“小燈泡功率”教學(xué)案例剖析

魏櫻

摘 要：本文對(duì)“燈泡電功率”中燈泡實(shí)際功率的計(jì)算、燈泡的亮度由什么決定這兩例教學(xué)案例進(jìn)行了剖析。

關(guān)鍵詞：電功率；教學(xué)案例；案例背景；案例剖析

[案例背景]

教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)“電功率”一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)過程中，所表現(xiàn)出來的學(xué)習(xí)困難主要有：一是燈泡實(shí)際功率的計(jì)算；二是認(rèn)為燈泡的亮暗是由燈泡的額定功率或通過燈泡的電流來決定的。因此，在本學(xué)期的教學(xué)過程中，設(shè)計(jì)了一些突破這種難點(diǎn)的教學(xué)方法。

[案例剖析]

1 課堂片段一：燈泡實(shí)際功率的計(jì)算

1.1 策略

由簡單問題入手，層層遞進(jìn)突破難點(diǎn)。

1.2 過程

師：一個(gè)標(biāo)有“6V 4W”字樣的燈泡的參數(shù)表示什么？

生A：6V表示燈泡額定電壓為6V；4W表示燈泡額定功率是4W。

師：好。那么，該燈泡正常工作時(shí)的電阻是多少？

生A：由功率P = U2/R可知，燈泡正常工作時(shí)電阻為R=U額2/P額=（6V）2 /4W=9Ω。

師：對(duì)。如果將該燈泡接入電壓為3V的電源上使用時(shí)，它的功率是多少？

生B：根據(jù)生A的方法有P實(shí)=U2/R =（3V）2 /9W=1W

師：此時(shí)燈泡功率為什么與剛才不相同？

生B：電壓不同，前者是額定電壓，功率為額定功率，此時(shí)燈泡功率是實(shí)際功率。

師：很好。如果將該燈與6Ω的電阻串聯(lián)后再接入電壓為6V的電源上使用時(shí)，其實(shí)際功率為多大？

生B：P = U2/（R+R0） = （6V）2/（6Ω+9Ω） = 2.4W。

師：同學(xué)們對(duì)生B的解答有什么看法？

生C：生B做的不對(duì)

師：為什么？

生C：他求的不是燈泡的電功率，而是整個(gè)電路的總功率

師：那燈泡的電功率怎么求？

生C：根據(jù)串聯(lián)分壓關(guān)系可知，燈泡兩端電壓是3.6V，代入剛才兩位同學(xué)所用公式得燈泡功率是1.44W。

師：生B，你還有什么想法？

生B：可以先求電流強(qiáng)度，即I = U/（R+R0） = 6V/（6Ω+9Ω） = 0.4A；然后求燈泡實(shí)際功率P實(shí)=I2R=（0.4A）2×9Ω = 1.44W。

師：你們能說一說運(yùn)用公式P = U2/R計(jì)算功率有什么條件或要求嗎？

生B：電壓U應(yīng)當(dāng)是燈泡兩端的電壓，而不是總電壓。

師：很好，如果將該燈與另一個(gè)標(biāo)有“6V 3W”的燈泡串聯(lián)后再接入電壓為 6V的電源上使用時(shí)，其實(shí)際功率為多大？

生D：后一個(gè)燈泡的R1=U額12/P額1=（6V）2 /3W =12Ω，兩燈串聯(lián)接在6V電壓后電路中的電流強(qiáng)度I = U/（R+R1）=6V/（12Ω+9Ω）=0.29A；則原來燈泡功率P實(shí)=I2R=（0.29A）2×9Ω = 0.73W。

師：還是剛才兩個(gè)燈泡串聯(lián)，那么整個(gè)電路允許消耗的最大功率是多少？

生E：老師“允許消耗的最大功率”是什么意思？

師：生E的問題，誰能夠幫助解答一下？

生C：我認(rèn)為隨著加在串聯(lián)電路上電壓增大，可能會(huì)燒壞燈泡，所以當(dāng)加在串聯(lián)電路上電壓最大時(shí)，電路消耗的電功率最大。

師：是這個(gè)道理，那么，電路所加的最大電壓是多少？

生C：求電流更方便。

師：為什么？

生C：因?yàn)閮蔁舸?lián)，電流相同，用允許電流最小的一個(gè)代入求。

師：那么求一求是多少？

學(xué)生活動(dòng)：I額1=0.67A，I額2=0.5A，P大=I額22 （R+R1）= （0.5A）2 ×（12Ω+9Ω）=5.25W.

1.3 剖析

由于學(xué)生對(duì)電功率的概念剛剛建立，對(duì)實(shí)際功率的計(jì)算還不夠熟悉，也缺乏一定的方法指導(dǎo)。教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，通過簡單問題引入，引導(dǎo)學(xué)生區(qū)別額定功率與實(shí)際功率，然后逐步復(fù)雜化，把教學(xué)細(xì)節(jié)拉長，不斷追問燈泡實(shí)際功率的計(jì)算，讓學(xué)生在足夠時(shí)間和空間下，豐富體驗(yàn)。最后，學(xué)生在實(shí)踐過程體驗(yàn)，歸納出策略性知識(shí)：

（1）當(dāng)加在燈泡兩端電壓已知，我們可以利用燈泡電阻不變，先求出電阻，然后利用P實(shí)=U實(shí)2/R求出燈泡的實(shí)際功率；

（2）當(dāng)兩燈泡串聯(lián)在電路中，求其中一個(gè)燈泡的電功率時(shí)，第一步先根據(jù)電源電壓和總電阻求出電流，再利用P實(shí)=I2R求出其中一個(gè)燈泡的實(shí)際功率；

