《閉合電路的歐姆定律》的教法研究與建議

王治國

摘 要：本文對(duì)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(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)本節(jié)課教學(xué)提出了四個(gè)方面的建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)推理；科學(xué)探究；問題情境；科學(xué)方法；理論聯(lián)系實(shí)際

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(xué)知識(shí)的核心內(nèi)容，其中包含了許多科學(xué)思想方法，是學(xué)生學(xué)習(xí)和體會(huì)科學(xué)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(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)電源內(nèi)電路認(rèn)識(shí)模糊，難以理解電源有內(nèi)阻；對(duì)內(nèi)外電路的電壓與電源電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系及路端電壓與負(fù)載關(guān)系感到疑惑，對(duì)其中蘊(yùn)含的科學(xué)方法未能深刻領(lǐng)會(huì)?！叭绾斡行黄七@些教學(xué)難點(diǎn)？”“如何設(shè)計(jì)好閉合電路歐姆定律的探究過程，有效實(shí)施三維目標(biāo)教學(xué)？”一直是廣大物理教師研究的重要課題，本文試圖通過對(duì)本節(jié)課的教材、教法的分析，探究形成學(xué)生認(rèn)知困難的主要原因以及在本節(jié)課中如何有效實(shí)施探究教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)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(dòng)勢(shì)、歐姆定律、串并聯(lián)電路、焦耳定律和導(dǎo)體的電阻之后來學(xué)習(xí)的。很顯然，這種安排的意圖是在承接“從做功角度認(rèn)識(shí)電動(dòng)勢(shì)”的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)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(jìn)的教學(xué)原則。順應(yīng)這種構(gòu)想，教材對(duì)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(dǎo)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(fù)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(xué)中的重要性，又有利于學(xué)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(xué)性。

筆者曾多次參與“閉合電路的歐姆定律”的觀摩教學(xué)，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(dǎo)得出閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)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(dǎo)學(xué)生運(yùn)用規(guī)律解題，把立足點(diǎn)放在訓(xùn)練學(xué)生的解題能力上。

第二種教法注重突出實(shí)驗(yàn)的地位，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在探究教學(xué)中的作用。利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)懸念，引入課題，設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)探究路端電壓與負(fù)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(jì)的教學(xué)，效果并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)者想象的結(jié)果，究其原因，主要有以下幾個(gè)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(xué)推理，比較抽象，缺乏令人信服的探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無直接經(jīng)驗(yàn)感知和相應(yīng)的認(rèn)知過程，難以形成深刻的理解。

2.教材對(duì)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(xué)生對(duì)教材中為了突出閉合電路而提供的閉合電路中電勢(shì)高低變化的模型圖難以理解，加之學(xué)生對(duì)部分電路的歐姆定律印象深刻，對(duì)電源內(nèi)部的電路無直觀印象，對(duì)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(shì)。

3.教材是利用純電阻電路中的能量守恒關(guān)系推導(dǎo)得到IR+Ir=E和U+U=E，這種處理方式，會(huì)讓學(xué)生對(duì)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(xué)思想方法，教材過于注重理論推導(dǎo)，忽視了實(shí)驗(yàn)探究，淡化了猜想、類比、比較、分析等多種科學(xué)思想方法教育，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和體驗(yàn)研究物理問題的方法是不利的，也不利于提高課堂教學(xué)的有效性。

第二種“通過設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究”的處理方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，學(xué)生能獲得更直觀的認(rèn)識(shí)，有效地突破一些教學(xué)難點(diǎn)，但由于本節(jié)知識(shí)點(diǎn)多，思維量大，設(shè)計(jì)過多的實(shí)驗(yàn)（特別是設(shè)計(jì)繁雜的分組實(shí)驗(yàn)）勢(shì)必會(huì)分散學(xué)生的注意力，干擾學(xué)生的正常思考，擠壓學(xué)生思考和實(shí)踐應(yīng)用的時(shí)間，影響了學(xué)生主體作用的發(fā)揮，效果同樣不盡如人意。

2 教學(xué)建議

2.1 尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，科學(xué)設(shè)計(jì)探究過程

從物理學(xué)史來看，歐姆定律是基于實(shí)驗(yàn)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(fù)面影響是學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)，沒有參與知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程中的情感體驗(yàn)，難以形成深刻的理解，課堂上學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也不高。規(guī)避這種負(fù)面影響的方法就是在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)尊重學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律，科學(xué)地設(shè)計(jì)探究過程，讓學(xué)生在親身探究中理解定律，體驗(yàn)方法?；谶@種指導(dǎo)思想，筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，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(xué)生日常生活經(jīng)驗(yàn)相矛盾的現(xiàn)象來設(shè)置“懸念”——引入新課。然后，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)“引入實(shí)驗(yàn)”中的現(xiàn)象展開探究，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(dǎo)學(xué)生利用功能關(guān)系，從理論角度來推導(dǎo)、探究，讓實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論在理論上獲得支撐。最后，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)規(guī)律解決引入實(shí)驗(yàn)和實(shí)際生活中的問題。這種在引入實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的“實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)相互結(jié)合的探究過程”的設(shè)計(jì)，既避免了設(shè)計(jì)過多的實(shí)驗(yàn)，又讓學(xué)生親身體驗(yàn)了探究的過程，加深了對(duì)知識(shí)的理解，深刻領(lǐng)會(huì)到物理學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)性和流暢性，感受到物理的探究之美和應(yīng)用之美。同時(shí)，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使物理課堂教學(xué)產(chǎn)生無窮的樂趣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效的物理課堂教學(xué)。

