科學探究和類比推理協(xié)同運用的概念教學研究

蔣守霞

[摘要]初中電學概念抽象且在具體應用中又需要復雜的邏輯推理，所以給學生的學習帶來了困難。教學中，可以運用科學探究和類比推理幫助學生構(gòu)建電學概念，使抽象的概念和規(guī)律更加可視化，降低學生的學習難度。

[關(guān)鍵詞]科學探究，類比推理，初中電學，概念教學

[中圖分類號]G633.7[文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）11-0041-02

初三學生在電學學習中存在著難以克服的困難，因為他們面臨學習抽象概念的困難和以概念和規(guī)律應用為基礎(chǔ)的邏輯推理帶來的困難。科學概念的掌握是學生應用電學知識解決問題的前提，在教學中筆者采用科學探究模式，同時注意運用類比推理方法，幫助學生建構(gòu)電學概念，并合理運用到電學練習中。

[案例一]短路現(xiàn)象

短路是“初識家用電器和電路”中的一個知識點，在物理學中，電流自電源一端未流過負載而直接流回電源的另一端（電流沒有經(jīng)過用電器而構(gòu)成回路、電流不通過用電器直接接通電源正負極）叫作短路。發(fā)生短路時，因電流過大往往引起電源損壞或火災。

短路概念的建構(gòu)，通常是學生通過分組實驗探究認識短路的危害和作用。在具體教學中，可用一根導線短路與舊干電池組成回路，讓同伴用手觸摸，感受短路時電池發(fā)燙發(fā)熱的現(xiàn)象;由于短路電流很大，且會燒壞電源，在較短時間內(nèi)學生沒能直接觀察到，這個分組實驗可視化效果不夠理想。再次實驗時，改進為用老式學生電源做，直流電壓調(diào)到20V～24V，用導線快速短接，會有很強的放電火花，此時，課堂上學生一片驚詫聲，教學效果很好。這個實驗，還可以改為用9V的方形電池，用家用清潔球直接短接，很快就起火。后兩個實驗可視化效果好，給學生留下了深刻的印象，有利于建構(gòu)電源短路的概念。對短路概念的理解，需要教師引導學生在串并聯(lián)電路中多次實驗探究，并結(jié)合邏輯推理逐步理解概念的本質(zhì)和外延，下面以例1來闡述。

[例1]小剛和小強做“連接串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”的實驗。

如圖1所示是小強連接的并聯(lián)電路，有一根導線尚未連接，請用筆畫線代替導線補上。

對于本題，學生的常見答案如圖2所示，這是學生剛學完串并聯(lián)電路時常見的錯誤。閉合開關(guān)后電源被短路，學生認識不到，需要教師引導學生分析錯誤的原因，師生一起畫一畫閉合開關(guān)后電流的流向，如圖3.明確電源短路，所有用電器都不工作。正確答案如圖4或圖5。

[例2]如圖6所示，電源電壓保持不變。當開關(guān)S從斷開到閉合時，電路中（）。

A，電流表的示數(shù)變小，電壓表的示數(shù)變小

B，電流表的示數(shù)變小，電壓表的示數(shù)變大

C，電流表的示數(shù)不變，電壓表的示數(shù)變小

D，電流表的示數(shù)不變，電壓表的示數(shù)變大

這道題，學生錯誤率非常高，很多學生反映看不懂電路圖。講評時，筆者先將簡化電路，去掉開關(guān)S和電壓表（如圖7），引導學生分析原電路中的四個元件，電池、電流表、電阻R₁、電阻R₂。筆者在講解的同時，引導學生進行實驗探究：拿出電學實驗器材箱，連接好第一個電路，發(fā)現(xiàn)是通路，電流表有示數(shù);將電壓表并接在電池和R₂的兩端，此時電壓表測電流表和及，兩端的電壓，電壓表也有示數(shù)。再探究在電流表和R₁兩端并聯(lián)開關(guān)S，且閉合開關(guān)S的情況下，電流表和電壓表的示數(shù)有變化。簡單探究后，學生看到了現(xiàn)象，但對現(xiàn)象的本質(zhì)知之不多。這時，需要教師引導學生進行邏輯推理，讓學生真正弄懂問題的本質(zhì)。

