(西南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶 400700)

1 引言

讓學(xué)生認(rèn)識物理概念、形成物理觀念是初中物理教學(xué)的主要目標(biāo)，隨著課程改革的推進，物理概念的教學(xué)還需關(guān)注學(xué)生物理概念的形成過程。在進入課堂之前，學(xué)生在日常生活中已經(jīng)形成了自己對客觀世界的一些理解，而其中部分理解會與科學(xué)概念相沖突,也就是我們常說的“錯誤的前概念”或“相異概念”。對電學(xué)部分的概念，國外學(xué)者Harcharan Pardhan研究發(fā)現(xiàn)：教師和學(xué)生中都有相異概念,有些甚至是相似的。中國學(xué)者的研究也發(fā)現(xiàn)：教師傳授的“真理”并沒有讓學(xué)生放棄原有錯誤概念，并且這些錯誤概念大多來源于生活經(jīng)驗，但有的卻是在授課后形成的，與課程內(nèi)容，尤其是教學(xué)方法有關(guān)。[1]電阻是電學(xué)的核心概念，它影響著學(xué)生對電壓、電流的理解，因此用什么方法進行教學(xué)，讓學(xué)生真正掌握電阻概念，值得深思。

2 初中電阻概念教學(xué)方法分析

作為電學(xué)部分核心知識的電阻，對學(xué)生而言，常見但又陌生，對它的理解是不清晰的，為此教師會運用不同方法教學(xué)。筆者通過文獻研究，發(fā)現(xiàn)近年來物理教師和研究者在電阻概念教學(xué)中主要使用比值定義類比、水流類比、多重類比、實驗對比法等方法。

2.1 比值定義類比

對比概念間的比值定義是進行新的比值概念教學(xué)的有效途徑，有教師從前面所學(xué)的密度出發(fā)來講電阻概念，認(rèn)為這符合學(xué)生認(rèn)知的規(guī)律，于是就得出：密度是物質(zhì)的本身屬性，與物質(zhì)的質(zhì)量和體積無關(guān)，同樣地，電阻也是導(dǎo)體的性質(zhì)，與導(dǎo)體兩端的電壓、流過的電流無關(guān)。但密度是物質(zhì)的本質(zhì)屬性，而導(dǎo)體電阻卻與長度、橫截面積有關(guān)。有一個顯而易見的反例：若將物體切一半時物體的密度并不會改變，但若將導(dǎo)體切一半時它的電阻顯然會改變。這樣的類比反而會讓學(xué)生產(chǎn)生困惑，所以這種比值定義類比的教學(xué)方法需根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容斟酌使用，并不是“萬能的”。

2.2 水流類比

圖1

水流類比的教學(xué)過程如下：先給學(xué)生展示通過漏斗倒水的直觀實驗(如圖1)，最終發(fā)現(xiàn)兩燒杯中的水量是不同的。就得到水管一方面的作用是導(dǎo)水流，那么其反作用就是阻水流，即兩燒杯的水量不同是因為兩水管對水流阻礙程度不同。再類比水流來引導(dǎo)學(xué)生得到導(dǎo)體的正面作用是導(dǎo)電流，反面作用是阻電流，但導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的性質(zhì)，與外加電壓和通過導(dǎo)體的電流無關(guān)，這樣來建立電阻的概念。[2]這種方法雖然對學(xué)生理解電阻的阻礙作用有益，但卻會對電流概念的建立造成很大的阻礙，如鄭淵方通過研究發(fā)現(xiàn)：水流類比法使得很多學(xué)生認(rèn)為電流是從電源出發(fā)的電荷，像水流一樣定向移動而到達用電器。[3]朱喜香也發(fā)現(xiàn)：用水流類比并沒有培養(yǎng)學(xué)生正確的類比思維能力。[4]

