1、单元教材分析示例单元教材分析示例修订版恒定电流单元教材分析（修订版）说明：作为示例，在编写中，把有关的理论结合进了教材分析中，同学们在做教材分析时，不需要写这方面的内容。作为示例，这里以人民教育出版社2019年版普通高中教科书 物理必修第三册一个大单元恒定电流包括的第十一章 电路及其应用第十二章 电能 能量守恒定律两章作为分析对象，来具体说明单元教材分析的方法。内容偏多，同学们在编写时，可以是写一个小单元（一章）的教材分析。本分析的参考文献是中学物理从2019年8月(第15期)开始开辟的“专论聚焦新教材”栏目的文章。一、“恒定电流”单元在电磁学知识体系中的地位在物理学知识体系中，力学、电磁学与
2、其它部分（光学、热学与原子物理学）大约各占三分之一，可见电磁学是物理学的重要组成部分。电磁学知识在生产生活实践中有着广泛应用，它也是人类文化的重要组成部分，它的发展深刻地影响着我们的生产方式和生活方式。电磁学的研究成果及其技术应用改变了我们的生活。现代生活中处处都会遇到电磁学的知识。电磁学知识体系可以分为“场”与“路”两部分，而“路”这一部分包括“直流电路”与“交流电路”两部分。“恒定电流”研究的是直流电路，它是学习与研究“交流电路”的基础，“恒定电流”部分包括恒定电流、直流电路及其技术应用、它与社会及人类文化的互动起着推动社会发展的作用。一般在学习与研究“恒定电流”前学习的“电”是“静电”，
3、研究的是电场的知识；“恒定电流”研究的“电”是“动电”，是关于运动电荷(电流)的规律、电路的知识。表面看起来“静电”与“动电”两者似乎没有什么关联。其实，电路中的很多概念都是在静电场知识的基础上建立的，如电压、电势差、电动势概念；并且根据电场中电势差跟电势的关系，从理论上可以分析、推导出串联电路总电压跟各部分电压关系；以闭合电路各处电势的高低的分析为基础，通过对静电力和非静电力做功的情况的理论推导，可以得出闭合电路的欧姆定律公式；电路问题中常说的电能，其本质是电场中所学习的电势能；电流做功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功；通过对电势能变化的分析，可以揭示出电流热效应的本质。可以
4、看出电路知识的基础是电场知识，可以说“静电场”的知识是“恒定电流”部分的基础，“恒定电流”研究的内容是“静电场”内容应用与延伸拓展。二、高中生学习“恒定电流”单元的已有基础与心理特点1高中生学习“恒定电流”单元的已有基础根据义务教育物理课程标准（2011年版）的要求，通过初中物理学习，学生已有下列与高中物理学习“恒定电流”部分有关的基础。3.4电磁能【内容要求】3.4.1从能量转化的角度认识电源和用电器的作用。3.4.2知道电压、电流和电阻。通过实验，探究电流与电压、电阻的关系。理解欧姆定律。3.4.3会看、会画简单的电路图。会连接简单的串联电路和并联电路。说出生产、生活中采用简单串联或并联电
5、路的实例。了解串、并联电路电流和电压的特点。3.4.4会使用电流表和电压表。3.4.5结合实例理解电功和电功率。知道用电器的额定功率和实际功率。例l 调查常见用电器的铭牌，比较它们的电功率。3.4.6通过实验，探究并了解焦耳定律。用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象。3.4.7了解家庭电路。有安全用电和节约用电的意识。例2 了解我国家庭用电的电压和频率。【活动建议】（1）学读家用电能表，通过电能表计算电费。（2）调查当地近年来人均使用电能的变化，讨论它与当地经济发展的关系。3.5 能量守恒【内容要求】3.5.1知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意