筆者依然是標電流方向，如圖8所示是斷開S時的電流方向，圖9是閉合S時的電流方向，標好電流方向后，學生發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)，使電流表和R₁被短路了，沒有電流通過，所以電流表無示數(shù)，此時電壓表也無示數(shù)。

通過實驗探究呈現(xiàn)的直觀現(xiàn)象，會讓學生的記憶更加深刻，短路概念教學的策略是引導學生在抽象思維和具體思維中適時變換，讓學生建構(gòu)短路的概念。

[案例二]用“水路”類比“電路”，引入電壓概念

在研究“電壓是形成電流的原因”時，蘇科版教材是通過“水路”與“電路”的類比進行的，如圖10所示。將水泵比作電池，將閥門比作開關(guān)，將水輪機比作用電器，將水管比作導線，又將水流比作電流。此時的“水流”是一個具體的封閉的水循環(huán)系統(tǒng)，而不是學生憑直覺認識的水流。概念類比教學在一定程度上有助于學生形象地建立電壓的概念。

[案例三]電阻

將削鉛筆得到的干木材接人電路后，燈不亮，說明絕緣體對電流有非常大的阻礙作用，而將鉛筆芯接人電路后，發(fā)現(xiàn)能導電，且改變接人電路的鉛筆芯的長度，就可以改變燈的亮度，燈的亮度不同說明導體對電流的阻礙作用不同，即電阻不同。在電源電壓不變的情況下，電阻大，則電流小，燈變暗;電阻小，則電流大，燈變亮。電阻的教學除了要探究電阻的影響因素外，還要讓學生知道電流是個因變量，只要電路中電壓或電阻改變，電流就會改變。在教學中，筆者發(fā)現(xiàn)初三學生準確理解電阻在電路中的意義和作用，僅僅是記住了電阻的概念，在遇到復雜的電路問題時更傾向于用歐姆定律進行計算，卻不能對簡單電路的電阻變化給電路帶來的影響進行整體的定性分析。

[例2]在如圖11所示的電路中，電源電壓保持不變。閉合開關(guān)S，當滑片P向左移動時，電流表A的示數(shù)將____，電壓表V₂的示數(shù)將____，電壓表V₁與電流表A示數(shù)的比值將____。（變大/不變/變小）

教學策略：演示實驗，按電路圖連接，閉合開關(guān)后向左移動滑片P，觀察三表的示數(shù)變化，同時引導學生分析為什么出現(xiàn)這種變化，實驗和邏輯推理的過程一并拍成微課，供同學們隨機學習。

[案例四]電功率

學習電功率概念后，約1/3的學生會有這樣的認識：100w的燈泡一定比25w的燈泡亮。他們認為，雖然燈泡的明亮程度是由功率決定的，但當額定電壓更高時，即使它們的額定功率相同，額定電壓高的電燈的電流大，燈泡就會更亮。從中可以看出，雖然學生已經(jīng)接受了功率是表示燈泡亮暗程度的物理量，但是在實際運用中，他們不會直接使用電功率來進行判斷，他們更傾向于“電壓越大電流肯定就越大，電流大的電燈就更加明亮”，在他們的腦海中，只有電流才是真正決定電燈亮暗程度的因素。

電學概念的教學建議：

（1）在物理教學中，要讓學生建立科學的概念。

教師應重視學生對概念的理解，在實際教學中，要在學生準確理解相關(guān)概念含義的基礎(chǔ)上，讓學生應用相關(guān)公式進行計算。

（2）正確看待學生在抽象概念學習過程中的困難，教學應符合學生的認知特點。

初中生具有一定的抽象思維和邏輯思維能力，但他們的思維寬度和深度仍然有限。在抽象概念的教學過程中，應多運用類比推理思想方法，運用已有概念或知識幫助學生理解與掌握新概念。

（3）加強實物演示和分組實驗教學，消除學生由生活經(jīng)驗形成的錯誤前概念，這樣有利于突破教學難點。