新課程理念下的探究式教學(xué)案例——電阻定律

魏學(xué)靜

1 設(shè)計(jì)理念

探究性學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，以一種類(lèi)似科學(xué)研究的方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，通過(guò)自主的探究活動(dòng)學(xué)習(xí)物理概念和物理規(guī)律，在獲取知識(shí)的同時(shí)，體會(huì)科學(xué)家研究科學(xué)的探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。本文以《電阻定律》一課為例，根據(jù)探究性學(xué)習(xí)的理念，設(shè)計(jì)了一節(jié)探究式教學(xué)課——探究哪些因素決定導(dǎo)體電阻。

2 教材內(nèi)容分析與學(xué)情分析

2.1 教材內(nèi)容分析

《電阻定律》是高中物理新課程選修3-1的第二章《恒定電流》的第六節(jié)內(nèi)容，它是《恒定電流》這一章的基本規(guī)律之一，電阻定律反映導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積及電阻率的定量關(guān)系，由于學(xué)生在初中時(shí)只知道定性結(jié)論，故本節(jié)內(nèi)容屬于發(fā)展和提高的范疇，也是本章教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

2.2 學(xué)生情況簡(jiǎn)單分析

我所教的班級(jí)是高二年級(jí)的一個(gè)平行班，學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)一般，但是多數(shù)學(xué)生在初中和高一已初步掌握了實(shí)驗(yàn)探究的基本程序(觀察現(xiàn)象→提出問(wèn)題→猜想假設(shè)→方案設(shè)計(jì)→實(shí)驗(yàn)探究→歸納總結(jié)→解釋現(xiàn)象)；基本具備了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力和較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力，具有較好的思考與質(zhì)疑、交流與合作的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3 案例描述與分析

3.1 學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)知識(shí)與技能

①進(jìn)一步深化對(duì)電阻的認(rèn)識(shí)。

②理解和掌握電阻定律及電阻率的物理意義，并了解電阻率與溫度有關(guān)。

③通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；通過(guò)理論探究，培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力。

④通過(guò)探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)、發(fā)展思維的能力。

(2)過(guò)程與方法

通過(guò)假設(shè)與猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作等一系列探究過(guò)程，使學(xué)生經(jīng)歷探究過(guò)程，了解科學(xué)研究的一般程序，掌握通過(guò)控制變量和對(duì)比、分析解決三個(gè)變量之間關(guān)系和數(shù)據(jù)處理等的科學(xué)研究方法。

(3)情感、態(tài)度、價(jià)值觀

①通過(guò)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神，并在探究活動(dòng)中培養(yǎng)合作精神。

②通過(guò)動(dòng)手合作調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)他們的探究意識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，體會(huì)探究的樂(lè)趣。

分析 以上學(xué)習(xí)目標(biāo)體現(xiàn)了新課程三維目標(biāo)的理念，突破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)目標(biāo)只關(guān)注基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能的局限。同時(shí)，這些學(xué)習(xí)目標(biāo)是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下通過(guò)自己積極、主動(dòng)的學(xué)習(xí)能夠達(dá)成和檢測(cè)的目標(biāo)。因此，學(xué)習(xí)目標(biāo)所用的動(dòng)詞是具有針對(duì)性和可操作性的。

3.2 重難點(diǎn)分析

(1)重點(diǎn)：電阻定律的得出

(2)難點(diǎn)：電阻率的理解

分析 對(duì)于重點(diǎn)，主要是通過(guò)課堂上師生一起合作探究導(dǎo)出定律。對(duì)于難點(diǎn)，主要是通過(guò)與電阻的比較，明確電阻反映導(dǎo)體本身屬性，電阻率是材料本身的屬性；通過(guò)介紹金屬溫度計(jì)和半導(dǎo)體溫度計(jì)，使學(xué)生知道電阻率和溫度有關(guān)。

3.3 教具

(1)教師用具：居民用電插座、燈座、多媒體課件、自制CAI課件、 幻燈片、投影儀等。

(2)學(xué)生用具：電阻定律示教板（含金屬絲）、學(xué)生電源、干電池若干、電流表、伏特表、滑動(dòng)變阻器、小燈泡、日光燈燈絲、導(dǎo)線、酒精燈、白熾燈（“220V、25W”和“220V、100W”）等。

3.4 教學(xué)過(guò)程

(1)隨堂實(shí)驗(yàn)，引入新課

①教師提問(wèn)：導(dǎo)體的電阻是由導(dǎo)體本身性質(zhì)決定的，即導(dǎo)體自身的因素決定，那么到底由哪些因素決定呢？（學(xué)生猜想：材料、長(zhǎng)度、橫截面積、溫度……）

分析 學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過(guò)電阻的決定因素及定性關(guān)系，所以大部分學(xué)生能回答這個(gè)問(wèn)題。為了鞏固這部分內(nèi)容，教師依據(jù)控制變量法（學(xué)生已基本掌握）設(shè)計(jì)了四個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。

