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        從一道習(xí)題反思初中物理電壓及歐姆定律的教學(xué)

        2018-04-25 13:06:36彭耀黃致新
        物理教學(xué)探討 2018年3期
        關(guān)鍵詞:歐姆定律電壓教學(xué)

        彭耀 黃致新

        摘 要:歐姆定律是初中物理電學(xué)部分的重要內(nèi)容,掌握歐姆定律對(duì)學(xué)生學(xué)好電學(xué)內(nèi)容具有重要意義。本文從一道習(xí)題出發(fā),反思了電壓及歐姆定律教學(xué)中易出現(xiàn)的兩大問(wèn)題:一是過(guò)分強(qiáng)調(diào)物理規(guī)律的應(yīng)用;二是忽視歐姆定律中電壓和電流的邏輯關(guān)系。文章最后針對(duì)電壓教學(xué)中引入“水壓”的方法提出了建議。

        關(guān)鍵詞:歐姆定律;電壓;教學(xué)

        中圖分類(lèi)號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-6148(2018)3-0065-3

        在最近的中考備考中,出現(xiàn)了一道較為有意思的習(xí)題,題目如下:

        下列關(guān)于電流、電壓、電阻的關(guān)系,說(shuō)法正確的是( )

        A.在電壓一定時(shí),導(dǎo)體的電阻跟通過(guò)它的電流成反比

        B.在電阻一定時(shí),導(dǎo)體兩端的電壓跟通過(guò)導(dǎo)體的電流成正比

        C.在電流一定時(shí),導(dǎo)體兩端的電壓跟導(dǎo)體的電阻成正比

        D.通過(guò)導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比

        通過(guò)分析及與學(xué)生交流,并且與我校部分物理教師交談,總結(jié)出如下問(wèn)題:

        1 過(guò)分強(qiáng)調(diào)物理定律公式的應(yīng)用,忽視對(duì)物理定律的理解

        經(jīng)數(shù)據(jù)分析,選擇A選項(xiàng)的學(xué)生并非都是我們認(rèn)為的學(xué)習(xí)成績(jī)較差的學(xué)生,經(jīng)過(guò)與這些學(xué)生交談得知,他們是根據(jù)歐姆定律的公式:I=U/R變形得到R=U/I,然后根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)判斷,當(dāng)電壓一定時(shí),電阻與電流成反比。

        我們都知道,電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),只與其本身的材料、長(zhǎng)度、橫截面積、溫度等因素有關(guān),與電路兩端的電壓以及電流是無(wú)關(guān)的。那為什么有一些成績(jī)不錯(cuò)的學(xué)生還會(huì)犯這個(gè)“低級(jí)的”錯(cuò)誤呢?

        1.1 “應(yīng)試”思維下犯下的錯(cuò)誤

        在教學(xué)過(guò)程中,教師過(guò)分強(qiáng)調(diào)對(duì)于物理公式的運(yùn)用,而忽視了物理定律公式的理解和內(nèi)涵的挖掘,從而造成本末倒置,將物理教成了數(shù)學(xué)。

        1.2 沒(méi)有前后聯(lián)系幫助學(xué)生深刻理解歐姆定律

        人教版教參中在歐姆定律的教學(xué)完成后,專(zhuān)門(mén)提出了對(duì)歐姆定律需要注意的點(diǎn):I=U/R變形得到R=U/I和U=IR 僅僅是歐姆定律的變形,不一定能反映某種條件下物理量成正比或反比的關(guān)系。

        電阻的大小與其兩端電壓和流過(guò)電阻的電流大小無(wú)關(guān)。但是在新課教學(xué)中,我們沒(méi)有將這部分內(nèi)容與前面學(xué)過(guò)的電阻、電壓的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái),系統(tǒng)地梳理知識(shí)結(jié)構(gòu),從而造成學(xué)生對(duì)歐姆定律理解不夠透徹。

