“5E”教學(xué)模式在《電阻定律》中的教學(xué)

王方平

電阻定律是科學(xué)教學(xué)中的重要規(guī)律之一，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了導(dǎo)體材料、長度、橫截面積等自身?xiàng)l件與電阻的定性關(guān)系，現(xiàn)在在此基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行定量描述，同時(shí)突出了“電阻率”這一物理概念?！?E”教學(xué)模式主要包括參與階段、探索階段、解釋階段、擴(kuò)展階段和評(píng)價(jià)階段。下面結(jié)合“5E”教學(xué)模式來探討下《電阻定律》的學(xué)習(xí)。

一、參與階段

此過程是整個(gè)教學(xué)過程的起點(diǎn)，目的是讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)的主題，一般以預(yù)先設(shè)計(jì)的問題或情境來激起學(xué)生的興趣和好奇心，同時(shí)做好準(zhǔn)備知識(shí)的檢測。

師生活動(dòng)：

通過學(xué)習(xí)歐姆定律，由I= 得，雖然改變導(dǎo)體兩端的電壓U或者導(dǎo)體的電阻R，就可以改變電路中的電流，但導(dǎo)體的本身電阻卻并不是由U、I這兩個(gè)因素決定的。

演示：將15 W和200 W的兩盞燈泡并聯(lián)接入電路，請(qǐng)同學(xué)觀察兩燈泡的亮度，如下圖：

同時(shí)請(qǐng)同學(xué)們觀察兩燈泡的照片，說出兩者的不同之處：功率不同，燈絲粗細(xì)不同，兩燈泡的電阻不同。

展示滑動(dòng)變阻器圖片：通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，可以改變電阻。

展示幾段材料不同的導(dǎo)線：電線常用銅和鋁，而不用鐵，如下圖：

給予學(xué)生考慮時(shí)間，小組討論后得：導(dǎo)體的電阻可能與導(dǎo)體長度、材質(zhì)、橫截面積大小有關(guān)。

教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題：需要搞清楚導(dǎo)體的電阻和導(dǎo)體的本身長度、橫截面積大小及材質(zhì)之間明確的定量關(guān)系。

二、探索階段

為學(xué)生提供建構(gòu)知識(shí)的材料，并以小組合作的形式進(jìn)行探索活動(dòng)。

要研究導(dǎo)體電阻與長度、橫截面積及材料間的關(guān)系，通過討論確定“控制變量法”為研究方法，學(xué)生再次思考、討論，可得出思路：導(dǎo)體材料、橫截面積相同，研究電阻與導(dǎo)體長度關(guān)系；控制導(dǎo)體材料、長度，確定電阻與橫截面積大小的數(shù)量關(guān)系；控制導(dǎo)體長度、橫截面積，確定電阻與材質(zhì)的定量關(guān)系。

學(xué)生按照所選擇的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，主要有三種：

方案一：伏安法 方案二：利用分壓原理

方案三：利用分流原理

經(jīng)過統(tǒng)一，現(xiàn)采用“分壓原理的實(shí)驗(yàn)”方案 （此法實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)簡潔，計(jì)算簡單）。

在該過程中，要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓小組進(jìn)行充分的討論。教師只是加以引導(dǎo)，及時(shí)提供支架式支持。

數(shù)據(jù)記錄：

數(shù)據(jù)1：導(dǎo)體電阻與長度的定量關(guān)系

控制導(dǎo)體橫截面積大小，材質(zhì)一樣，導(dǎo)體的電阻與長度的定量關(guān)系____________。

數(shù)據(jù)2：探究電阻與導(dǎo)體橫截面積的關(guān)系

導(dǎo)體長度、材料相同，導(dǎo)體的電阻與橫截面積________________________。

數(shù)據(jù)3：探究電阻與導(dǎo)體材料的關(guān)系

導(dǎo)體長度、橫截面積相同，導(dǎo)體的電阻與材料________________________。

將探究結(jié)果進(jìn)行整合，學(xué)生探究后得到：導(dǎo)體電阻R與導(dǎo)體長度l之間是正比關(guān)系，與導(dǎo)體橫截面積大小S成反比關(guān)系，且導(dǎo)體的電阻與構(gòu)成導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。

三、解釋階段

本階段要求學(xué)生對(duì)探索到的證據(jù)進(jìn)行解釋并說明理由，教師則適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生改變錯(cuò)誤觀念，因此這個(gè)過程也可以成為概念建立階段。

通過探索和分析，大部分學(xué)生都認(rèn)識(shí)到，導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體的長度成正比關(guān)系，與導(dǎo)體橫截面積大小成反比關(guān)系，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體材質(zhì)有關(guān)。為了讓學(xué)生概念的建立完善起來，教師應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，可以通過理論推導(dǎo)的方式。

