《閉合電路的歐姆定律》兩種教法分析與建議

張艷

[摘 要]人教版高中物理選修3-1中《閉合電路的歐姆定律》一節(jié)有兩種常見(jiàn)的教學(xué)方法，這兩種教學(xué)方法都有一些不足。文章分析了這兩種教學(xué)方法，并對(duì)《閉合電路的歐姆定律》的教學(xué)提出了四點(diǎn)建議，以便教師在教學(xué)中綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究和理論分析開(kāi)展教學(xué)，以提高教學(xué)實(shí)效。

[關(guān)鍵詞]閉合電路；歐姆定律；教學(xué)方法；教學(xué)建議

[中圖分類(lèi)號(hào)] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-6058（2018）20-0048-02

《閉合電路的歐姆定律》是人教版高中物理選修3-1《恒定電流》中的第7節(jié)。通過(guò)這一節(jié)的學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生真正理解完整電路中的電學(xué)規(guī)律。這一節(jié)既可以看成是《恒定電流》一章的理論總結(jié)，又可以看成是后續(xù)相關(guān)章節(jié)（比如電磁感應(yīng)、交變電流等）的基礎(chǔ)鋪墊，具有承上啟下的重要作用?！堕]合電路的歐姆定律》一節(jié)教學(xué)對(duì)學(xué)生的高中物理學(xué)習(xí)有很大的影響，因此，高中物理教師都非常重視本節(jié)教學(xué)，花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、《閉合電路的歐姆定律》教材分析及兩種教法介紹

1.教材分析

在人教版高中物理選修3-1中，《閉合電路的歐姆定律》安排在《電動(dòng)勢(shì)》《串聯(lián)電路和并聯(lián)電路》《焦耳定律》《電阻定律》等節(jié)之后，目的是讓學(xué)生在了解了電路的基本連接方式和電能、電功之后，再進(jìn)行學(xué)習(xí)。從本節(jié)教材內(nèi)容的設(shè)計(jì)可以看出，教材中推導(dǎo)閉合電路歐姆定律是從非靜電力做功和靜電力做功的角度出發(fā)，結(jié)合能量守恒定律完成。在推導(dǎo)出閉合電路的歐姆定律后，再分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，最后運(yùn)用例題強(qiáng)化規(guī)律的應(yīng)用。教材這樣安排具有較強(qiáng)的邏輯性和科學(xué)性，在理論上是非常嚴(yán)密的，但是在教學(xué)實(shí)踐中存在一些不足。

2.兩種教法

高中物理教師在執(zhí)教《閉合電路的歐姆定律》一課時(shí)，常常有兩種教學(xué)方法：一種教學(xué)方法嚴(yán)格地按照教材中的邏輯順序進(jìn)行，另外一種教學(xué)方法是運(yùn)用實(shí)驗(yàn)對(duì)規(guī)律進(jìn)行探究。

（1）從理論分析到習(xí)題應(yīng)用

大部分教師會(huì)采用這種教學(xué)方法，即嚴(yán)格按照教材的邏輯順序進(jìn)行，這種教學(xué)方法可以稱(chēng)為“從理論分析到習(xí)題應(yīng)用”。教師首先向?qū)W生介紹內(nèi)、外電路的概念及區(qū)別。在外電路中，靜電力做功，從正極到負(fù)極電勢(shì)降低；在內(nèi)電路中，非靜電力做功，從負(fù)極到正極電勢(shì)增加。外電路中的電阻產(chǎn)生的熱量為[Q外=I2Rt]，內(nèi)電路中產(chǎn)生的熱量為[Q內(nèi)=I2rt]。電源中非靜電力做功為[W=Eq=EIt]，根據(jù)能量守恒定律有[EIt=I2Rt+I2rt]，兩邊同除以時(shí)間t和電流I，得到閉合電路的歐姆定律[E=IR+Ir]，即[E=U內(nèi)+U外]。推導(dǎo)出規(guī)律后，再進(jìn)行必要的分析，最后用例題強(qiáng)化。實(shí)踐證明，這種教學(xué)方法的教學(xué)效果并不太好。原因是推導(dǎo)閉合電路歐姆定律的過(guò)程具有很強(qiáng)的抽象性，對(duì)學(xué)生的抽象思維能力要求非常高，而高二學(xué)生的抽象思維能力顯然不足，在學(xué)習(xí)之后，他們僅僅記住了閉合電路歐姆定律的幾個(gè)公式，而不能從公式的內(nèi)涵和外延上理解規(guī)律、應(yīng)用規(guī)律。

