科學(xué)探究下的《歐姆定律》課堂

邵韜 楊巧及

摘 要：本文以人教版物理選修3-1《歐姆定律》為例，以科學(xué)探究素養(yǎng)水平的發(fā)展為目標(biāo)，優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容，談?wù)劵诤诵乃仞B(yǎng)的培養(yǎng)而設(shè)計的物理課堂的優(yōu)勢所在.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);科學(xué)探究;素養(yǎng)水平發(fā)展;教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2022）24-0050-03

收稿日期：2022-05-25

作者簡介：邵韜（1993-），男，浙江省寧波人，本科，中學(xué)二級教師，從事中學(xué)物理教學(xué)研究.

1 課堂教學(xué)該立足于“知識陳述”還是“素養(yǎng)發(fā)展”

學(xué)生在初中已經(jīng)利用限流電路通過實驗得出歐姆定律，若在高中課堂以“電阻”、“歐姆定律”等知識為線索展開課堂教學(xué)，很容易陷入教學(xué)內(nèi)容重復(fù)、課堂內(nèi)容枯燥、新課變習(xí)題課的境地.物理學(xué)家勞厄說過：“重要的不是獲取知識，而是發(fā)展思維能力.教育無非是一切已學(xué)過的東西都遺忘掉的時候所剩下的東西.”《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》要求將以知識學(xué)習(xí)為目標(biāo)的教學(xué)體系轉(zhuǎn)變到以物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)體系上來，教師應(yīng)基于核心素養(yǎng)確定教學(xué)的目標(biāo)和內(nèi)容.《歐姆定律》可利用實驗豐富的天然優(yōu)勢，著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng).

2 指向科學(xué)探究素養(yǎng)水平發(fā)展的課堂環(huán)節(jié)設(shè)計

《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)探究素養(yǎng)分為問題、證據(jù)、解釋、交流四個維度，并劃分5個水平（L1、L2、L3、L4、L5）.據(jù)此本堂課設(shè)計四個教學(xué)環(huán)節(jié)（P1、P2、P3、P4），逐級發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)水平.）如圖1.

3 課堂各環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容和實施方案

環(huán)節(jié)一：溫度報警器中的“聰明”的導(dǎo)體

【實驗準(zhǔn)備】從高溫報警器拆解下來的電路板（如圖1），接通電源后，調(diào)節(jié)報警溫度30℃

【探究過程】引入溫度報警器實驗，作為本堂課的線索

學(xué)生體驗：一名學(xué)生手觸如圖2紅色導(dǎo)體（熱敏電阻），電子屏顯示溫度上升，直至觸發(fā)蜂鳴器報警.導(dǎo)體好似能“感受”到溫度的升高，猜想導(dǎo)體內(nèi)部電流發(fā)生變化！

【問題驅(qū)動】通過上述活動，學(xué)生提出需要探究的核心問題：流經(jīng)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓有什么關(guān)系？

環(huán)節(jié)二：探究金屬導(dǎo)體的電壓與電流關(guān)系

【實驗準(zhǔn)備】導(dǎo)體1（5Ω）、導(dǎo)體2（10Ω）、滑動變阻器（50Ω）、電壓表、電流表、蓄電池3節(jié)、開關(guān)、導(dǎo)線若干

【探究過程】教師通過問題引導(dǎo)，帶領(lǐng)學(xué)生完成課堂演示實驗

探究1：實驗電路的選擇

教師提問：能否再添加一根導(dǎo)線，將限流式電路如圖4“變”為分壓式電路如圖5？

學(xué)生觀察：比較電路圖，發(fā)現(xiàn)滑動變阻器在限流電路中“一上一下”的連線特點和在分壓電路中“一上兩下”的連線特點，一名學(xué)生上講臺連接導(dǎo)線.

教師提問：限流式電路和分壓式電路的電壓變化范圍哪個大？

學(xué)生體驗：學(xué)生移動滑片，觀察電壓變化特點，選定分壓式電路作為實驗電路.

探究2：實驗數(shù)據(jù)的采集

教師講解：電表讀數(shù)規(guī)則.

學(xué)生觀察：教師逐次閉合開關(guān)并移動滑片，學(xué)生讀數(shù)并記錄6組數(shù)據(jù)，如圖6（a）.