        2 教學(xué)中忽視歐姆定律中電壓和電流的邏輯關(guān)系

        選擇B、C選項(xiàng)的學(xué)生特別多,經(jīng)調(diào)查,學(xué)生對(duì)電路中電壓和電流的因果關(guān)系沒(méi)有搞明白,在電學(xué)的開(kāi)篇,電路一節(jié)中就對(duì)電壓做出定義:電壓是電路中形成電流的原因。但是,課本沒(méi)有對(duì)這句話(huà)進(jìn)行深入地解析,人教版新教材教參也指出:學(xué)生容易把干電池“儲(chǔ)備的量”理解為“電壓”,這個(gè)量的多少?zèng)Q定著能給燈泡多少電流,這既來(lái)源于生活中的經(jīng)驗(yàn)——“新電池供電燈泡亮,電池越多燈泡越亮”,也來(lái)源于教材中“電源是提供電能的裝置”。同時(shí),學(xué)生也容易將電能和電流劃上等號(hào),即干電池“儲(chǔ)備的量”理解為電流的概念。從而很容易得到電流大那么電壓就大的結(jié)論。

        這樣一來(lái)就混淆了電路中電壓和電流的邏輯關(guān)系,也讓學(xué)生對(duì)電路中電流的形成原因沒(méi)有深刻的認(rèn)識(shí)。

        要理清歐姆定律電壓和電流的邏輯關(guān)系,就必須加強(qiáng)電壓的教學(xué)。對(duì)于電壓的教學(xué),當(dāng)前較為流行的教法,一是引入水壓的概念進(jìn)行類(lèi)比,二是通過(guò)學(xué)生對(duì)生活的感知直接引入電壓的概念。對(duì)以上兩種教法,反思如下:

        2.1 關(guān)于電壓教學(xué)的反思

        關(guān)于電壓的教學(xué),雖然人教版新教材沒(méi)有提到用水壓類(lèi)比電壓的教學(xué),但是在日常的教學(xué)中,大部分老師還是采用該辦法。究其原因,有如下幾點(diǎn):一是規(guī)避高中需要學(xué)習(xí)的電勢(shì)概念,便于學(xué)生理解;二是水壓這個(gè)概念學(xué)生在生活中接觸較多,較為容易接受。

        2.1.1 關(guān)于水壓類(lèi)比電壓教學(xué)的反思

        下面兩幅圖是用水壓類(lèi)比電壓教學(xué)的課件,接下來(lái)具體分析一下這兩種教學(xué)輔助方法在教學(xué)中的注意事項(xiàng)。

        在圖1中可以觀察到水管的粗細(xì)會(huì)影響水流的大小。結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)可知,如果管道越細(xì),其對(duì)水流的阻礙作用越明顯,這樣學(xué)生可以形象地理解電阻對(duì)電流的影響。同時(shí)老師要指出,無(wú)論兩個(gè)水龍頭的水流大小如何變化,管道的粗細(xì)均不會(huì)變化,即管道對(duì)水流的阻礙作用不會(huì)發(fā)生變化,從而深刻理解電阻是導(dǎo)體本身的性質(zhì),與電壓和電流的大小是無(wú)關(guān)的。

        圖2中,教師經(jīng)常把水流比作電荷,學(xué)生能快速地理解水能夠流動(dòng)的原因是左右兩邊液面有高度差,遷移生活中的經(jīng)驗(yàn),他們就會(huì)把圖2中的水杯比作電源,水杯中的水比作電流,這樣就會(huì)在他們的大腦中形成電源是提供電流的裝置,顯然這樣的理解是不對(duì)的。

