王治國

摘 要：本文對人教版高中物理選修3-1 《閉合電路的歐姆定律》的教材、教法進行分析，并在此基礎(chǔ)上對本節(jié)課教學提出了四個方面的建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)學推理；科學探究；問題情境；科學方法；理論聯(lián)系實際

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）1-0019-3

人教版高中物理選修3-1第二章第七節(jié)《閉合電路的歐姆定律》是電學知識的核心內(nèi)容，其中包含了許多科學思想方法，是學生學習和體會科學思想方法的好素材。作為一節(jié)典型的規(guī)律探究課，本節(jié)內(nèi)容較抽象，學生在學習時，對電源內(nèi)電路認識模糊，難以理解電源有內(nèi)阻；對內(nèi)外電路的電壓與電源電動勢的關(guān)系及路端電壓與負載關(guān)系感到疑惑，對其中蘊含的科學方法未能深刻領(lǐng)會?！叭绾斡行黄七@些教學難點？”“如何設(shè)計好閉合電路歐姆定律的探究過程，有效實施三維目標教學？”一直是廣大物理教師研究的重要課題，本文試圖通過對本節(jié)課的教材、教法的分析，探究形成學生認知困難的主要原因以及在本節(jié)課中如何有效實施探究教學，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

1 教材、教法分析

人教版教材是把《閉合電路的歐姆定侓》安排在電源、電動勢、歐姆定律、串并聯(lián)電路、焦耳定律和導體的電阻之后來學習的。很顯然，這種安排的意圖是在承接“從做功角度認識電動勢”的基礎(chǔ)上，引導學生從功能關(guān)系角度來建立閉合電路的歐姆定律，體現(xiàn)了循序漸進的教學原則。順應(yīng)這種構(gòu)想，教材對本節(jié)內(nèi)容以如下方式呈現(xiàn)：先直接給出閉合電路的概念，然后從功能關(guān)系出發(fā)， 根據(jù)能量守恒，理論推導出閉合電路的歐姆定律和U+U=E，再根據(jù)閉合電路的歐姆定律，理論分析路端電壓與負載的關(guān)系。這種呈現(xiàn)方式的好處是：既充分體現(xiàn)了功和能的概念在物理學中的重要性，又有利于學生從理論角度理解閉合電路的歐姆定律。從教材體系來看這種呈現(xiàn)方式具有一定的合理性和科學性。

筆者曾多次參與“閉合電路的歐姆定律”的觀摩教學，領(lǐng)略了執(zhí)教老師們的各種處理方法，比較有代表性的是以下兩種教法：

第一種教法是沿用原教材的思路，采用比較傳統(tǒng)的方式，注重理論探究，先從理論上推導得出閉合電路歐姆定律的數(shù)學表達式，再應(yīng)用定律討論了路端電壓隨外電路電阻的變化規(guī)律，最后引導學生運用規(guī)律解題，把立足點放在訓練學生的解題能力上。

第二種教法注重突出實驗的地位，發(fā)揮實驗在探究教學中的作用。利用實驗創(chuàng)設(shè)懸念，引入課題，設(shè)計探究實驗，讓學生在實驗中總結(jié)歸納出內(nèi)外電壓之間的關(guān)系，再利用教材中的圖2.7-3實驗探究路端電壓與負載的關(guān)系。

根據(jù)課后反饋發(fā)現(xiàn)，沿用原教材思路設(shè)計的教學，效果并沒有達到設(shè)計者想象的結(jié)果，究其原因，主要有以下幾個方面：

1.教材中的閉合電路的歐姆定律是從理論角度得出的，注重于數(shù)學推理，比較抽象，缺乏令人信服的探究實驗，學生無直接經(jīng)驗感知和相應(yīng)的認知過程，難以形成深刻的理解。

2.教材對閉合電路，特別是內(nèi)電路的建構(gòu)過于直接，無感知過程，學生對教材中為了突出閉合電路而提供的閉合電路中電勢高低變化的模型圖難以理解，加之學生對部分電路的歐姆定律印象深刻，對電源內(nèi)部的電路無直觀印象，對電源也有內(nèi)阻心存疑慮，難以突破初中形成的“路端電壓不隨外電路變化”的思維定勢。

3.教材是利用純電阻電路中的能量守恒關(guān)系推導得到IR+Ir=E和U+U=E，這種處理方式，會讓學生對U+U=E的普適性產(chǎn)生懷疑：非純電阻電路還適用嗎？