探究3：實驗數(shù)據(jù)的處理與分析

教師提問：利用Excel繪制U-I圖像，如圖6（b），你能從圖像上獲取什么信息？

圖6

學(xué)生活動：觀察圖像，小組討論交流，學(xué)生代表陳述討論結(jié)果：

結(jié)論1：導(dǎo)體的U-I圖像是一條過原點的直線.金屬導(dǎo)體是線性元件！

結(jié)論2：對于同一導(dǎo)體，電壓與電流比值一定;對于不同導(dǎo)體，電壓與電流的比值不同.這個由導(dǎo)體本身所決定的常數(shù)就是電阻！

結(jié)論3：對于同一導(dǎo)體，電壓大的導(dǎo)體流經(jīng)的電流大;對于不同導(dǎo)體，相同電壓下，電阻大的導(dǎo)體流經(jīng)的電流小.這個規(guī)律就是歐姆定律！

【問題驅(qū)動】學(xué)生發(fā)現(xiàn)定值電阻并不能解釋溫度報警器的工作原理，提出問題：是否所有導(dǎo)體都遵循電阻不變的規(guī)律？

環(huán)節(jié)三：測繪小燈泡的伏安特性曲線

【實驗準(zhǔn)備】小燈泡（2.5V、0.3A）、滑動變阻器

（20Ω）、電壓表、電流表、蓄電池2節(jié)、開關(guān)、導(dǎo)線若干

【探究過程】兩名學(xué)生一組，在教師巡視指導(dǎo)下，完成課堂實驗

任務(wù)1：設(shè)計實驗電路圖并完成實物連線

任務(wù)2：使用電表讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù)

任務(wù)3：描繪伏安特性曲線

任務(wù)4：根據(jù)所繪的圖像，發(fā)現(xiàn)特點，得出結(jié)論，并解釋原因

【實驗報告】

實驗名稱：描繪小燈泡的伏安特性曲線

班級 學(xué)號 姓名

電路設(shè)計（如圖7）及實物連接（如圖8）：要求電壓能從零開始測量、連接電路后，閉合開關(guān)前把滑動變阻器調(diào)到分壓為零處

數(shù)據(jù)采集：在電壓為0.50V附近多測幾組數(shù)據(jù)

伏安特性曲線：用一條光滑曲線擬合各點（圖9）

實驗結(jié)論：

【問題驅(qū)動】投影展示并點評學(xué)生所繪曲線，教師告訴學(xué)生燈絲電阻隨溫度升高而增大，溫度報警器的導(dǎo)體是熱敏電阻，電阻隨溫度的升高而減小.這些非線性元件在電子技術(shù)領(lǐng)域有很重要的應(yīng)用，各小組課后展開探究二級管并撰寫實驗報告！

環(huán)節(jié)四：探究晶體二極管的工作特性

【實驗準(zhǔn)備】晶體二極管（導(dǎo)通電壓約0.7V）、滑動變阻器（20Ω）、電壓表、電流表、電流傳感器、電壓傳感器、DIS數(shù)字信息系統(tǒng)、計算機、蓄電池、開關(guān)、導(dǎo)線等

【探究過程】兩名學(xué)生一組，制訂實驗方案，選擇電學(xué)儀器并完成實驗

【實驗報告】

實驗名稱：

班級 學(xué)號 姓名

一、實驗?zāi)康模?/p>

二、實驗儀器：

三、電路設(shè)計：

四、實驗內(nèi)容及步驟：

五、數(shù)據(jù)記錄表格：

六、數(shù)據(jù)處理（用坐標(biāo)紙或計算機打?。?/p>

七、實驗結(jié)論：

八、反思與建議：

4 基于核心素養(yǎng)理論去設(shè)計的物理教學(xué)的優(yōu)勢所在

本堂課中的溫度報警器作為線索，不斷驅(qū)動著學(xué)生提出新的問題，引發(fā)實驗探究活動.在探究過程中，學(xué)生經(jīng)歷獨立思考、合作學(xué)習(xí)、實驗操作、陳述總結(jié)等多樣化的學(xué)習(xí)體驗，認(rèn)識電阻、線性元件和非線性元件、伏安特性曲線等物理觀念，掌握歐姆定律、分壓式電路等物理規(guī)律，逐步發(fā)展了科學(xué)探究素養(yǎng).因此，基于核心素養(yǎng)理論去設(shè)計的物理教學(xué)，通過問題引發(fā)探究，經(jīng)歷體驗內(nèi)化認(rèn)知，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，也符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，促使核心素養(yǎng)的培育在物理課堂中落地生根！

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳楠.科學(xué)論證取向的高中物理歐姆定律教學(xué)研究[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020，49（12）：52.

[2] 張建國.運動DIS探究“導(dǎo)體的伏安特性”教學(xué)設(shè)計[J].中學(xué)物理教學(xué)探討，2015（6）：73-78.

[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2018：79-80.

[責(zé)任編輯：李 璟]