（2）從實(shí)驗(yàn)探究到理論形成

有一些注重實(shí)驗(yàn)的教師設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)方法，可以稱(chēng)為“從實(shí)驗(yàn)探究到理論形成”。這些教師在教學(xué)時(shí)，先設(shè)計(jì)如圖1所示的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生探究閉合電路歐姆定律，再根據(jù)此實(shí)驗(yàn)探究路端電壓與負(fù)載之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法可以讓學(xué)生真正體會(huì)閉合電路歐姆定律的實(shí)在性，有利于學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的理解。但是，這種教學(xué)方法的弊端也是有的。目前，高中一節(jié)課的時(shí)間都是45分鐘，要在45分鐘內(nèi)安排多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)探究是不現(xiàn)實(shí)的，學(xué)生為了做實(shí)驗(yàn)而疲于奔命，對(duì)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，根本無(wú)法真正體會(huì)。而且安排過(guò)多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在理論上分析不足，無(wú)法讓學(xué)生建立起閉合電路歐姆定律的理論體系。

二、《閉合電路的歐姆定律》的教學(xué)建議

筆者認(rèn)為，在本節(jié)教學(xué)中，既不能拋棄教材的體系結(jié)構(gòu)，也不能缺少實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程。因而，本節(jié)課的教學(xué)應(yīng)該是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的理論分析教學(xué)，可以將實(shí)驗(yàn)探究與理論分析結(jié)合起來(lái)。下面說(shuō)說(shuō)對(duì)本節(jié)課的教學(xué)建議。

1.巧用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生認(rèn)知沖突

學(xué)生學(xué)習(xí)《閉合電路的歐姆定律》時(shí)，遇到的第一個(gè)難題是對(duì)內(nèi)電路和外電路概念不理解，教材上沒(méi)有過(guò)多的分析，實(shí)驗(yàn)探究更不可能突出這兩個(gè)概念。因而，在教學(xué)之初可以利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，使學(xué)生體會(huì)到內(nèi)、外電路的不同。實(shí)驗(yàn)過(guò)程為：教師展示兩節(jié)新電池和兩節(jié)舊電池，分別用新電池和舊電池與兩個(gè)相同的小燈泡連接成為完整電路。學(xué)生立刻可以觀(guān)察到接在新電池上的小燈泡比較亮，而接在舊電池上的小燈泡比較暗。此時(shí)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)，大部分學(xué)生猜測(cè)可能是舊電池的電動(dòng)勢(shì)比較小引起的。教師斷開(kāi)電路用電壓表分別直接接在新、舊電池的兩端，學(xué)生發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)差距并不是很大，不足以引起小燈泡亮度有如此大的不同。然后，學(xué)生從另外一個(gè)角度猜測(cè)舊電池中的電阻比較大。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)電源內(nèi)部同樣存在電阻，電源內(nèi)部電路叫作內(nèi)電路，電源外部電路叫作外電路。這樣建立內(nèi)、外電路的概念非常自然，學(xué)生的認(rèn)識(shí)也比較清晰。

