基于電子表格的初中物理“歐姆定律”內(nèi)容優(yōu)化及教學(xué)建議

李昱靜 錢長炎 周勝林

摘?要：“歐姆定律”是初中物理課程的重要內(nèi)容之一，長期以來備受物理教育研究者和廣大教師的關(guān)注，然而就如何將現(xiàn)代信息技術(shù)融入該內(nèi)容及其教學(xué)過程，尚未見有過較深入的探討.本文將電子表格與初中物理“歐姆定律”及相關(guān)內(nèi)容有機(jī)融合，改進(jìn)科學(xué)探究過程，以期提高教學(xué)質(zhì)量.

關(guān)鍵詞：初中物理;電子表格;科學(xué)探究;“歐姆定律”

文章編號：1008-4134（2020）02-0061?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：李昱靜（1996-），女，山東博興人，碩士研究生，研究方向：中學(xué)物理教學(xué);

錢長炎（1964-），男，安徽樅陽人，博士，教授，研究方向：中學(xué)物理課程與教學(xué);

周勝林（1995-），男，安徽樅陽人，碩士研究生，研究方向：中學(xué)物理教學(xué).

在初中物理課程中“歐姆定律”處于電學(xué)部分的獨特位置，具有承上啟下的作用.根據(jù)初中學(xué)生學(xué)習(xí)的心理特點，在教科書內(nèi)容的選擇、編排和教學(xué)中融入現(xiàn)代信息技術(shù)更有助于學(xué)生學(xué)好“歐姆定律”.

隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)代信息技術(shù)也呈現(xiàn)快速更新的特點，本文對普及性較強(qiáng)的電子表格在該部分知識的教科書內(nèi)容及教學(xué)實施中的應(yīng)用作較為深入的探討，以期為該內(nèi)容的教學(xué)提供一些有益的借鑒.

1?初中物理“歐姆定律”內(nèi)容的主要特點及教學(xué)要求

為了深入探討電子表格在初中物理“歐姆定律”及相關(guān)內(nèi)容的優(yōu)化和教學(xué)中的應(yīng)用，有必要對該內(nèi)容的主要特點及教學(xué)要求加以概括說明.

在我國現(xiàn)行初中物理課程中，“歐姆定律”是“電磁能”主題的重要組成部分.該定律揭示電路中電流、電壓和電阻三者之間的關(guān)系，既是學(xué)生已學(xué)電學(xué)知識的綜合和深化，又是后續(xù)相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和前提.同時，該內(nèi)容既包含定性描述與定量研究，又綜合理論分析與實驗探究，更凸顯其既是初中物理教學(xué)的重點，又是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點.

對于“歐姆定律”，物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生達(dá)到“理解”的水平[1].課標(biāo)解讀對此作了進(jìn)一步說明，指出必須通過實驗探究引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)各物理量之間的關(guān)系，掌握科學(xué)探究方法，歸納科學(xué)規(guī)律[2].這些要求不僅對教科書內(nèi)容的選擇與編排作了明確規(guī)定，而且為教學(xué)實施過程的組織和安排提出了建議.此外，有關(guān)研究表明，學(xué)生在實驗時不明確實驗數(shù)據(jù)的描繪方式，不理解“圖像法”引入的意義，在繪制圖像時更不知道該如何確定橫縱坐標(biāo)的物理量[3].

因此，在初中物理“歐姆定律”及相關(guān)內(nèi)容的教科書編排與教學(xué)實施中必須尋求合適的現(xiàn)代信息技術(shù)手段來進(jìn)行優(yōu)化，而電子表格恰可擔(dān)此重任.

2?運用電子表格優(yōu)化初中物理“歐姆定律”及相關(guān)教學(xué)內(nèi)容

電子表格因其具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理功能，所以廣泛應(yīng)用于教學(xué)等領(lǐng)域.對于“歐姆定律”及其相關(guān)內(nèi)容而言，在教科書編排時，可以利用電子表格對實驗數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果進(jìn)行直觀展示，使教科書插圖的編排更加優(yōu)化.在教學(xué)過程中，電子表格能將實驗探究過程以動態(tài)的形式呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、理解物理規(guī)律.因此，根據(jù)“歐姆定律”內(nèi)容的主要特點，運用電子表格對教科書中的數(shù)據(jù)記錄表、數(shù)據(jù)圖像等內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化.

實驗數(shù)據(jù)的記錄是探究各物理量之間關(guān)系的基礎(chǔ)，但在進(jìn)行探究實驗，尤其是“探究電流與電阻的關(guān)系”實驗時，學(xué)生往往忽略保持電阻兩端的電壓不變，因此建議在數(shù)據(jù)記錄表格中添加“電壓”一欄并加深顏色以示提醒，如圖1所示.同理，在“探究電流與電壓的關(guān)系”時數(shù)據(jù)記錄表也應(yīng)依此處理.運用電子表格對數(shù)據(jù)記錄表進(jìn)行呈現(xiàn)，不需要重新設(shè)置實驗編號，以豎排的形式進(jìn)行記錄，又為教科書節(jié)省大量的空間.

