在活動(dòng)中踐行探究
——閉合電路歐姆定律教學(xué)紀(jì)實(shí)*

張心悅 康建波 張麗萍

(河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 河北 石家莊 050024)

科學(xué)探究作為核心素養(yǎng)的重要組成部分，在實(shí)際教學(xué)中尤為重要.嘗試以活動(dòng)為主體展開探究式教學(xué)，并穿插提出科學(xué)問題作為引導(dǎo)，在課堂實(shí)際中解決問題從而獲得新知，既能體現(xiàn)課堂實(shí)踐又突出科學(xué)探究，最大化地實(shí)現(xiàn)課堂效果[1].

1 設(shè)計(jì)思路

基于興趣，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境理清相關(guān)概念；基于問題，采取認(rèn)知沖突法激發(fā)問題的產(chǎn)生；基于過程，培養(yǎng)探究思路，感知操作；基于結(jié)論，強(qiáng)化親歷與應(yīng)用，直觀感知理論的獲得[2].為此設(shè)計(jì)了相關(guān)的活動(dòng)，如圖1所示，推進(jìn)科學(xué)探究，驅(qū)動(dòng)課堂進(jìn)程.

2 實(shí)施過程

2.1 以生活素材為載體培植探究興趣

2.1.1 妙用土豆巧激趣

師：我手上有一個(gè)封閉的盒子，伸出兩根金屬片，盒中究竟裝有什么，能起到怎樣的作用，看完演示做出猜測.

師：一個(gè)液晶屏，請大家留意盒子串接進(jìn)去后它的狀態(tài)有什么變化？(演示)同學(xué)們能告訴我盒中是什么嗎？(創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，為學(xué)生主動(dòng)參與創(chuàng)造條件)

生：電源.(學(xué)生通過觀察演示現(xiàn)象喚起對電源的認(rèn)知)

師：(取出盒中物體)

生：居然是土豆上插兩個(gè)金屬片.(學(xué)生驚異居然是土豆這種日常食材，激起好奇心和探究欲)

圖1 設(shè)計(jì)思路與實(shí)驗(yàn)流程

師：這正是電源的一種——土豆電池.在物理中，把由導(dǎo)線將電源與用電器連接所構(gòu)成的電路稱為閉合電路，其中電源外部包括導(dǎo)線、用電器、電鍵在內(nèi)的部分稱為外電路，電源內(nèi)部的電路叫做內(nèi)電路[3].(借助具體生動(dòng)地模型傳授概念性知識，使教學(xué)有理有據(jù))

2.1.2 解剖電池察究竟

師：生活中最常用到的是什么電池？

生：干電池.(知識同化，由土豆電池想到上位概念電池、聯(lián)想到最常見的干電池，遵循思維邏輯)

師：在我手上有兩節(jié)干電池同樣標(biāo)注1.5 V，誰能告訴我1.5 V代表什么？電池都標(biāo)注1.5 V嗎？

生：代表電池兩極間的電勢差.并不相同.(回顧舊知識，為實(shí)現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)重組鋪墊)

師：差別在于電池內(nèi)部構(gòu)造.不如剝開一節(jié)干電池一探究竟.

師：包裹的金屬片作為正極，碳棒作為負(fù)極，糊狀物質(zhì)是電解液，正負(fù)極、電解液共同構(gòu)成電池的3個(gè)組成部分.同樣土豆電池也包含3個(gè)部分，其中土豆的汁液充當(dāng)電解液、銅片作正極、鋅片是負(fù)極.3部分的材質(zhì)不同，電池兩極間的電壓則會(huì)產(chǎn)生差異.

2.2 以打破前概念為手段呈現(xiàn)探究問題

2.2.1 分組測壓引猜想

師：每組有兩個(gè)盒子，其中裝有不同的電池，同學(xué)們用電壓傳感器測量兩盒子電壓大小.

生：(實(shí)際測量)

師：小組代表展示測量結(jié)果.

生： A盒為1.56 V，B盒為1.69 V.

師：不同組測得數(shù)據(jù)有所差異，但B盒高于A盒.如果給一個(gè)額定電壓為1.5 V的小燈泡，分別與這兩節(jié)電池構(gòu)成閉合電路，猜想哪節(jié)電池連接的燈泡會(huì)更亮？(測量結(jié)果將學(xué)生引入“誤區(qū)”，進(jìn)行猜想，利用前概念設(shè)問，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生巨大沖擊，一舉打破固有思維模式，獲取新知識)

生：B盒電池連接的燈泡更亮，因?yàn)锽盒電壓比A盒的大.

2.2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證起沖突

師：請同學(xué)們動(dòng)手連接閉合電路，看看實(shí)驗(yàn)結(jié)果.(指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地完成實(shí)驗(yàn)，確保探究的科學(xué)性，學(xué)生可以通過自主操作體會(huì)成功)

生：(連接電路，探究燈泡亮度差異并記錄)

師：好，將A，B盒放回原位，電路斷開.派代表來分享小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果.(樹立正確的實(shí)驗(yàn)操作意識，安全準(zhǔn)確地進(jìn)行探究)

生：A組亮而B組不亮.(引發(fā)認(rèn)知沖突)

師：哎？與猜想不一致，在排除外電路故障的情況下，是不是反映了閉合電路內(nèi)部某一規(guī)律呢？(出現(xiàn)矛盾、提出問題，借助認(rèn)知沖突引導(dǎo)學(xué)生有目的、有重點(diǎn)地進(jìn)行探究)