理論探究電阻R與長度l的關(guān)系：

如上圖：n個(gè)電阻串聯(lián)

由串聯(lián)知識(shí)：R串=nR0

又l串=nl0，因此R∝l。

理論探究電阻R與橫截面積S的關(guān)系：

如上圖：n個(gè)電阻并聯(lián)

由并聯(lián)知識(shí)：R并=R0n

又S并=nS0，因此R∝1S。

然后在教師引導(dǎo)下進(jìn)行測定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)。

將實(shí)驗(yàn)原理告知學(xué)生：金屬的電阻率可由R=ρ 求得：ρ=R ；測出金屬絲的長度、橫截面積和電阻，即求出金屬的電阻率，如右圖。

實(shí)驗(yàn)過程與前面實(shí)驗(yàn)類似：

（1）用刻度尺測出金屬絲的長度。

（2）金屬絲橫截面積的測定：在金屬絲上選擇沒有形變的點(diǎn)，用螺旋測微器在不同的部位測金屬絲的直徑多次。

（3）金屬絲電阻的測定，連接電路。金屬絲R一定從端點(diǎn)接入電路?；瑒?dòng)變阻器R0先調(diào)至阻值最大的位置，閉合電鍵，根據(jù)電阻絲的額定電流和電流表、電壓表的指針位置，適當(dāng)調(diào)節(jié)變阻器的阻值，使電流表和電壓表指針在刻度盤的 ～ 的區(qū)間。改變電壓三次，讀出三組V、I值，由歐姆定律R=U/I得到金屬絲的電阻R，再由公式ρ=R 求得金屬的電阻率。

（4）實(shí)驗(yàn)記錄表格

金屬絲的橫截面積S=______米2，

金屬絲的電阻率ρ=______。

教師在指導(dǎo)過程中需要注意：（1）實(shí)驗(yàn)前可估計(jì)金屬絲的電阻（一般為幾歐姆），由此可確定電源電壓及電流表和電壓表的量程，均不宜太大。（2）由于金屬絲的電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，應(yīng)采用電流表外接法測電阻，滑動(dòng)變阻器用限流接法接入電路。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，師生建立共識(shí)：

（1）同種材料的導(dǎo)體，其電阻與它的長度成正比，與它的橫截面積成反比；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=ρ 。

（3）電阻率ρ：反映導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的物理量。（單位：Ω·m）

四、擴(kuò)展階段

將學(xué)生的知識(shí)和技能應(yīng)用到新的情景和問題中，重視知識(shí)技能在新的情景下的應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)識(shí)達(dá)到更深層次。

（1）實(shí)驗(yàn)演示，加熱燈絲觀察電流表示數(shù)，進(jìn)而使學(xué)生認(rèn)識(shí)到電阻與溫度有關(guān)。

（2）通過形成性練習(xí)幫助學(xué)生深入理解概念。

關(guān)于公式R= 和公式R=ρ ，下列說法正確的是（ ）。

A.兩式對(duì)一切情況都適用

B.R= 僅適用于金屬導(dǎo)體，R=ρ 適用于任何導(dǎo)體

C.導(dǎo)體的電阻R與U成正比，與I成反比

D.導(dǎo)體的電阻在溫度一定時(shí)與導(dǎo)體長度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積成反比

五、評(píng)價(jià)階段

本階段鼓勵(lì)學(xué)生評(píng)估自己的理解能力，教師評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)、態(tài)度、技能，在參與和探索階段，要允許學(xué)生有不同的想法，而且要及時(shí)給予反饋，同時(shí)記錄學(xué)生的表現(xiàn)。在擴(kuò)展階段，要針對(duì)學(xué)生的練習(xí)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)評(píng)，指出學(xué)生的問題，及時(shí)提供指導(dǎo)等。通過過程評(píng)價(jià)，教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和內(nèi)容，并把信息及時(shí)反饋給學(xué)生，幫助學(xué)生改進(jìn)。

通過五個(gè)階段，讓學(xué)生在“5E”教學(xué)模式的引導(dǎo)下，逐步了解并掌握電阻定律的內(nèi)容，使優(yōu)等生在對(duì)電阻定律的定性了解的基礎(chǔ)上，能夠?qū)ζ溆袀€(gè)定量的掌握。而且通過實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手，讓學(xué)生體會(huì)從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)的能力、分析的能力，從而更好地掌握科學(xué)知識(shí)。

（作者單位：浙江省慈溪市耕民初級(jí)中學(xué)）