促進學(xué)生認知發(fā)展的課堂教學(xué)設(shè)計

趙青

摘 要：以人教版“閉合電路歐姆定律”教學(xué)為例，闡述在課堂教學(xué)中如何在幫助學(xué)生完成知識建構(gòu)的同時提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)設(shè)情境；自主建構(gòu)；應(yīng)用遷移

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）12-0074-3

“閉合電路歐姆定律”是高中新課標人教版物理的重點內(nèi)容，有著豐富的內(nèi)涵。如何在課堂教學(xué)幫助學(xué)生完成知識建構(gòu)，同時培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的科學(xué)素養(yǎng)？下面筆者就此問題，結(jié)合自已的教學(xué)實踐，發(fā)表一些看法，就教于同仁。

1 基于學(xué)情和課標制定教學(xué)目標

心理學(xué)研究表明，若教學(xué)的內(nèi)容和方法得當，可以加速認知發(fā)展?！伴]合電路歐姆定律”是分析和理解部分電路和全電路的交匯點，也是進行復(fù)雜電路分析的基礎(chǔ)，在教材中具有承上啟下的作用。學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，理解了靜電力做功與電荷量、電勢差的關(guān)系，了解了靜電力做功與電能轉(zhuǎn)化的知識，認識了如何從非靜電力做功的角度描述電動勢，并處理了部分電路歐姆定律的相關(guān)電路問題，已經(jīng)具備了通過功能關(guān)系建立閉合電路歐姆定律、并應(yīng)用這一定律分析問題的知識與技能。故制定了如下的知識與技能方面的教學(xué)目標：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，知道閉合電路歐姆定律及其公式，理解路端電壓與負載的關(guān)系，熟練應(yīng)用閉合電路歐姆定律解決有關(guān)的電路問題。

2 教學(xué)流程

2.1 在已有認知基礎(chǔ)上建立閉合電路歐姆定律的概念

環(huán)節(jié)一 創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)認知沖突

師：如圖1所示，將電壓表接在電源兩端，電壓表上的示數(shù)表示哪個物理量？

生：電源電動勢。

師：出示實驗裝置，分別將開關(guān)扳向1和2，讓學(xué)生通過實物投影讀出電壓表的讀數(shù)，即為電源的電動勢。

生：E1=3 V，E2=6 V。

師：將電壓表換成小燈泡，開關(guān)接1時，小燈泡很亮，問：開關(guān)接2時會發(fā)生什么情況？

生：猜測燈泡更亮或是被燒毀。

師：將開關(guān)扳向2，提醒學(xué)生注意觀察現(xiàn)象。（小燈泡還不如接1時亮）

【設(shè)計思路】 教學(xué)是一個創(chuàng)造性活動的過程，為了能吸引學(xué)生的注意，增強課堂教學(xué)效果，一開始利用學(xué)生的日常生活經(jīng)驗與演示實驗的矛盾巧設(shè)“懸念”使他們的心理經(jīng)歷一次前概念與物理規(guī)律的強烈碰撞，激起學(xué)生的求知欲。在課題引入中緊密聯(lián)系學(xué)生的生活實際，充分體現(xiàn)了“從生活走向物理”的新課程理念。

環(huán)節(jié)二 任務(wù)驅(qū)動，引導(dǎo)自主建構(gòu)

師：什么樣的電路叫閉合電路？

生：由電源和用電器組成的完整電路。

師：電源有什么重要的參量？

生：電源電動勢和內(nèi)阻。

師：解釋閉合電路中的幾個基本常識。包括外電路、外電阻、路端電壓、內(nèi)電路、內(nèi)電阻。

介紹：閉合電路可分為內(nèi)、外電路兩部分，電源內(nèi)部的電路叫內(nèi)電路，電源外部的電路叫外電路，如圖2所示；接在電源外電路兩端的電壓表測得的電壓叫外電壓，即外電阻上電勢的降落。

生：相等。

師：怎樣根據(jù)焦耳定律和能量守恒定律推導(dǎo)出內(nèi)、外電壓與電動勢的關(guān)系？

教師引導(dǎo)：內(nèi)電路的非靜電力移送電荷的做功過程，除了要克服電場力做功使一部分能量轉(zhuǎn)化為電勢能供外電路使用外，同時還有一部分能量消耗在電阻發(fā)熱上。

生：設(shè)通過內(nèi)外電路的電流強度為I，外電阻為R，內(nèi)電阻為r 。根據(jù)焦耳定律，在時間t 內(nèi)，外電路中電能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能為E=I2Rt，內(nèi)電路中電能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能為E=I2rt，電池化學(xué)反應(yīng)層在時間t內(nèi)非靜電力做功為W=Eq=EIt。根據(jù)能量守恒定律，電路所消耗的能量應(yīng)等于相同時間電源所產(chǎn)生的電能，即等于相同時間內(nèi)非靜電力所做的功，則有EIt=I2Rt+I2rt。所以有E=IR+Ir。

