主要、次要因素，建立电动机功率间的关系.

1.3 科学探究

“测定电池的电动势和内阻”是本章的一个重要实验.新教材对这个实验的编写，体现了统一、基本的实验要求和灵活、多样的实验方法相结合的指导思想.

新教材在编写时拓展了实验方法，使其从特殊向一般转化，有利于学生灵活把握实验原理，也有利于因地制宜选择实验器材.究竟用哪一种具体的实验方法和器材来测量电源的电动势和内阻，新教材没有提出单一的实验方案，而是给出了两个参考案例，提供了三种电路图供老师和学生根据实际情况选择，体现了对科学探究的注重，引导实验设计，着力培养学生的创新能力.

1.4 科学态度与责任

新教材第4节“能源与可持续发展”，讨论了“能量转移或转化的方向性”“能源与环境”“能源与社会发展”及“STSE 汽车和能源”等内容，有助于使学生认识到目前面临的能源与环境问题，理解开发利用清洁能源的价值，增强学生对汽车能源消耗、环境污染和未来汽车发展方向的认识，着力让学生在理解科学·技术·社会·环境关系的基础上，形成应有的科学态度和社会责任感.

课时安排建议

第1节 电路中的能量转化 1课时

第2节 闭合电路的欧姆定律 1课时

第3节 实验：电池电动势和内阻的测量2课时

第 4节 能源与可持续发展 1课时

2 具体说明

（1）第1节“电路中的能量转化”是在电场知识和能量守恒定律的基础上学习电功、电功率和焦耳定律，在电场和电路情境下培养学生的能量观念.新教材以节前问题“你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？”引发学生思考，然后通过实例让学生认识到“电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的”，深化了学生对“功是能量转化的量度”的认识.接下来指出电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功.进而利用电场的知识推导电功的表达式.教材没有通过实验归纳得到焦耳定律，而是从能量守恒定律分析得出的，这里又一次应用了功能关系的思想，强化了能量观念.

新教材从能量转化和守恒的角度分析了包含电动机的电路中的能量转化，為学生深入理解能量守恒定律提供具体案例，有利于学生区分纯电阻电路与非纯电阻电路，区分公式W=UIt、Q=I2Rt的物理意义，细化了能量观念.

（2）第2节“闭合电路的欧姆定律”是本章的重要内容，本节内容包括电动势概念、闭合电路的欧姆定律以及应用该定律分析路端电压与负载的关系.原教材把电动势和闭合电路的欧姆定律这两个内容分两节编排，而且两节之间又穿插了其他内容.新教材把这两个内容合为一节，其目的是在电动势的概念之后立即推导闭合电路的欧姆定律，增强了知识的连贯性.另外，闭合电路的电动势和内、外电阻分别对应“把其他形式能转化为电势能”和“把电势能转化为其他形式能”，使学生对闭合电路的能量转化和守恒有了完整、清晰的认识.

教材首先通过节前“问题”引发学生的认知冲突，激发学生从能量转化的角度认识电源，建立闭合电路模型.电动势概念因其的抽象性成为本章的重点和难点.新教材不再与水泵进行“类比”，首先从电源的作用入手，通过对整个闭合电路各部分电荷分布、电场分布以及电荷在电场中和电源中受力和运动的分析，提出了“非静电力”的概念，力求使学生运用科学思维的方法认识非静电力在电路中所起的作用，在此基础上“用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势”建立电动势的概念.

新教材重视电源模型和闭合电路模型的建构.在此基础上明确内电路、外电路、内阻等概念.在闭合电路模型的基础上，新教材运用电动势概念和能量守恒定律推导出了闭合电路的欧姆定律，并用于分析路端电压与负载的关系.考虑到本章为必修内容，为了不增加学生负担，新教材把欧姆表原理作为“拓展学习”内容，不要求全体学生必学.

（3）第3节是“实验：电池电动势和内阻的测量”，本实验是根据闭合电路的欧姆定律来测量电源的电动势和内阻，通过实验既可以深化对定律的认识，又可以理解电动势测量和用图象处理数据的方法，还可训练操作技能，培养学生的科学探究能力和科学态度.

实验原理是进行实验设计的基础，本实验不管用哪种实验方法和器材，原理都是闭合电路的欧姆定律，测出除电动势、内阻以外的物理量，利用图象或计算，求出电动势和内阻.闭合电路的欧姆定律的表达式可以写成多种方式，通过测量U和I、或者U和R、或者I和R等都可以求得电动势和内阻.新教材“请你思考并提出一两种实验设计方案”引导学生进行实验方案设计.新教材提供了三种实验思路，并就第一种思路进行数据处理的详细分析，最后给出测量干电池和水果电池的电动势和内阻的两个参考案例.

关于测量与数据处理，新教材提出了“是否只需测量两组U、I 数据，联立方程解得E 和 r 就行呢？”这一问题，明确指出了理论思考与实验测量的差异.新教材指出：只测量两组数据，通过联立方程解得 E 和 r，看起来比较简单，误差却可能较大.只有多次测量，并对数据进行处理，才能减小误差.所以，应该使用滑动变阻器改变外电路的电阻，进行多次测量.

（4）第4节“能源与可持续发展”从能量耗散的角度提出了能源与环境问题，介绍了我国在新能源开发方面取得的成就.通过关注技术应用带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和社会责任感.引领学生认识科学的本质以及科学·技术·社会·环境（STSE）间的关系，形成科学态度和价值观.

新教材以节前问题“既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？”和思考与讨论“是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？”揭示自然界的宏观过程都具有方向性的规律.通过对多种能量转化案例的分析，得到“我们很难把这些内能收集起来重新利用.这种现象叫作能量的耗散.”引出能量耗散概念.接着新教材分析了当今社会的能源和环境问题，介绍我国在寻找清洁能源方面取得的成就，最后总结能源与社会发展的关系以及目前能源利用的发展方向.“STSE”栏目通过介绍汽车行驶时的功率分配比例，着意让学生认识到汽车在大量消耗能源的同时也给环境带来污染，同时介绍了我国关于新能源汽车的发展规划.

（收稿日期：2019-12-10）