張秋紅 王 云

(保定市第十七中學(xué) 河北 保定 071000)

1 教材分析

歐姆定律在教材中編排在學(xué)生學(xué)習(xí)了電流、電壓、電阻等概念，及電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器使用方法之后，它既符合學(xué)生由易到難，由簡(jiǎn)到繁的認(rèn)識(shí)規(guī)律，又保持了知識(shí)的結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)性.歐姆定律是電學(xué)中最基本的定律，是分析解決電路問(wèn)題的金鑰匙，是本章的教學(xué)重點(diǎn)，也是初中物理電學(xué)中重點(diǎn)內(nèi)容之一.通過(guò)“歐姆定律”的學(xué)習(xí)，主要使學(xué)生掌握同一電路中電學(xué)3個(gè)基本量之間的關(guān)系，初步掌握運(yùn)用歐姆定律解決簡(jiǎn)單電學(xué)問(wèn)題的思路和方法，了解運(yùn)用“控制變量法”研究多個(gè)變量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方法，同時(shí)也為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)打下基礎(chǔ).

2 設(shè)計(jì)目的

通過(guò)探究“電流的大小與電阻的關(guān)系”和“電流的大小與電壓的關(guān)系”促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的提升，得出并理解歐姆定律；在探究過(guò)程中進(jìn)一步熟悉電壓表、電流表的使用方法；在探究過(guò)程中熟悉并理解滑動(dòng)變阻器對(duì)電路的控制作用.

3 實(shí)驗(yàn)器材

每小組器材：干電池3節(jié),電流表(0～3 A,0～0.6 A)和電壓表(0～3 V,0～15 V)各一塊,滑動(dòng)變阻器(20 Ω,1 A)一個(gè),開(kāi)關(guān)一個(gè),定值電阻(5 Ω,10 Ω,15 Ω各一個(gè)),導(dǎo)線若干.

4 課堂主要活動(dòng)的設(shè)計(jì)及分析

在課堂上進(jìn)行歐姆定律的學(xué)習(xí)時(shí)，基本上都是先完成“電阻一定，電流與電壓關(guān)系”，再完成“電壓一定，電流與電阻關(guān)系”，然后兩實(shí)驗(yàn)結(jié)合得出歐姆定律，在這樣教學(xué)的過(guò)程中，滑動(dòng)變阻器的引入顯得較為晦澀.針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)本節(jié)課將兩個(gè)探究環(huán)節(jié)倒置，主要教學(xué)環(huán)節(jié)及活動(dòng)如下.

環(huán)節(jié)一：探究電流的大小與電阻的關(guān)系

活動(dòng)1：設(shè)計(jì)電路

活動(dòng)內(nèi)容：讓學(xué)生根據(jù)“電壓一定，探究電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)電路圖，不少學(xué)生設(shè)計(jì)出如圖1所示的實(shí)驗(yàn)電路圖：把不同阻值的電阻分別直接接在同一電源上.

圖1 學(xué)生設(shè)計(jì)的電路圖

分析：因?yàn)槌踔袑W(xué)生認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中電源的電壓是不變的，所以不少學(xué)生認(rèn)為不必使用電壓表，但也有一小部分學(xué)生會(huì)提議應(yīng)該使用電壓表(比如他們會(huì)考慮到干電池出廠時(shí)是否每節(jié)電壓準(zhǔn)確為1.5 V、電池已使用時(shí)間的長(zhǎng)短可能會(huì)影響電壓值大小等因素).以此為契機(jī)，為了記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，教師可以讓學(xué)生在電路圖1的基礎(chǔ)上先在定值電阻R兩端加上電壓表、連接實(shí)物圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)去試一試，可以順利引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象知道當(dāng)換了不同阻值的電阻后，電阻兩端的電壓是變化的，從而引出學(xué)生需要完善自己的電路設(shè)計(jì)圖1.實(shí)際上兩個(gè)環(huán)節(jié)倒置設(shè)計(jì)的好處還有：當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——即使是用同一電源它所提供的電壓也會(huì)發(fā)生變化(電池內(nèi)阻的影響)，除了產(chǎn)生疑問(wèn)之外，為了完成探究活動(dòng)學(xué)生們會(huì)自動(dòng)地去搜索原來(lái)學(xué)的知識(shí)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

活動(dòng)2：改進(jìn)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)

活動(dòng)內(nèi)容：在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，學(xué)生完善自己的電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù).因?yàn)樾枰刂贫ㄖ惦娮鑳啥说碾妷罕３植蛔?，而在?shí)驗(yàn)中同一電源的電壓也會(huì)發(fā)生變化，如何保證定值電阻兩端的電壓不變呢？在教學(xué)安排上，學(xué)生們剛剛學(xué)過(guò)滑動(dòng)變阻器，所以學(xué)生會(huì)容易想到給定值電阻串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器，還需要加上電壓表觀察定值電阻兩端的電壓.于是完善畫出如圖2所示的實(shí)驗(yàn)電路圖.