6、识。3.5.2从能量的转化和转移的角度认识效率。3.5.3知道能量的转化和转移有一定的方向性。例 知道热水散发的能量不可能全部自动聚集起来。【活动建议】（1）讨论和分析简单的永动机设计方案，说明永动机是不可能造成的。（2）查阅资料或访问农机、汽车维修等专业人员，了解内燃机中燃料释放热量的去向，讨论提高效率的可能途径。（3）调查当地几种炉灶的能量利用效率，写出调查报告。3.6 能源与可持续发展【内容要求】3.6.1结合实例，说出能源与人类生存和社会发展的关系。例1 列举不同历史时期人类利用的主要能源。3.6.2列举常见的不可再生能源和可再生能源。3.6.3知道核能等新能源的特点和可能带来的问题。
7、例2 了解处理核废料的常用办法。3.6.4了解我国和世界的能源状况。对于能源的开发利用有可持续发展的意识。例3 了解我国和世界的核能利用新进展。【活动建议】（1）收集资料，举办小型报告会，讨论能源的利用带来的环境影响，如大气污染、酸雨、温室效应等，探讨应采取的对策。（2）了解当地空气质量的状况，调查、分析空气质量变化的原因。（3）了解有关提倡低碳生活方面的一些信息，调查当地使用的主要能源及其对当地经济和环境的影响，提出开发当地可再生能源的建议。2高中生学习“恒定电流”单元的心理特点“恒定电流”单元在内容与学生的社会生活密切相关，直觉认为学习这部分内容那个解决学生在学习生活与社会生活中的很多实际
8、问题，也与“能源”等社会热点问题密切相关，并且在本单元的学习过程中，会做“导体电阻率的测量”“练习使用多用电表”“电源电动势与内阻的测量”等多个练习性实验与探究性实验，动手机会也多，具备引起学生学习兴趣的基础，学生有学习的欲望。本单元的“电流”“串并联电路”“电功”“电功率”“焦耳定律”等很多内容，学生在初中物理学习中接触过，有一定的知识基础、技能与方法基础，这是学好本单元内容的基础，但是，似曾相识的感觉学生容易忽视这部分内容学习，用初中物理的方法解决问题又会遇到困难，容易挫伤学生的学习积极性。本单元学习的另一个特点是利用“静电场”的基础和其它方面的知识与方法进行理论推导的内容比较多，需要学生
9、具备较高的科学思维能力，如果学生的科学思维水平达不到要求，容易形成学习困难。因此，在教学中既要发挥好学生已有基础的作用，又要调动学生的学习积极性。从“恒定电流”在电磁学内容体系中的地位与学生学习的心理特点可以看出，它既是高中物理课的重点章之一，也是有一定教学难度的章节。三、普通高中物理课程标准（2017年版）对“恒定电流”单元的教学要求1高中物理课程体系结构普通高中物理课程标准（2017年版）安排的普通高中物理课程由3个必修模块与3个选择性必修模块构成必修内容，另外有3个模块的选修内容。6个必修模块由20个主题组成。20个主题中，力学7个，电磁学7个，光学2个，热学2个，原子物理1个，能量1个
10、。在电磁学7个主题中，“场”安排了4.5个主题，“路”安排2.5个主题。“恒定电流”部分安排在必修3模块，涉及“电路及其应用”“能源与可持续发展”两个主题。2课标对“恒定电流”单元教学要求普通高中物理课程标准（2017年版）对“恒定电流”单元的教学要求涉及“电路及其应用”与“能源与可持续发展”两个主题。3.2 电路及其应用【内容标准】3.2.1 观察并能识别常见的电路元器件，了解它们在电路中的作用。会使用多用电表。3.2.2 通过实验，探究并了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系。会测量金属丝的电阻率。例1 知道滑动变阻器的工作原理。例2 通过I-U图像了解材料的电阻特性。3.2.