2.根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)，構(gòu)建認(rèn)知過(guò)程

接著可以從能量的角度引導(dǎo)學(xué)生建立閉合電路歐姆定律規(guī)律。教師問(wèn)學(xué)生：“整個(gè)電路中的能量來(lái)源于何處？”學(xué)生回答：“電源?！苯處熣f(shuō)：“電源通過(guò)非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，可以用公式[W=Eq]來(lái)表示。”教師又提問(wèn)：“內(nèi)、外電路消耗的電能如何得到？”學(xué)生回答：“可以根據(jù)焦耳定律求解，內(nèi)電路消耗的電能為[Q內(nèi)=I2rt]，外電路消耗的電能為[Q外=I2Rt]?！苯處熆偨Y(jié)：“根據(jù)能量守恒定律有[EIt=I2Rt+I2rt]，如果兩邊都除以時(shí)間t，得到[EI=I2R+I2r]，這是功率的關(guān)系?！苯又處熆梢詫⒐讲鸪蒣EI=IIR+IIr]形式，學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)[E=IR+Ir]，從而發(fā)現(xiàn)了閉合電路歐姆定律，即內(nèi)外電路的電壓之和等于電源的電動(dòng)勢(shì)。這樣的探究過(guò)程比較符合學(xué)生的認(rèn)知心理，容易讓學(xué)生理解閉合電路歐姆定律。

3.重視科學(xué)思想，體驗(yàn)科學(xué)過(guò)程

在本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中，要重視科學(xué)思想的滲透。物理學(xué)之所以成為一門(mén)學(xué)科，和其獨(dú)特的研究方法和研究思想分不開(kāi)。教師在教學(xué)過(guò)程中，可以強(qiáng)化科學(xué)思想方法的教學(xué)，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究過(guò)程。在閉合電路歐姆定律被推導(dǎo)出來(lái)后，教師可以讓學(xué)生摸一摸連接小燈泡的舊電池和干電池，學(xué)生發(fā)現(xiàn)舊電池的溫度很高，證實(shí)了關(guān)于電源內(nèi)電路的認(rèn)識(shí)。接著教師提出問(wèn)題：“如果外電路的負(fù)載電阻發(fā)生變化，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”教師讓學(xué)生先根據(jù)理論分析，再做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)了外電路的電阻變大，路端電壓也會(huì)變大。如果外電路的電阻無(wú)窮大（即開(kāi)路），路端電壓將等于電動(dòng)勢(shì)。這里論證了在《電動(dòng)勢(shì)》中所學(xué)的“外電路不接負(fù)載電阻時(shí)，路端電壓的數(shù)值等于電源的電動(dòng)勢(shì)”的說(shuō)法。這樣處理，學(xué)生可以順利地探究，減少了不必要的過(guò)程。物理學(xué)研究的方法基本遵循著“現(xiàn)象——猜想——驗(yàn)證——推廣”這樣的科學(xué)過(guò)程，可以在本節(jié)教學(xué)內(nèi)容中淋漓盡致地體現(xiàn)出來(lái)。

4.聯(lián)系生產(chǎn)生活，獲得知識(shí)意義

閉合電路歐姆定律是電路的基本定律，在實(shí)際生產(chǎn)和生活中有重要的應(yīng)用?？梢栽谕瓿梢?guī)律探究之后，適時(shí)地進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)和生活的應(yīng)用。教師可以引導(dǎo)學(xué)生解釋教學(xué)開(kāi)始所做的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生立刻能夠認(rèn)識(shí)到舊電池所接的小燈泡比較暗的原因是舊電池內(nèi)阻比較大。舊電池內(nèi)阻大導(dǎo)致加在小燈泡上的電壓比較小。接著教師可以引入“為什么電路兩端不能短接”的話(huà)題，學(xué)生根據(jù)閉合電路歐姆定律進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：電源兩端短接，加在電源內(nèi)阻上的電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)，而電源的內(nèi)阻比較小，有[I短=Er]，則短路電流比較大，電源內(nèi)阻發(fā)熱量比較大，容易燒壞電源。教師可以將電源兩端短接起來(lái)，讓學(xué)生用手摸一摸電源外部，明顯地感覺(jué)到電源在發(fā)熱。

總之，《閉合電路的歐姆定律》的教學(xué)非常重要，教師在教學(xué)中要重視實(shí)驗(yàn)探究和理論分析，讓學(xué)生真正體驗(yàn)物理學(xué)的基本研究方法。

（責(zé)任編輯 易志毅）