師：如果我們要探討電路里電流強度I與哪些因素有關(guān)，其關(guān)系如何，還需要把公式改變成怎樣的形式？

生：可改寫為I=E/（R+r）。

師：總結(jié)閉合電路歐姆定律的內(nèi)容與數(shù)學(xué)表達式。

定律內(nèi)容：閉合電路中的電流與電源電動勢成正比，與內(nèi)外電路中的電阻之和成反比。

數(shù)學(xué)表達式：I=E/（R+r）或E=U+U=IR+Ir。

【設(shè)計思路】 探究過程中教師組織、引導(dǎo)不到位，學(xué)生會顯得很盲目。引導(dǎo)過于具體，就像是給了“實驗步驟”來讓學(xué)生進行驗證，學(xué)生又會表現(xiàn)出很強的依賴性，束縛了思維的發(fā)展。好的教學(xué)需要圍繞教學(xué)目標，系統(tǒng)地給學(xué)生提供探索、研究、發(fā)現(xiàn)的機會。并在活動過程中，讓學(xué)生看到自己的智慧和意志，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.2 在物理實驗中探究路端電壓與負載的關(guān)系

環(huán)節(jié)一 利用實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論

師：從實驗上探討U隨R變化的規(guī)律，如何設(shè)計一個簡單的實驗方案？（引導(dǎo)學(xué)生模仿設(shè)計實驗的方法來設(shè)計實驗方案）

生：讓學(xué)生自己畫電路圖，如圖4。

師：點評學(xué)生的電路圖，指導(dǎo)學(xué)生進行實驗。

生：出示實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。U隨R的增大而增大，U隨R的減小而減小。

【設(shè)計思路】 在前面的教學(xué)過程中，教師按照“提出問題→猜想→實驗驗證”這一研究問題的思路和方法來展開教學(xué)。引導(dǎo)學(xué)生模擬科學(xué)探究的過程，模仿運用科學(xué)方法，自己動手、動腦設(shè)計實驗，使學(xué)生在獲取知識的過程中領(lǐng)略科學(xué)研究問題的思路和方法，當學(xué)生的猜想被實驗驗證后，能夠獲得成功的快樂。

環(huán)節(jié)二 理論分析，引領(lǐng)深度理解

師：我們能否從理論上來分析一下為什么會這樣？

生：（先討論，然后請代表發(fā)言）R↑→I↓→U↓→U↑；R↓→I↑→U↑→U↓。

師：我們從實驗和理論上探討了U隨R變化的規(guī)律。當外電阻很小時，會發(fā)生什么情況？endprint

生：外電阻很小，電流很大。當外電阻減小到零時，會發(fā)生短路現(xiàn)象。

師：短路時電流有多大？

生：短路時R=0，U=0， I=E/r。

師：由于r一般很小，所以短路電流很大。例如，蓄電池的內(nèi)阻大約為0.1 Ω，所以短路時電流就會很大。很大的電流會造成什么后果呢？

生：電流太大不但會燒壞電源，還可能引起火災(zāi)，要注意避免發(fā)生。

師：實際的電路安裝了保險絲，若發(fā)生短路，通常會燒斷保險絲。如果沒有保險絲，短路時過大的電流長時間通過電路就有可能燒壞電源，還可能引起火災(zāi)。所以，在實驗操作和日常生活、生產(chǎn)中要注意避免短路，不能圖省事用銅絲或鐵絲代替保險絲。

師：一旦發(fā)生短路，保險絲燒斷，該如何使電路恢復(fù)呢？

生：（教師引導(dǎo)學(xué)生）先排除短路故障，再換保險絲。

師：當外電阻很大時又會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？

生：R→∞，I=0，U=E。（引導(dǎo)學(xué)生得出這種現(xiàn)象叫斷路）

師：電壓表并接在電源兩端測電動勢就是利用這一道理。

【設(shè)計思路】整個探究過程始終把學(xué)生放在主體地位，教學(xué)以學(xué)生的需求為目標，教師能很好地樹立服務(wù)意識，并發(fā)揮學(xué)習(xí)方法的多樣化，使學(xué)生的積極性持續(xù)發(fā)揮效能。同時，讓學(xué)生在對實驗現(xiàn)象的感知中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，再通過相互討論、交流、探索知識。在活動過程中學(xué)到科學(xué)研究的方法，提高了學(xué)習(xí)能力，并且在活動中體驗到成功的愉悅。

2.3 在應(yīng)用中感悟閉合電路歐姆定律

回首演示實驗，解釋現(xiàn)象

師：同學(xué)們再思考一下，誰來解釋一下開始上課時做的演示實驗的現(xiàn)象？

生：（學(xué)生紛紛舉手發(fā)言）電源E2的內(nèi)阻很大，因而內(nèi)阻分壓也很大，第二次加在燈泡兩端的電壓沒有第一次的大。

師：你們的解釋是否正確，實際去測量一下就知道了。

實際測量發(fā)現(xiàn)第二次加在燈泡兩端的電壓確實沒有第一次的大。

生：似有所悟。

【設(shè)計思路】 讓學(xué)生利用學(xué)過的知識去分析、解決實際問題，真正達到學(xué)以致用的目的。同時，也讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)的快樂，讓學(xué)生充分體驗成功解決問題帶來的喜悅感和滿足感，也進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望。

3 教學(xué)反思

本設(shè)計結(jié)合學(xué)生的具體情況進行情境創(chuàng)設(shè)，活動步步為營，問題環(huán)環(huán)相扣，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)閉合電路歐姆定律的概念，極大地發(fā)揮了學(xué)生的主動性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本設(shè)計引人入勝，知識水到渠成，引發(fā)學(xué)生認知沖突是開端，自主建構(gòu)是發(fā)展，應(yīng)用遷移是高潮，有效地提升了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

參考文獻：

[1]張瑄.閉合電路的歐姆定律教學(xué)設(shè)計[J].教育教學(xué)研究，2013（37）：37-38.

（欄目編輯 鄧 磊）endprint