11、3 了解串、并联电路电阻的特点。3.2.4 理解闭合电路欧姆定律。会测量电源的电动势和内阻。例3 通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用。3.2.5 理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。3.2.6 能分析和解决家庭电路中的简单问题，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际。例4 根据某家庭的电器设施，估算该家庭电路中所需导线的规格。【活动建议】（1）分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的I-U特性曲线，对比它们导电性能的特点。（2）收集新型电热器的资料，了解其发热原理。（3）观察家庭用电器的工作状况，检查是否存在安全隐患，知道安全用电
12、的基本方法。（4）调查近年来家庭用电的情况，讨论节约用电如何从自己做起，养成节约用电的习惯。3.4 能源与可持续发展【内容要求】3.4.1 了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式。初步了解核裂变与核聚变。3.4.2 知道不同形式的能量可互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。3.4.3 了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响。例1 讨论家庭生活中一天所用的能量哪些来自可再生能源，哪些来自不可再生能源。3.4.4 认识环境污染的危害，了解科学技术社会环境协调发展的重要性，具有环境保护的意识和行为。例2 讨论在生活中可采取哪些方式节能。例3
13、收集资料，调查当地大气污染、水污染、声污染等的主要污染源，了解预防方法。例4 收集资料，从能源的角度讨论为什么要对垃圾进行分类。活动建议（1）查询一个火力发电厂的发电量和单位发电量煤耗，计算该厂的发电效率，估算该厂每日发电的用煤量。（2）设计利用太阳能取暖的方案，讨论环境对太阳能利用的影响。（3）查阅资料，了解人类利用核裂变和核聚变释放核能的前景与挑战。（4）调查家庭中与热有关的器具的使用情况，讨论如何使用才能节约能源。四、人教版教材“恒定电流”部分的内容体系与安排1内容体系人民教育出版社2019年版普通高中教科书 物理必修第三册“恒定电流”部分以课程标准为依据，并考虑到中学生学习的渐进性和一
14、章内容太多易导致学习倦怠，将“恒定电流”这一大单元拆分为第十一章 电路及其应用第十二章 电能 能量守恒定律两章进行编写。“第十一章 电路及其应用”只涉及部分电路的物理量及其规律，共有5节，第1节介绍电源和电流，第2节研究导体的电阻，第3节是导体电阻率的测量的实验：第4节介绍串联电路和并联电路，第5节是练习使用多用电表的实验。新教材在认识电源功能和恒定电流特点的基础上，先探究电阻定律，后学习串联电路和并联电路规律，再练习使用多用电表，使知识学习有合理的顺序和节奏。“第十二章 电能 能量守恒定律”则从电路整体视角研究其物理量和规律，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
15、量守恒定律，这些内容在初中也已经涉及。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”，“电路中的能量转化”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。2知识结构特色通过与原来人民教育出版社按照教学大纲编写的必修教材的比较，可以看出本章知识结构的特色
16、。表1 新旧教材中“恒定电流”单元内容的比较17课标第十一章 电路及其应用03课标第二章 恒定电流大纲第十四章 恒定电流第1节 电源和电流1 导体中的电场和电流一、欧姆定律第2节 导体的电阻2 电动势二、电阻定律 电阻率第3节 实验：导体电阻率的测量3 欧姆定律三、半导体及其应用第4节 串联电路和并联电路4 串联电路和并联电路四、超导及其应用第5节 实验: 练习使用多用电表5 焦耳定律五、电功和电功率第十二章 电能 能量守恒定律6 电阻定律六、闭合电路欧姆定律第1节 电路中的能量转化7 闭合电路欧姆定律七、电压表和电流表第2节 闭合电路的欧姆定律8 多用电表第3节 实验：电池电动势和内阻的测量
17、9 实验：测定电池电动势和内阻第4节 能源与可持续发展10 简单的逻辑电路由表1可以看出：完全相同的标题“闭合电路欧姆定律”。这说明：课程理念变了，很多内容要跟着变。各个教材相同的知识点有：欧姆定律，电阻定律、电阻率，电功和电功率，闭合电路欧姆定律。新教材新增加的知识点有：电路中的能量转化，能源与可持续发展。电流、电压、电阻、电动势是表示电路特征的物理量。欧姆定律及闭合电路欧姆定律是反映电路基本概念之间关系最基本的定律、是核心知识、是分析直流电路的依据，是学习交变电流部分的基础。电功、电功率反映了电路的能量特征，焦耳定律研究的是电流转化为内能的规律，具有重要的意义。串联和并联是电路联接的基本形