（3）當(dāng)兩燈串聯(lián)，要使燈泡不損壞，應(yīng)該選擇燈泡最小的額定電流作為電路中的最大電流，當(dāng)兩燈并聯(lián)，要使燈泡不損壞，應(yīng)該選擇燈泡最小的額定電壓作為電路中的最大電壓。如果簡略了這一過程，學(xué)生原有的理解與抽象的算法之間會(huì)出現(xiàn)斷層，算法建構(gòu)與已有經(jīng)驗(yàn)無法建立一種實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系。

2 課堂片段二：燈泡的亮度由什么決定

2.1 策略

由實(shí)驗(yàn)入手，以演繹推理突破難點(diǎn)

2.2 過程

師：現(xiàn)將L1標(biāo)有“PZ220-100”和L2標(biāo)有“PZ220-60”兩只燈泡接在220V的電壓上，哪只燈泡亮？

生F：L1亮

師：為什么？

生：因?yàn)長1的額定功率大。

師：我們現(xiàn)在用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證生F的觀點(diǎn)。

教師活動(dòng)：將兩燈泡串聯(lián)接入電路中，閉合開關(guān)后。

學(xué)生活動(dòng)：觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：L2比L1亮。（學(xué)生驚訝）

師：通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同學(xué)們來分析一下，生F觀點(diǎn)錯(cuò)誤的原因是什么？

學(xué)生活動(dòng)：分小組進(jìn)行討論。

教師活動(dòng)：深入小組參與學(xué)生討論，不給結(jié)論性評(píng)價(jià)，可以通過提問或提示的方式幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)的深化。

師：大家討論后，是否還認(rèn)為燈泡的亮度是由額定功率？

生：（齊）不是。

師：那么，由什么決定？

生D：我認(rèn)為由電流大小決定。

師：道理何在？

生D：因?yàn)橥ㄟ^L2的電流大，所以L2更亮一些。

師：你判斷的根據(jù)是什么？（學(xué)生沒有回答）

實(shí)驗(yàn)：取下L1，現(xiàn)象：L2同時(shí)熄滅。

師：兩只燈泡是串聯(lián)還是并聯(lián)？

生：（齊）串聯(lián)

師：既然是串聯(lián)，那么通過L1、L2的電流什么關(guān)系。

生：（齊）相等

師：燈泡的亮度是由電流決定嗎？

生：（齊）不是。

師：那由什么決定呢？

實(shí)驗(yàn)：將兩只燈并聯(lián)（外表與前例一樣，但內(nèi)部連接方式不同），閉合開關(guān)。

現(xiàn)象：現(xiàn)L1比L2亮。

師：通過觀察實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為燈泡亮度由什么決定？

生：（齊）燈泡的亮度由實(shí)際功率決定。

師：你能否比較出兩燈串聯(lián)和并聯(lián)時(shí)，燈泡實(shí)際功率的大??？

生G：由于L2的電阻大于L1的電阻，串聯(lián)時(shí)，根據(jù)P=I2R得出L2的實(shí)驗(yàn)功率大，燈更亮；并聯(lián)時(shí)，根據(jù)P=U2/R得出L1的實(shí)驗(yàn)功率大，燈更亮。

結(jié)論：燈泡的亮度取決于實(shí)際功率，與額定功率無關(guān)。

2.3 剖析

教學(xué)過程中，設(shè)置沖突情景，糾正學(xué)生對(duì)知識(shí)的錯(cuò)誤理解是一種有效的教學(xué)策略。教師向?qū)W生提供豐富的信息源以供其邏輯分析，當(dāng)學(xué)生的舊有知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、前概念等與教師提供的材料產(chǎn)生矛盾沖突、產(chǎn)生悖論時(shí)，學(xué)生認(rèn)知形成了沖突，產(chǎn)生進(jìn)一步探究形成新的認(rèn)知欲望，為前概念的修正、拓展提供了心理?xiàng)l件。本案例中，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生兩次產(chǎn)生認(rèn)知沖突，再次提出“燈泡的亮暗究竟由什么因素決定的問題”，學(xué)生在沖突認(rèn)知的心理驅(qū)使下，借助教師的實(shí)驗(yàn)展示及自身的理論分析，思維豁然開朗，從而順利建構(gòu)了“燈泡的亮暗是由實(shí)際功率”決定的科學(xué)概念。

教學(xué)過程中，突破學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn)，要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)水平層次，物理知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)靈活選擇相適應(yīng)的方法來進(jìn)行教學(xué)，這就是所謂的“教學(xué)有法，但無定法”的道理。要做到這一點(diǎn)，必須深入地鉆研教材，深層次地了解教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行合理的重構(gòu)；教師還必須認(rèn)識(shí)分析學(xué)情，了解學(xué)生掌握了什么，會(huì)什么，思維能力層次與水平；教師還必須從多方面、多角度設(shè)計(jì)教學(xué)情境，運(yùn)用不同的策略進(jìn)行教學(xué)；實(shí)施過程中，還必須設(shè)身處地為學(xué)生著想，問題設(shè)計(jì)要充分考慮學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，情景創(chuàng)設(shè)要充分暴露學(xué)生的認(rèn)識(shí)沖突，并營造一種輕松、愉快的學(xué)習(xí)氛圍，不斷幫助學(xué)生突破難點(diǎn)，使學(xué)生學(xué)到初步的物理知識(shí)，得到觀察、分析、概括和應(yīng)用等能力的培養(yǎng)。