2.2 合理創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑探究

作為一節(jié)規(guī)律探究課，本節(jié)課的重點(diǎn)是如何落實(shí)探究教學(xué)，讓學(xué)生在探究中理解閉合電路的歐姆定律，感知科學(xué)探究的過程和方法。在探究教學(xué)中，問題是探究的起點(diǎn)，沒有問題就不可能有探究，正是在問題的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)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(dǎo)學(xué)生融入到探究學(xué)習(xí)的情境中去。例如：在構(gòu)建“閉合電路”概念時(shí)，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(dòng)勢(shì)為9 V的電池時(shí)，亮度反而暗了？難道電池壞了？”“為什么電池與燈泡接通時(shí)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?huì)變熱？”學(xué)生在問題的引領(lǐng)下觀察、實(shí)驗(yàn)、體驗(yàn)，由此認(rèn)識(shí)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(xué)生思考，以實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)來構(gòu)建閉合電路的方法，既彌補(bǔ)了教材對(duì)內(nèi)電路建構(gòu)的非直觀性，也讓學(xué)生經(jīng)歷了在質(zhì)疑中分析、探究的過程，學(xué)生對(duì)閉合電路的認(rèn)識(shí)潛移默化、水到渠成，遠(yuǎn)比直接灌輸效果好。

在引導(dǎo)學(xué)生從能量角度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果時(shí)，設(shè)置如下問題情境：“剛才我們通過實(shí)驗(yàn)探究了閉合電路中的電流規(guī)律，這個(gè)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(shí)間 t 內(nèi)消耗多少電能？ ”“這些能量從何而來？”學(xué)生在上述問題的引導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)也可以從能量角度來推導(dǎo)得出與實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)果。

在引導(dǎo)學(xué)生探究路端電壓與負(fù)載的關(guān)系時(shí)，設(shè)置以下問題情境：“實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)來研究呢？”“從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中能得出什么結(jié)論？”“能從理論上分析為什么會(huì)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(gè)個(gè)問題的引領(lǐng)下，學(xué)生從實(shí)驗(yàn)探究到理論分析兩個(gè)方面找到了路端電壓與外電阻的關(guān)系，不僅體驗(yàn)了科學(xué)探究過程，提高了理論分析和實(shí)驗(yàn)探究的能力，也養(yǎng)成了樂于探索、勤于動(dòng)手的好習(xí)慣。

2.3 注重滲透科學(xué)方法教育，加深對(duì)規(guī)律本質(zhì)的認(rèn)識(shí)

作為一根主線，科學(xué)探究法貫穿在整個(gè)課堂教學(xué)過程中，教學(xué)中要注意尊重學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律，強(qiáng)化科學(xué)探究法的顯性教育：以引入實(shí)驗(yàn)為線索，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“觀察實(shí)驗(yàn)、提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析論證”等過程，領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究的方法。

“閉合回路中的電勢(shì)變化”抽象而難以理解，突破這一難點(diǎn)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(gè)問題，但這種模型對(duì)學(xué)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(shì)高低變化情況。這樣的方法，既簡(jiǎn)單又源于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生容易接受，教學(xué)中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)類比法的作用。

“演繹推理法”在“閉合電路歐姆定律的推導(dǎo)”和“路端電壓與負(fù)載的關(guān)系推導(dǎo)”中兩次用到，教學(xué)中要注意借助問題情境，把規(guī)律的探究以一個(gè)個(gè)問題的形式呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生在問題的引領(lǐng)下經(jīng)歷演繹、推理過程，構(gòu)建對(duì)“閉合電路的歐姆定律”和“路端電壓與負(fù)載關(guān)系”的正確理解，體驗(yàn)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(dǎo)學(xué)生在了解路端電壓與負(fù)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(shí)的路端電壓和短路電流的現(xiàn)實(shí)意義，體會(huì)極限法在物理學(xué)習(xí)中的作用和意義，有效地訓(xùn)練學(xué)生突破思維定勢(shì)，培養(yǎng)創(chuàng)造性的思維能力。

2.4 注重理論聯(lián)系實(shí)際，物理與生活的聯(lián)系

研究和學(xué)習(xí)物理最重要的方法就是理論聯(lián)系實(shí)際，將理論和實(shí)際、物理與生活聯(lián)系起來，可以幫助學(xué)生更透徹地理解所學(xué)的物理知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)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(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意還原知識(shí)的產(chǎn)生背景，注重將知識(shí)應(yīng)用于實(shí)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(xué)生思考探究；在得出路端電壓與外電阻R的關(guān)系后，引導(dǎo)學(xué)生通過將R推向兩個(gè)極端情況的分析，來理解實(shí)際中“為什么電源開路時(shí)路端電壓就等于電源的電動(dòng)勢(shì)”及“為什么電源不能用導(dǎo)線直接相連”；在學(xué)完了本節(jié)知識(shí)后，可引導(dǎo)學(xué)生用本節(jié)課所學(xué)知識(shí)分析解決新課引入及生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題。讓學(xué)生充分地感知從生活走進(jìn)物理、從物理回到生活的過程，培養(yǎng)學(xué)生利用物理知識(shí)分析解決實(shí)際問題的能力，建構(gòu)對(duì)知識(shí)（尤其是難點(diǎn)知識(shí)）的正確理解，從而真切地感受所學(xué)物理知識(shí)的實(shí)用性，充分理解物理學(xué)科對(duì)時(shí)代發(fā)展的深遠(yuǎn)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊東升，臧國東.“閉合電路的歐姆定律”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015，41（10）：42-43 .

[2]楊鳳娟，郭玉英.運(yùn)用物理學(xué)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）