“圖像法”的運用既能培養(yǎng)學(xué)生選擇合適的方式表達(dá)數(shù)據(jù)間關(guān)系的能力，又能將實驗結(jié)果直觀地展示出來.但在繪制圖像時對于橫縱坐標(biāo)的確定方式并沒有明確的規(guī)定，代表性教科書則直接給定圖像，要求學(xué)生描點劃線，如圖2（a）所示[4].我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)遵循“橫坐標(biāo)為自變量，縱坐標(biāo)為因變量”的數(shù)學(xué)原則，在“探究電流與電壓的關(guān)系”實驗中，首先對U-I圖進(jìn)行繪制，同時為了使結(jié)果更具說服力，再引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計I-U圖，如圖2（b）、（c）所示.由于電子表格自帶網(wǎng)格且本身就具有圖像繪制的功能，作為插圖運用于教科書中，與數(shù)據(jù)記錄表和實驗數(shù)據(jù)結(jié)果圖相承接，使編排具有一致性，并且以可視的方式對內(nèi)容進(jìn)行推進(jìn).

各版本教科書在課標(biāo)的要求下，大都以先進(jìn)行實驗探究后推導(dǎo)“歐姆定律”的順序進(jìn)行設(shè)計，有的教科書基于難點分散的考慮選擇將實驗探究與規(guī)律總結(jié)及應(yīng)用分為兩節(jié)進(jìn)行編排.但在對物理規(guī)律進(jìn)行推導(dǎo)時都缺乏必要的實驗材料支撐，因此建議插入適當(dāng)?shù)膶嶒灁?shù)據(jù)結(jié)果圖對內(nèi)容進(jìn)行過渡，如圖3所示.這樣不僅可以幫助學(xué)生回憶實驗探究內(nèi)容，而且可以根據(jù)圖表順理成章地推導(dǎo)出物理規(guī)律.

電子表格的數(shù)據(jù)記錄與圖像繪制功能與該部分內(nèi)容巧妙契合，用其進(jìn)行教科書插圖的繪制簡單明了，既可與科學(xué)探究相融合，又符合教科書插圖刺激回憶、采取多重方式呈現(xiàn)的原則[5].

3?電子表格在初中物理“歐姆定律”教學(xué)主要環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

教科書在編排初中物理“歐姆定律”及相關(guān)內(nèi)容時恰當(dāng)使用電子表格可使內(nèi)容在呈現(xiàn)方式上得到優(yōu)化.同時由于電子表格具有圖線擬合仿真模擬物理規(guī)律的功能，將其運用于教學(xué)實施的主要環(huán)節(jié)中更能幫助學(xué)生構(gòu)建科學(xué)規(guī)律，提高教學(xué)質(zhì)量[6].

首先，回憶探究實驗，進(jìn)行新課引入.“歐姆定律”內(nèi)容與公式的推導(dǎo)離不開探究實驗的支撐，因此在構(gòu)建物理規(guī)律之前，有必要帶領(lǐng)學(xué)生回憶探究實驗的主要內(nèi)容.如圖4所示，運用電子表格展示探究實驗中的實驗電路圖與部分實驗數(shù)據(jù)記錄表，在實驗電路圖中通過插入滾動條的方式來表示滑動變阻器的可調(diào)節(jié)性. 通過圖表帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)探究實驗的原理、過程及實驗數(shù)據(jù)記錄的方式，為“歐姆定律”的推演作鋪墊.

其次，展示實驗結(jié)果，構(gòu)建物理規(guī)律.在結(jié)束對探究實驗的復(fù)習(xí)后，利用電子表格的圖線擬合功能，對電流、電壓與電阻之間的線性關(guān)系進(jìn)行展示，如圖5所示.通過分析圖像不難發(fā)現(xiàn)“I∝U”與 “I∝1R”的比例關(guān)系，更可以直接得到“歐姆定律”的數(shù)學(xué)表達(dá)式.進(jìn)行圖像展示，既能直觀展現(xiàn)各物理量之間的關(guān)系，建立物理規(guī)律，又能促使學(xué)生理解引入“圖像法”的意義.

由于電子表格具有一個文件同時建立多個工作表的功能，因此在開展以上兩步教學(xué)環(huán)節(jié)時，物理知識是以動態(tài)的、可視的形式連貫展出的，如此一來學(xué)生的思維過程是連續(xù)的、不間斷的，對于抽象邏輯思維還未完全建立的初中學(xué)生來說，這樣的教學(xué)方式更有助于學(xué)生理解并掌握物理規(guī)律.

最后，呈現(xiàn)測評試題，進(jìn)行教學(xué)評價.鑒于“歐姆定律”的重要性，在教學(xué)結(jié)束后有必要對知識進(jìn)行及時的復(fù)習(xí)與鞏固，測評試題如圖6所示.在對知識進(jìn)行復(fù)習(xí)時運用電子表格進(jìn)行問題的展示不受時間地點的限制，測評形式多樣，真正做到實時測評.

將電子表格融入物理規(guī)律教學(xué)，既為科學(xué)探究開拓了新的手段，又能激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究情感，不僅幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識的同時培養(yǎng)信息技術(shù)素養(yǎng)，而且充分體現(xiàn)科學(xué)探究既是教學(xué)內(nèi)容又是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要方式.

綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)運用電子表格既能在很大程度上改善初中物理“歐姆定律”及相關(guān)內(nèi)容教科書中插圖的選擇，進(jìn)一步利用其提高物理教學(xué)水平，又能在學(xué)生的日常學(xué)習(xí)中潛移默化地滲透信息技術(shù)素養(yǎng).在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，聚焦最前沿的技術(shù)手段改善物理教學(xué)的同時，還應(yīng)重視普及性廣泛的信息技術(shù)手段的教學(xué)改進(jìn)功能，它們更容易使教學(xué)改進(jìn)的成果得到大范圍的推廣與利用.

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（收稿日期：2019-10-15）