2.3 以創(chuàng)新設(shè)計(jì)為途徑明晰探究實(shí)驗(yàn)

2.3.1 小組合作設(shè)方案[4]

師：探究這一規(guī)律需要可具體測量的內(nèi)外電路，干電池不能實(shí)現(xiàn)，因此首先任務(wù)是設(shè)計(jì)出便于測量內(nèi)電路的電池.(設(shè)計(jì)能為探究提供導(dǎo)向的科學(xué)問題，充分發(fā)揮教師在探究過程中的引導(dǎo)者作用，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行探索)

生：(觀察器材)難道用果汁做電解液嗎？(產(chǎn)生疑惑，刺激探究的欲望，真正融入課堂之中)

師：這有待大家來探索.測量外電路電壓是通過極板連接電壓傳感器，那么在內(nèi)電路中也安裝極板是否可行呢？極板中間的金屬片同樣有接線柱，金屬片具有探針功能，在測量中能夠起到什么作用呢，小組合作設(shè)計(jì)電路.(問題引領(lǐng)，合理遷移，增強(qiáng)學(xué)生對探究方法的理解)

2.3.2 果汁創(chuàng)新再實(shí)踐

生：(探究內(nèi)外電路測量的共同之處，小組合作設(shè)計(jì))

師：派代表向大家介紹小組設(shè)計(jì)思路.(通過小組交流相互啟發(fā)，拓展思維的深度與廣度，加強(qiáng)主動(dòng)探究，培養(yǎng)交流與合作的意愿與能力)

生：將果汁倒在器皿中，插入兩極板，嘗試將電壓傳感器先后接在極板接線柱和金屬片接線柱上，兩次讀數(shù)不一致，我們認(rèn)為接金屬片接線柱測量的就是內(nèi)電路電壓.

師：那我們按照思路一起來制作一節(jié)果汁電池，請一位同學(xué)來與我一起完成，(演示操作)將果汁倒入容器中，為什么用果汁，它充當(dāng)哪一部分呢？(師生互助完成儀器的組裝，增強(qiáng)參與感，以眾所周知的材料，營造課堂的真實(shí)性，體現(xiàn)物理探究的生活化)

生：電解液.

師：非常好，在果汁中插入極板，靠近極板的位置還有一片金屬片接有接線柱，其實(shí)它具有探針的作用，可探測內(nèi)電路.

師：內(nèi)電壓究竟有沒有？內(nèi)外電壓之間有怎樣的規(guī)律呢？接下來將時(shí)間交給大家自主探究.

2.4 以親歷實(shí)驗(yàn)為平臺展現(xiàn)探究結(jié)論

2.4.1 動(dòng)手操作歸結(jié)論

師：請代表展示小組操作流程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

生：(解說流程)結(jié)論是內(nèi)外電壓之和基本保持不變.(活動(dòng)探究式教學(xué)倡導(dǎo)民主，建立新型師生關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生主體性發(fā)展[5])

師：外電阻改變時(shí)，內(nèi)外電壓之和為一個(gè)定值，當(dāng)內(nèi)電阻發(fā)生改變時(shí)這個(gè)規(guī)律是否仍然存在呢？我們再來測量一組數(shù)據(jù).(教師演示)大家看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了什么？

生：在內(nèi)阻改變時(shí)，內(nèi)外電壓之和仍然為定值.

師：通過探究發(fā)現(xiàn)，改變內(nèi)外電阻時(shí)，內(nèi)外電壓也會(huì)隨之改變，但內(nèi)外電壓之和保持不變，始終是一個(gè)定值，而這個(gè)定值在物理學(xué)中就稱為電源電動(dòng)勢.(歸納結(jié)論、闡述定義，思路自然流暢)

師：借助歐姆定律推導(dǎo)(推演閉合電路歐姆定律數(shù)學(xué)表達(dá)式)給出定律內(nèi)容.(逐步遞進(jìn)的探究，層層深入挖掘規(guī)律本質(zhì)，讓學(xué)生體驗(yàn)探究的過程)

2.4.2 學(xué)以致用固根基

師：來解決一個(gè)實(shí)際問題，在剛才的探究中A盒亮而B盒不亮，那現(xiàn)在請大家打開盒子，看一看究竟是為什么？

生：兩盒中均為果汁電池，我覺得是因?yàn)锽盒中的電池內(nèi)阻很大，導(dǎo)致電路電流很小，因此無法使燈泡變亮.(將課本知識內(nèi)化為思維，解決實(shí)際問題)

師：非常好，請坐，本質(zhì)就在于B盒內(nèi)阻大，電流很小.因此B盒不亮.

師：好，在這節(jié)課的最后留下一個(gè)課外探究活動(dòng)，利用網(wǎng)絡(luò)了解一些電池的信息以及廢舊電池的回收利用情況，按照圖2所示流程開展探究，成果在組間進(jìn)行展示交流.

圖2 探究流程

3 結(jié)束語

多年的教學(xué)研究和實(shí)踐告訴我們，質(zhì)量上乘的教學(xué)往往是這樣的：

在教材分析時(shí)，應(yīng)聚神于課本的“根本”，做透教材，基于結(jié)構(gòu)探知教材的知識點(diǎn)、知識面和知識體；在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要聚力于教案的“靈魂”，做實(shí)課堂，基于興趣構(gòu)設(shè)知識通向能力的綠色通道；在課堂教學(xué)時(shí)，必聚焦于學(xué)生的“真學(xué)”，做活課堂，基于活動(dòng)開啟探究知識的趣味學(xué)堂.