4.作為一節(jié)規(guī)律探究課，本節(jié)課包含了許多科學思想方法，教材過于注重理論推導，忽視了實驗探究，淡化了猜想、類比、比較、分析等多種科學思想方法教育，這對培養(yǎng)學生的探究能力和體驗研究物理問題的方法是不利的，也不利于提高課堂教學的有效性。

第二種“通過設(shè)計多個實驗來進行實驗探究”的處理方法，調(diào)動學生學習的主動性和積極性，學生能獲得更直觀的認識，有效地突破一些教學難點，但由于本節(jié)知識點多，思維量大，設(shè)計過多的實驗（特別是設(shè)計繁雜的分組實驗）勢必會分散學生的注意力，干擾學生的正常思考，擠壓學生思考和實踐應(yīng)用的時間，影響了學生主體作用的發(fā)揮，效果同樣不盡如人意。

2 教學建議

2.1 尊重學生的認知規(guī)律，科學設(shè)計探究過程

從物理學史來看，歐姆定律是基于實驗而發(fā)現(xiàn)的，并非演繹推理的結(jié)果，教材通過功能關(guān)系分析來建立閉合電路的歐姆定律。這種處理方法帶來的負面影響是學生缺乏感性認識，沒有參與知識發(fā)現(xiàn)過程中的情感體驗，難以形成深刻的理解，課堂上學生學習的積極性也不高。規(guī)避這種負面影響的方法就是在教學設(shè)計時，應(yīng)當尊重學生的心理特點和認知規(guī)律，科學地設(shè)計探究過程，讓學生在親身探究中理解定律，體驗方法?；谶@種指導思想，筆者在教學設(shè)計時，先用兩節(jié)新電池和內(nèi)阻較大的9 V電池組分別給燈泡供電，產(chǎn)生了與學生日常生活經(jīng)驗相矛盾的現(xiàn)象來設(shè)置“懸念”——引入新課。然后，引導學生針對“引入實驗”中的現(xiàn)象展開探究，讓學生在實驗探究中分析、思考、歸納，得出電源內(nèi)電壓和外電壓之間的關(guān)系。接著再引導學生利用功能關(guān)系，從理論角度來推導、探究，讓實驗得出結(jié)論在理論上獲得支撐。最后，引導學生利用所學規(guī)律解決引入實驗和實際生活中的問題。這種在引入實驗為基礎(chǔ)的“實驗和理論推導相互結(jié)合的探究過程”的設(shè)計，既避免了設(shè)計過多的實驗，又讓學生親身體驗了探究的過程，加深了對知識的理解，深刻領(lǐng)會到物理學科的嚴謹性和流暢性，感受到物理的探究之美和應(yīng)用之美。同時，又能激發(fā)學生的學習熱情，使物理課堂教學產(chǎn)生無窮的樂趣，進而實現(xiàn)高效的物理課堂教學。

2.2 合理創(chuàng)設(shè)問題情境，引導學生質(zhì)疑探究

作為一節(jié)規(guī)律探究課，本節(jié)課的重點是如何落實探究教學，讓學生在探究中理解閉合電路的歐姆定律，感知科學探究的過程和方法。在探究教學中，問題是探究的起點，沒有問題就不可能有探究，正是在問題的驅(qū)動下，學生才能積極思考，從而產(chǎn)生探究欲望。這就需要教師在深入挖掘規(guī)律形成過程的基礎(chǔ)上，精心創(chuàng)設(shè)問題情境，以問誘思，引導學生融入到探究學習的情境中去。例如：在構(gòu)建“閉合電路”概念時，用兩節(jié)新電池和內(nèi)阻較大的9 V電池組分別給燈泡供電后，可設(shè)置如下問題情境：“為什么燈泡接到電動勢為9 V的電池時，亮度反而暗了？難道電池壞了？”“為什么電池與燈泡接通時兩端的電壓變?。繙p小的電壓哪兒去了？”“電池有內(nèi)阻？可能嗎？”“我們來看看電池（觸摸電池），電池變熱了，什么原因?qū)е鹿ぷ鞯碾姵貢儫?？”學生在問題的引領(lǐng)下觀察、實驗、體驗，由此認識到“電源內(nèi)部也有電阻和電流”“電源內(nèi)部電流的通路，稱為內(nèi)電路”。這種以問題啟發(fā)學生思考，以實驗引導學生體驗來構(gòu)建閉合電路的方法，既彌補了教材對內(nèi)電路建構(gòu)的非直觀性，也讓學生經(jīng)歷了在質(zhì)疑中分析、探究的過程，學生對閉合電路的認識潛移默化、水到渠成，遠比直接灌輸效果好。