圖2 完善后的實(shí)驗(yàn)電路圖

分析：學(xué)生在遇到如上所述的問(wèn)題后自然就會(huì)想到了使用滑動(dòng)變阻器可以起到調(diào)節(jié)電壓的作用，于是把實(shí)驗(yàn)電路改進(jìn)之后就變成了這個(gè)實(shí)驗(yàn)電路：有一個(gè)滑動(dòng)變阻器的電路.這樣的話學(xué)生們很容易就理解滑動(dòng)變器在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的作用：控制定值電阻兩端的電壓保持不變.所以先設(shè)計(jì)探究電流與電阻的關(guān)系，不僅使滑動(dòng)變阻器的引入變得順暢自然，還使學(xué)生理解滑動(dòng)變阻器在電路中的重要作用變得特別容易.

本課堂設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格如表1所示.

表1 數(shù)據(jù)記錄表

分析：探究電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，需要更換不同阻值的電阻、保持電壓不變，那么這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持多少伏電壓不變呢？1 V,2 V還是3 V？表格中是空白的，沒(méi)有給學(xué)生提出具體要求，學(xué)生們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候可能會(huì)想到設(shè)定這個(gè)電壓控制在1 V，但是一做實(shí)驗(yàn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)：更換不同阻值電阻以后，會(huì)遇到無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的劃片，電壓表的示數(shù)也有調(diào)不到1 V的情況.學(xué)生們就會(huì)發(fā)現(xiàn)他們的設(shè)定存在問(wèn)題，然后進(jìn)一步改進(jìn)——那能不能把這個(gè)電壓設(shè)置到2.5 V或者2 V.這樣充分發(fā)揮學(xué)生的自主能力——讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)中遇到問(wèn)題及時(shí)想辦法來(lái)解決問(wèn)題.并且學(xué)生也會(huì)在此產(chǎn)生疑問(wèn)：為什么總是不能調(diào)到1 V呢？對(duì)學(xué)完歐姆定律后解決滑動(dòng)變阻器阻值不夠大的問(wèn)題起到了一個(gè)很好的鋪墊作用.

活動(dòng)3：分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論

活動(dòng)內(nèi)容：可以直接從表格中分析，也可以畫圖像分析.

分析：學(xué)生在分析數(shù)據(jù)的過(guò)程中不僅獲取了知識(shí)，還發(fā)展了思維能力.在課堂上同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生生成智慧、形成數(shù)據(jù)分析的觀念.

環(huán)節(jié)二：探究電流的大小與電壓的關(guān)系

活動(dòng)4：設(shè)計(jì)電路

活動(dòng)內(nèi)容：讓學(xué)生根據(jù)“電阻一定，探究電流與電壓的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)電路圖.

分析：探究電流與電壓關(guān)系的時(shí)候遇到的問(wèn)題是：怎么去改變這個(gè)定值電阻兩端的電壓？由于剛完成環(huán)節(jié)一，運(yùn)用并體會(huì)到了滑動(dòng)變阻器的作用，學(xué)生們就自然而然地想到還是可以使用滑動(dòng)變阻器.這樣在進(jìn)行本環(huán)節(jié)時(shí)，實(shí)驗(yàn)的電路和剛才的實(shí)驗(yàn)電路是完全一樣的，那么學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)就可以還用剛才的電路，不用再重新連接電路.

活動(dòng)5：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)

活動(dòng)內(nèi)容：按照原有電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(也可更換定值電阻后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn))并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)記錄表設(shè)計(jì)如表2所示.