        教師要讓學(xué)生理解抽水機(jī)的作用才相當(dāng)于電源的作用,其不斷地將正電荷從電源負(fù)極運(yùn)到電源的正極,從而在電源的正負(fù)兩極形成電壓,進(jìn)而形成電流。如果電池越多,電池越新,其運(yùn)送電荷的能力就越強(qiáng)。而管道中的水相當(dāng)于導(dǎo)線(xiàn)中的自由電荷,如果管道中沒(méi)有水,即使有了抽水機(jī)也不會(huì)形成水流,即將絕緣體連接在電源兩端,不會(huì)形成電流。

        2.1.2 關(guān)于人教版教材建議通過(guò)生活中的實(shí)例幫助學(xué)生感知電壓的存在及作用的教學(xué)反思

        按照人教版新教參的建議,引入電壓概念時(shí),通過(guò)展示生活中的實(shí)例:用幾節(jié)電池串聯(lián)起來(lái)給燈泡供電,如果串聯(lián)的電池越多,燈泡就會(huì)越亮。通過(guò)該實(shí)例學(xué)生容易得到:電路中電流的強(qiáng)弱與電源有關(guān),電源就是給用電器提供電流的裝置,這個(gè)錯(cuò)誤的理解不利于學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)。

        該方法沒(méi)有對(duì)形成電流的微觀機(jī)制作出解釋?zhuān)?lián)的電池越多,電流越大,會(huì)讓學(xué)生理解為電池越多,提供的電能越大,電流就越大。同時(shí),結(jié)合新舊電池的效果,學(xué)生容易混淆了電能和電壓的概念,當(dāng)然也弄不明白電壓和電流的關(guān)系。

        那么,如何幫助學(xué)生從電能過(guò)渡到電壓呢?這需要進(jìn)一步探討并設(shè)計(jì)合理的教學(xué)情景。

        3 關(guān)于歐姆定律教學(xué)的反思的總結(jié)

        歐姆定律的教學(xué)是基于兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn):探究電流和電阻的關(guān)系及探究電流和電壓的關(guān)系。教師在教學(xué)過(guò)程中往往直接進(jìn)行學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),卻忽視了學(xué)生心底的疑問(wèn):為什么是探究電流和電壓、電阻的關(guān)系而不是其他?因而在實(shí)驗(yàn)前教師需要引導(dǎo)學(xué)生思考電流、電壓、電阻三者之間的關(guān)系,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)要讓電路中形成電流,其兩端必須要有電壓。電流是隨電壓和電阻的變化而變化的[3]。

        同時(shí),在歐姆定律學(xué)習(xí)完后,除了對(duì)歐姆定律的同一性、同時(shí)性作出解釋?zhuān)槍?duì)歐姆定律還需要補(bǔ)充:

        ①歐姆定律只是電路中電壓、電流、電阻三者遵從的關(guān)系,是計(jì)算公式,并非其定義式。

        ②在一段電路中,電阻是一定的,其大小與電壓和電流的大小無(wú)關(guān)。

        ③在電路中,電流形成的原因是電壓推動(dòng)電子的定向移動(dòng)。因而,在一段電路中,電壓決定了電流的大小,電壓是因,電流是果。

        綜上所述,歐姆定律教學(xué)在初高中的電學(xué)教學(xué)中都是難點(diǎn),如何幫助學(xué)生掌握電流、電壓的概念,理解電路中電流形成的原因,從而掌握歐姆定律是值得探討的。

        同時(shí),在初中教材中對(duì)電壓概念的深入探討,造成了學(xué)生對(duì)歐姆定律的理解存在盲點(diǎn)。因而,教學(xué)目標(biāo)對(duì)初高中生對(duì)歐姆定律的理解程度應(yīng)該也有較為清晰的區(qū)分,或在初中一步到位,解決掉學(xué)生對(duì)電壓的理解問(wèn)題,避免初中歐姆定律的教學(xué)成為學(xué)生高中物理學(xué)習(xí)時(shí)錯(cuò)誤的前概念。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]李龍星.用水壓類(lèi)比電壓的演示實(shí)驗(yàn)[J].天津教育,1992(4):46.

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