18、式，理解串、并联电路的特点是运用欧姆定律解决实际问题的关键。“能源与可持续发展”部分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。3教材内容编写特点（1）强化了能量观念教材中写道“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”，这样的处理同时强化了能量观念。（2）电路知识与电场知识紧密联系，培养学生的科学思维能力例如，教材先描述
19、等势体上电荷的分布和转移情况，再分析恒定电场形成的过程，在此基础上分析导体内持续电流是怎么产生的，进而对恒定电流进行定义。又如，根据“恒定电流电路内部电荷稳定分布”特点分析得出串、并联电路电流关系式；从电势及电势差角度分析得出串、并联电路的电压关系式；然后结合欧姆定律推导出串、并联电路等效电阻的关系式。（3）重视科学态度与责任的培养新教材特别新增加“STSE电动汽车中的电池”“能源与可持续发展”等内容有助于学生科学态度与责任的培养。（4）突出电阻、电阻率的教学，注重科学探究能力培养电阻一节包含的内容比较多，有电阻和电阻率概念、电阻定律和“研究影响导体电阻的因素”学生实验。新教材讲电阻，关注的重
20、点与初中不同，在实验获得图象的基础上，着重说明“同一导体，电压跟电流的比值U/I是相同的；不同导体，U/I一般是不同的，说明U/I表示导体的导电性质”。电阻定律是本单元的基本规律之一，初中时学生已经知道定性结论，新教材通过“为了减小输电线上电能的损耗，人们尽量把输电线做得粗一点，这是因为导体的电阻与导体的长度、横截面积有关. 那么，它们之间的定量关系是怎样的呢?”这一问题，明确了高中学习的目标。新教材采用了实验探究的方法，增加了演示实验：电阻率与温度的关系，使学生对电阻定律的认识更加全面。与原教材比较，新教材删除了实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线。并将“伏安特性曲线”作为“拓展知识”，不作为全体
21、学生的必学内容。在电阻率这部分，新教材较多地介绍了超导研究，特别写道“1987年，华裔美国籍科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤导体材料。”关注了中国科学家的贡献和科技前沿进展。“实验: 导体电阻率的测量”分为两个学生实验，实验1是学习游标卡尺和螺旋测微器的结构、原理和使用方法。实验2是测量电阻丝的电阻率，两个都是分组实验。对于游标卡尺，新教材从结构、原理、读数和使用进行介绍。特别注重了对游标卡尺原理的讲解。以10分度游标卡尺为例，说明游标卡尺是“将估读问题转化为观察哪条刻线对齐”来提高精度。对于螺旋测微器，新教材也是从结构、原理、读数和使用进行介绍。新教材依然注重了对螺旋测微器原理的讲解，通过类
22、比“正如汽车在盘山公路上绕圈的长度与上升的高度存在一定的放大关系一样”来说明原理。对于实验：金属丝电阻率的测量，新教材从实验思路、物理量的测量和数据分析进行有序展开。对于电阻的测量，强调了“读取多组电压、电流值，通过UI 图象求得电阻R”，对于长度的测量，强调了“在测量电阻丝的长度时，测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度l。反复测量多次，得到有效长度的平均值。”对于直径的测量，提供了多种方法，其中有“用刻度尺测量电阻丝的直径”和“用游标卡尺或螺旋测微器测量电阻丝的直径”。五、单元教学的重点与难点1教学中重点知识的确定要由它在培养学生物理学科核心素养中的作用综合确定就知识本身在学科
23、中的地位来说，应是主干的、基本的、影响全局或有生命力的知识，对于学生物理观念的形成具有重要作用。有些知识在整个物理学中虽不处于重要的关键地位，但就实际应用看，有较高的实用价值，应用广泛，也可以是教学重点知识。对培养学生的科学思维、科学探究能力和科学态度与责任有重大作用的知识也可以作为重点知识。有些知识虽然很重要，符合上面的要求，但限于学生基础或教学要求，不能作为重点内容，只能降格为重要内容或也不能让。 2难点是由学生学习时，理解的难易程度来确定的这里所说的教学难点是指“共性”的，通常学生都会出现认识困难之处（其它原因形成的教学难点不在这里讨论）。知识本身需要复杂的思维过程。学生原有的认知结构和
24、需要学习的知识结构相差较大，不容易引起同化顺应过程。学生对某一方面感性认识不足，或原有的感性认识不全面、不正确，对理解新的知识易造成干扰，形成知识的负迁移等等。3恒定电流教学的重点与难点电流、电压、电阻、电功、电功率、欧姆定律是重要知识，本应成为教学重点，但都是初中学过的知识，多属于在复习的基础上提高，着重点应放在理解这些物理概念和物理规律的物理意义、适用条件上。闭合电路欧姆定律是分析电路规律的重要依据，理解电动势概念又是掌握闭合电路欧姆定律的关键，又因为初中不定量研究电阻定律、与焦耳定律。所以，电阻定律与焦耳定律、电动势与闭合电路欧姆定律等是单元的重点知识。由于电路计算的公式多、变量多、变换