在引導學生從能量角度驗證實驗探究結(jié)果時，設(shè)置如下問題情境：“剛才我們通過實驗探究了閉合電路中的電流規(guī)律，這個結(jié)論可靠嗎？”“如果我們能從理論上找到依據(jù)，是不是更可靠？如何從理論上來分析呢？”“從能量角度行嗎？”“內(nèi)、外電路在時間 t 內(nèi)消耗多少電能？ ”“這些能量從何而來？”學生在上述問題的引導下，發(fā)現(xiàn)也可以從能量角度來推導得出與實驗相同的結(jié)果。

在引導學生探究路端電壓與負載的關(guān)系時，設(shè)置以下問題情境：“實驗表明，燈泡變暗是由于路端電壓變小的緣故，你們能說說路端電壓與什么有關(guān)嗎？”“它們之間具體的關(guān)系是什么？”“如何設(shè)計實驗來研究呢？”“從實驗數(shù)據(jù)中能得出什么結(jié)論？”“能從理論上分析為什么會發(fā)生這樣的變化嗎？”“如果外電阻斷開，路端電壓為多少？外電阻短路，路端電壓又為多少？”“誰能說說路端電壓隨外電阻變化的根本原因是什么？”在這一個個問題的引領(lǐng)下，學生從實驗探究到理論分析兩個方面找到了路端電壓與外電阻的關(guān)系，不僅體驗了科學探究過程，提高了理論分析和實驗探究的能力，也養(yǎng)成了樂于探索、勤于動手的好習慣。

2.3 注重滲透科學方法教育，加深對規(guī)律本質(zhì)的認識

作為一根主線，科學探究法貫穿在整個課堂教學過程中，教學中要注意尊重學生的心理特點和認知規(guī)律，強化科學探究法的顯性教育：以引入實驗為線索，引導學生經(jīng)歷“觀察實驗、提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計實驗、分析論證”等過程，領(lǐng)會科學探究的方法。

“閉合回路中的電勢變化”抽象而難以理解，突破這一難點的最重要的方法就是“類比法”。教材試圖以圖1的模型來形象地說明這個問題，但這種模型對學生來說還是比較抽象，難以理解。筆者用如圖2所示的“電梯加滑梯”模型和閉合電路加以類比，來說明閉合電路中的電勢高低變化情況。這樣的方法，既簡單又源于學生的生活經(jīng)驗，學生容易接受，教學中應(yīng)注意引導學生體會類比法的作用。

“演繹推理法”在“閉合電路歐姆定律的推導”和“路端電壓與負載的關(guān)系推導”中兩次用到，教學中要注意借助問題情境，把規(guī)律的探究以一個個問題的形式呈現(xiàn)出來，讓學生在問題的引領(lǐng)下經(jīng)歷演繹、推理過程，構(gòu)建對“閉合電路的歐姆定律”和“路端電壓與負載關(guān)系”的正確理解，體驗演繹推理過程中獲得成功的愉悅。

另外，本節(jié)課中，要特別注意引導學生在了解路端電壓與負載電阻的關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過極限法分析和理解電路斷路時的路端電壓和短路電流的現(xiàn)實意義，體會極限法在物理學習中的作用和意義，有效地訓練學生突破思維定勢，培養(yǎng)創(chuàng)造性的思維能力。

2.4 注重理論聯(lián)系實際，物理與生活的聯(lián)系

研究和學習物理最重要的方法就是理論聯(lián)系實際，將理論和實際、物理與生活聯(lián)系起來，可以幫助學生更透徹地理解所學的物理知識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和邏輯思維能力。歐姆定律與生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切，教學設(shè)計時，應(yīng)注意還原知識的產(chǎn)生背景，注重將知識應(yīng)用于實際生活。例如：新課引入可以從生活現(xiàn)象來提出問題，引發(fā)學生思考探究；在得出路端電壓與外電阻R的關(guān)系后，引導學生通過將R推向兩個極端情況的分析，來理解實際中“為什么電源開路時路端電壓就等于電源的電動勢”及“為什么電源不能用導線直接相連”；在學完了本節(jié)知識后，可引導學生用本節(jié)課所學知識分析解決新課引入及生產(chǎn)、生活中的實際問題。讓學生充分地感知從生活走進物理、從物理回到生活的過程，培養(yǎng)學生利用物理知識分析解決實際問題的能力，建構(gòu)對知識（尤其是難點知識）的正確理解，從而真切地感受所學物理知識的實用性，充分理解物理學科對時代發(fā)展的深遠意義。

參考文獻：

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[2]楊鳳娟，郭玉英.運用物理學史方法建立閉合電路歐姆定律[J].物理教師，2013，34（3）：11-14.

（欄目編輯 劉 榮）