表2 數(shù)據(jù)記錄表

分析：探究電流與電壓的關(guān)系需要控制電阻不變?nèi)缓笕フ{(diào)節(jié)電壓，有了前面的探究經(jīng)驗(yàn)，不少學(xué)生就會(huì)想到：在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制電壓都讓它是整數(shù)，這樣方便記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)——這又是發(fā)揮學(xué)生們主觀能動(dòng)性的機(jī)會(huì).至于選多大的電阻——5 Ω,10 Ω還是15 Ω，沒(méi)告訴學(xué)生，讓他們自己去選，選了電阻以后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候可能又會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——達(dá)不到剛才預(yù)定的那個(gè)電壓值，于是再去更換電阻，如此不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程強(qiáng)化了學(xué)生們的意識(shí)——遇到了困難要想辦法解決，意識(shí)不斷被強(qiáng)化就會(huì)形成習(xí)慣.所以表格處留白的設(shè)計(jì)妙處在于：發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，提升解決問(wèn)題的能力.

活動(dòng)6：分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論

活動(dòng)內(nèi)容：學(xué)生可以直接從表格中分析，也可以畫圖像分析.

分析：沒(méi)有給各小組限定使用的電阻，不同的小組使用的電阻不總是相同的，讓學(xué)生在不相同的案例中總結(jié)出共性.可以把不同小組的不同定值電阻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)放在同一個(gè)電壓-電流圖像中，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到不同的定值電阻有不同的圖線，這樣利用圖像分析數(shù)據(jù)的過(guò)程就會(huì)比上一環(huán)節(jié)更有邏輯性，學(xué)生分析起來(lái)會(huì)感覺(jué)更有意思.

環(huán)節(jié)三：歸納交流，總結(jié)提升

活動(dòng)7：歸納交流，總結(jié)提升

活動(dòng)內(nèi)容：引導(dǎo)學(xué)生將兩個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論結(jié)合起來(lái)，歸納總結(jié).環(huán)節(jié)一得到的結(jié)論是：電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比；環(huán)節(jié)二得到的結(jié)論是：電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比.兩個(gè)結(jié)合就是：通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比，與導(dǎo)體電阻成反比.也就是歐姆定律.

分析：不僅可以把結(jié)論歸納總結(jié)，也可以比對(duì)分析滑動(dòng)變阻器在兩個(gè)環(huán)節(jié)中的作用，在環(huán)節(jié)一中，滑動(dòng)變阻器的作用是控制定值電阻兩端電壓不變，在環(huán)節(jié)二中滑動(dòng)變阻器的作用是調(diào)節(jié)改變定值電阻兩端電壓.經(jīng)過(guò)歸納交流，學(xué)生對(duì)歐姆定律的理解會(huì)更深刻，也較容易理解滑動(dòng)變阻器在實(shí)驗(yàn)中的作用.

5 總結(jié)

教學(xué)案例設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)地方：倒置和留白.

關(guān)于倒置:活動(dòng)設(shè)計(jì)顛倒了原教學(xué)順序.歐姆定律這個(gè)實(shí)驗(yàn)之所以在這里先設(shè)計(jì)的是探究電流與電阻的關(guān)系，再探究電流與電壓的關(guān)系，最主要的目的是便于引入滑動(dòng)變阻器.因?yàn)槿绻茸鲭娏髋c電壓關(guān)系探究實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，學(xué)生一開(kāi)始是不會(huì)想到使用滑動(dòng)變阻器的.而這個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)中先探究電流與電阻的關(guān)系，學(xué)生會(huì)設(shè)計(jì)電路圖1，教師讓學(xué)生先做這個(gè)實(shí)驗(yàn)(定值電阻直接接在電源上)，學(xué)生們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的過(guò)程中就會(huì)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)改變了定值電阻的阻值之后，電壓表的示數(shù)確實(shí)是發(fā)生了變化.顯然這個(gè)變化是由于電池內(nèi)阻的影響，在初中階段雖然不講電源的內(nèi)阻，但是做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候是必不可少的會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題的，所以在這種情況下就順理成章地引入滑動(dòng)變阻器.而倒置之后我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)于學(xué)生理解滑動(dòng)變阻器的作用也極為有利.

關(guān)于留白：本節(jié)課的兩個(gè)環(huán)節(jié)中電壓的選擇、電阻阻值的選取均采取了留有空白的設(shè)計(jì)，一次又一次地給學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會(huì)解決問(wèn)題.把課堂還給學(xué)生，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生在探究的過(guò)程中會(huì)感覺(jué)自己是課程學(xué)習(xí)的主人，使體驗(yàn)探究過(guò)程變得生動(dòng)有趣.

綜上，學(xué)生在探究中不停地觀察和思考，提升了思維能力和解決問(wèn)題的能力，促進(jìn)了核心素養(yǎng)的培養(yǎng).