2.3 多重類比

我國臺灣學(xué)者邱美虹、林靜雯提出用多重類比來進行教學(xué)，[5]他們設(shè)計了水管模型、障礙賽道模型、水車模型進行三重類比。并通過無類比對照組、單一類比組、相似類比組和互補類比組的實驗，發(fā)現(xiàn)無論采用哪種類比教學(xué)，學(xué)生都有電流被消耗的觀點。雖然三種類比都傳達給學(xué)生電阻的阻礙作用的信息，但是學(xué)生可能會根據(jù)教師提供的類比建立新的錯誤認(rèn)知，進而影響其他概念的建立。如認(rèn)為需要換電池是因為電池提供恒定的電流，當(dāng)電路變化后,電池最終會用盡，即電流被消耗。這是因為他們沒有意識到類比模型和電學(xué)概念的本質(zhì)區(qū)別。物理教學(xué)中為方便教學(xué)，利于學(xué)生理解，往往使用類比模型，但并不是任何模型都符合物理教學(xué)情景和學(xué)生認(rèn)知。

2.4 實驗對比

2.4.1 定性實驗

物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中直觀的實驗現(xiàn)象比其他任何教學(xué)手段的教學(xué)效果更好。如圖2所示，分別在A、B兩端接銅、鐵導(dǎo)體，觀察燈泡亮度及電流表示數(shù)的變化來認(rèn)識電阻。電路中接入不同的導(dǎo)體后電流表的讀數(shù)不同，這樣能讓學(xué)生認(rèn)識到導(dǎo)體對電流有阻礙作用，不同的電學(xué)元件的阻礙作用不同，進而認(rèn)識導(dǎo)體電阻的存在，這也是教材中常使用的。這種實驗對比的方法是以實驗為基礎(chǔ)來認(rèn)識物理概念，能調(diào)動學(xué)生的積極性，又滲透了物理學(xué)研究方法，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。但這樣的教學(xué)過程也容易讓學(xué)生形成“導(dǎo)體中有電流經(jīng)過才有電阻、沒有電流經(jīng)過就沒有電阻”的錯誤認(rèn)知，所以還需要進行后續(xù)的其他教學(xué)。

圖2

2.4.2 定量實驗

物理學(xué)的研究不能止步于定性的分析，定量的研究能得到更為精確的物理規(guī)律及概念間的聯(lián)系。讓學(xué)生觀察導(dǎo)體中的電流和電壓的變化，獲得定性的認(rèn)識后，還必須讓學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行定量分析，形成對電阻更深刻的理解。通過分析多組實驗數(shù)據(jù)可知：當(dāng)電壓恒定時,R與I成反比。但Laurent Liegeois通過研究發(fā)現(xiàn)：此關(guān)系式容易讓學(xué)生認(rèn)為電阻與電壓成正比，或電阻與電流成正比，當(dāng)需要同時考慮電阻、電流和電壓三者之間的關(guān)系時，他們就會覺得非常困難。研究還發(fā)現(xiàn)，用常規(guī)的方法教學(xué)后，很多學(xué)生對這些關(guān)系的理解和教學(xué)前相比并沒有很大的變化。此時必須用實驗證明導(dǎo)體的電阻跟電壓、電流強度無關(guān),而是由導(dǎo)體本身性質(zhì)決定的，所以得到定量的關(guān)系式之后，建議進行探究影響電阻大小因素的實驗教學(xué)。

3 結(jié)語

可以看到以上常用的教學(xué)方法有利有弊，例如，類比的教學(xué)方法不但不能使學(xué)生正確理解電阻概念，甚至?xí)㈠e誤的電流概念，因此，不建議教師在教授電阻概念時使用概念間比值定義、水流類比等教學(xué)方法。而較為直觀的實驗既符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，也能讓學(xué)生學(xué)習(xí)物理研究的科學(xué)方法，所以應(yīng)先用實驗對比法讓學(xué)生定性地認(rèn)識到電阻對電流的阻礙作用，然后再做定量實驗得出關(guān)系式，最后探究影響電阻大小的三個因素，加深學(xué)生對電阻是導(dǎo)體屬性的認(rèn)識，從定性到定量，最后從本質(zhì)上理解電阻，這時就可以給學(xué)生指出：就算沒有電壓、電流，電阻依然存在。還可以通過練習(xí)來強化電阻概念。物理源于生活，物理需讓學(xué)生能走近生活，這也是課標(biāo)的明確要求。所以在得到電阻的概念和關(guān)系式后，應(yīng)向?qū)W生展示生活中常見的電阻及數(shù)值范圍，使學(xué)生認(rèn)識實際生活中的一些電阻及其數(shù)量級，讓電阻概念具體化。