②演示實(shí)驗(yàn)

a、導(dǎo)體電阻與長(zhǎng)度的定性關(guān)系

分析 圖1為電路圖，圖2為對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖。首先，我在幻燈片上給出電路圖和還沒(méi)連接的實(shí)物圖，動(dòng)畫(huà)演示導(dǎo)線連接過(guò)程（采用滑動(dòng)變阻器限流式連接）。然后，在講臺(tái)上連接好儀器并閉合電鍵、移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的觸頭，要求學(xué)生觀察小燈泡的亮度變化。最后讓學(xué)生清楚：燈泡亮度變化→電流變化→電路的總電阻變化→移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的觸頭改變其電阻的過(guò)程，不難得出定性關(guān)系：其他條件不變的情況下，導(dǎo)體長(zhǎng)度越長(zhǎng)其電阻越大。

b、導(dǎo)體電阻與橫截面積的定性關(guān)系

分析 首先，讓學(xué)生觀察“220V 25W”的白熾燈和“220V 100W”的白熾燈燈絲的粗細(xì)（橫截面積）。然后，把導(dǎo)線、燈泡、燈座、插頭連接好接入居民用電的插座并要求觀察燈泡的亮度。最后，根據(jù)觀察到的現(xiàn)象和電功率的知識(shí)不難得出定性關(guān)系：其他條件不變的情況下，導(dǎo)體橫截面積越大，其電阻越小。

c、導(dǎo)體電阻與材料的定性關(guān)系

分析 電流表為靈敏電流表，L₁為鎳鉻合金、L₂為猛銅合金（長(zhǎng)度、橫截面積相同），圖3為電路圖，圖4為對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖。首先，我在幻燈片上給出電路圖和還沒(méi)連接的實(shí)物圖，動(dòng)畫(huà)演示導(dǎo)線連接過(guò)程（采用滑動(dòng)變阻器分壓式連接）。然后，閉合電鍵，讓學(xué)生觀察指針偏轉(zhuǎn)。最后，根據(jù)現(xiàn)象得出：導(dǎo)體的電阻與材料有關(guān)。

d、導(dǎo)體電阻與溫度的關(guān)系

分析 圖5是電路圖，圖6是實(shí)物圖。閉合電鍵同時(shí)用酒精燈加熱，可以觀察到小燈泡亮度的變化，不難得出：導(dǎo)體的電阻與溫度有關(guān)。

（2）學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究

探究1 導(dǎo)體電阻與長(zhǎng)度的定量關(guān)系

①電路圖如圖7所示，實(shí)物圖如圖8所示。

②數(shù)據(jù)處理

分析 學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里2人一組，根據(jù)電路圖連接實(shí)物，用同一電表測(cè)量不同長(zhǎng)度的金屬絲兩端的電壓并完成表格，在實(shí)驗(yàn)誤差的范圍內(nèi)，學(xué)生根據(jù)自己測(cè)量的數(shù)據(jù)得出：R∝L。

探究2 導(dǎo)體電阻與橫截面積的定量關(guān)系

①電路圖如圖9所示，實(shí)物圖如圖10所示。

②數(shù)據(jù)處理

分析 四根金屬絲完全相同的鎳鉻合金，滑動(dòng)變阻器為分壓式接法，用靈敏電流計(jì)提高實(shí)驗(yàn)精確度，學(xué)生根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)可以分析出：在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，導(dǎo)體的電阻與橫截面積的定量關(guān)系： R∝1/S。

（3）學(xué)生理論探究

由串聯(lián)知識(shí)：R_串=nR₀，

∴R∝L。

由并聯(lián)知識(shí)：R_串=R₀/n

總橫截面積：S=nS₀

∴R∝1/S

故由R∝L，R∝1/S，可以寫(xiě)成表達(dá)式：

R∝L/S或R=ρL/S

分析 學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)串并聯(lián)的電阻知識(shí)，因此推導(dǎo)上面的結(jié)論難度不大。

（4）學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究、深化規(guī)律

教師進(jìn)一步提出問(wèn)題：如何測(cè)量R=ρL/S中的比例系數(shù)ρ？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

學(xué)生：長(zhǎng)度用刻度尺測(cè)量，直徑用螺旋測(cè)微器測(cè)量，電阻用伏安法測(cè)量。

①圖13是電路圖，圖14是實(shí)物圖。

③數(shù)據(jù)處理

材料電壓U/V電流I/A長(zhǎng)度L/m直徑d/m比例系數(shù)

分析 學(xué)生設(shè)計(jì)電路圖、連接實(shí)物圖后，可以通過(guò)測(cè)量出來(lái)的比例系數(shù)值，發(fā)現(xiàn)比例系數(shù)與材料有關(guān)。

（5）課堂小結(jié)、鞏固新課

①電阻定律的內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長(zhǎng)度L成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體的電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān)。