25、形式多，学生又容易忽视公式适用条件或转换条件，因而电路的计算，特别是闭合电路中外电路电阻变化对电路中电流变化的影响是教学中的难点。由于电动势和闭合电路欧姆定律涉及电源内部能量形式的转化，比较抽象，学生又不习惯从能量角度分析问题，因而它们是教学中的又一难点。电路中电功率的分配，用电器的额定功率与实际功率因电压（或电路其它量）的变化而发生变化的关系，是有些学生常常容易出现错误和困难之处。六、“恒定电流”单元教学目标依据“恒定电流”单元内容在电磁学知识体系中的地位、课程标准对“恒定电流”单元教学要求与学生学习本单元内容的特点，可以确定“恒定电流”单元的教学目标。了解常见的电路元器件在电路中的作用，金
26、属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系，串、并联电路电阻的特点，利用水能、风能、太阳能和核能的方式，核裂变与核聚变，可再生能源和不可再生能源的分类，科学技术社会环境协调发展的重要性等内容。知道保护环境、节约能源、促进可持续发展的重要意义。观察并能识别常见的电路元器件，知道不同形式的能量可互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。理解闭合电路欧姆定律，电功、电功率及焦耳定律等内容。观察并能识别常见的电路元器件，实验；探究并了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系。会使用游标卡尺、螺旋测微计、多用电表等；会测量金属丝的电阻率；会测量电源的电动势和内阻。能用电势能
27、和焦耳定律解释生产生活中的电热现象的能量转化问题；会用闭合电路欧姆定律等分析电路各部分之间电学量的相互关系，能分析和解决家庭电路中的简单问题，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际。在电阻与电阻率等内容的学习中，进一步了解用物理量之比定义新物理量的方法。认识科学对技术的推动作用，体会科技进步对人类生活和社会发展的影响，认识科学技术社会环境的关系；认识能源的过度开发和利用对环境的影响，认识环境污染的危害，具有可持续发展与环境保护的意识和行为。课时安排建议：第十一章 电路及其应用第1节 电源和电流 1 课时第2节 导体的电阻 1 课时第3节 实验：导体电阻率的测量 2 课时第4节 串联电路和并
28、联电路 1 课时第5节 实验：练习使用多用电表 1 课时第十二章 电能 能量守恒定律第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 课时说明：这是按照一个模块每周两节课、9周上课时间给出的建议，各个学校具体开设物理课的课时数不相同，要做相应的调整。七、教学建议这里只是根据前面分析的“恒定电流”单元的教材知识结构、重点难点、教学目标等等，结合教学中对教材处理的基本原则，提出一般的教学建议。具体的教学方法，则是要根据教师、学生、学校条件等诸方面情况确定。1教学中要突出物理学科核心素养的培养按照教材对恒
29、定电场的描述“详尽的分析表明。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场”，可以拓展与丰富学生的电场观。把“电压表和电流表”内容放在“串联电路和并联电路”这一节，阐述电表改装的方法和原理。这样不仅有利于学生用串、并联电路的规律解决电表改装问题，更重要的是渗透了电压表、电流表在直流电路中的本质就是“电阻”这个观念。这一“电阻观”为灵活解决电路问题奠定了观念基础。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
30、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
31、功率间的关系。“测定电池的电动势和内阻”是本单元的一个重要实验。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。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。教材在“能源与可持续发展”一节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。教学中可用节前问题“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？”，让学生思考与讨论“是否可能发生这样的现象：”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“我们很难叫作能量的耗散.”引出能量