②數(shù)學(xué)表達(dá)式：R=ρL/S。

③電阻率ρ——描述材料導(dǎo)電性能有關(guān)的物理量。

a、單位：Ω?m

b、物理意義：反映物質(zhì)對(duì)電流阻礙作用的物理量。

c、純金屬電阻率小、合金電阻率大（純金屬的電阻率很小，導(dǎo)線常用鋁或銅來(lái)制作。在20℃時(shí)，銀的電阻率最小，常用于精密集成芯片；合金的電阻率較大，電爐、電阻器常用合金制作）。

d、金屬電阻率隨溫度升高而增大（常用的電阻溫度計(jì)就是利用金屬這種特性而制成的）。

e、有些材料的電阻率幾乎不受溫度的影響，利用這種特性常用來(lái)制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。

（6）課堂思考、課外延伸

通過(guò)選取生活中的素材，如集成電路微型化的散熱問(wèn)題、不合格電子產(chǎn)品的檢驗(yàn)等，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從影響電阻的因素出發(fā)，思考其中包含的物理原理，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)代技術(shù)的意識(shí)和辯證分析問(wèn)題的能力。

（7）課外延伸

向?qū)W生介紹超導(dǎo)現(xiàn)象以及超導(dǎo)磁懸浮式高速列車(chē)，讓他們回去查找相關(guān)資料，了解什么是半導(dǎo)體，什么是超導(dǎo)體，它們各有什么用途。教師有針對(duì)性地拓展學(xué)生的知識(shí)面，不僅可以擴(kuò)展學(xué)生的視野而且能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)，勇于探求的精神。

（7）教學(xué)流程圖（見(jiàn)圖15）

4 教學(xué)反思

（1）本案例較成功地體現(xiàn)了新課程理念下的探究教學(xué)模式的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性

本著“以學(xué)生發(fā)展為本”的教學(xué)設(shè)計(jì)理念對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行了必要的選擇，精心設(shè)計(jì)有利于學(xué)生發(fā)展的動(dòng)態(tài)方案，給學(xué)生充足的探究問(wèn)題（包括實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的探究）的空間。

在本案例的教學(xué)過(guò)程中，教師重視自己的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位，教師主導(dǎo)作用體現(xiàn)在：控制課堂教學(xué)的進(jìn)程，引導(dǎo)學(xué)生分析、討論和解決教學(xué)中遇到的問(wèn)題。學(xué)生的主體地位體現(xiàn)在：教師引導(dǎo)下學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案，通過(guò)獨(dú)立思考和合作學(xué)習(xí)來(lái)獲取知識(shí)和技能、掌握過(guò)程與方法、學(xué)會(huì)交流與合作，自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題，從而獲得新知。

②重視科學(xué)思想和科學(xué)方法的教育

從實(shí)際生活中的物理現(xiàn)象出發(fā)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境引入課題，再由學(xué)生利用控制變量法歸納出結(jié)論和規(guī)律，不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，還能提高學(xué)生解決問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力。在本案例的教學(xué)過(guò)程中，教師靈活運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、歸納等科學(xué)方法，這樣有利于學(xué)生掌握正確的科學(xué)思維方式和科學(xué)方法。

③注重探究式教學(xué)的有效性

通過(guò)“提出問(wèn)題——進(jìn)行猜想——確定方法——設(shè)計(jì)方案——實(shí)驗(yàn)操作——數(shù)據(jù)處理——結(jié)論匯報(bào)”的探究過(guò)程，讓學(xué)生始終置于探索者的位置，使學(xué)習(xí)過(guò)程成為“發(fā)現(xiàn)——再發(fā)現(xiàn)”的過(guò)程，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，讓學(xué)生自己從實(shí)驗(yàn)中得出結(jié)論，體驗(yàn)探索的快樂(lè)，成功的喜悅。

（2）本案例的不足之處及建議

①由于學(xué)生的探究過(guò)程需要設(shè)計(jì)電路圖、連接實(shí)物圖，這對(duì)大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大，因此占用了較多時(shí)間。有些學(xué)生課前沒(méi)有作充分準(zhǔn)備，建議教師讓學(xué)生課前先預(yù)習(xí)《電阻定律》這一節(jié)，同時(shí)在課堂上最好演示滑動(dòng)變阻器的分壓和限流的連接方法。

②由于沒(méi)有對(duì)小組內(nèi)各成員進(jìn)行責(zé)任分工，導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)探究的整個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)了小組內(nèi)一些學(xué)生忙忙碌碌，個(gè)別學(xué)生無(wú)事可做的局面。建議小組內(nèi)每個(gè)成員分配具體任務(wù)，如實(shí)驗(yàn)操作、記錄、匯報(bào)等，使每個(gè)成員既能各行其事，又能合作學(xué)習(xí)。

③學(xué)生做分組實(shí)驗(yàn)的時(shí)間不能有效控制，這一部分沒(méi)有處理好將直接影響到后面的教學(xué)。

④由于時(shí)間的關(guān)系，在課堂上測(cè)量電阻方案時(shí)只測(cè)一組數(shù)據(jù)是不夠的，另外學(xué)生在儀表讀數(shù)時(shí)沒(méi)有注意估讀問(wèn)題。

⑤學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程中也存在一定困難，教師應(yīng)該給予必要的指導(dǎo)和幫助。

(欄目編輯趙保鋼)