葉鳴揚(yáng)

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹人學(xué)校 江蘇 南京 210011)

1 賽課背景

2021年南京市初中物理青年教師教學(xué)基本功比賽的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，出于當(dāng)時全市防疫的需要，以無生模擬上課的形式進(jìn)行．A組選手的課題為“電阻”，取自蘇科版初中物理教材九年級上冊第14章“歐姆定律”第1節(jié)．模擬上課時間為15 min，內(nèi)容僅限于“電阻概念的建立”(對應(yīng)教材第86頁)．作為參賽選手，自抽簽之日起，有兩天準(zhǔn)備時間．

1.1 研讀教材 明確突破重點(diǎn)

無論準(zhǔn)備賽課還是公開課，首要任務(wù)是研讀教材，明確教學(xué)任務(wù)與重難點(diǎn)．本節(jié)課的任務(wù)是建立電阻的概念，不包含“探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素”及其后續(xù)內(nèi)容．電阻概念非常的抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理前的生活經(jīng)驗(yàn)中，不太可能自發(fā)地形成“電阻”或與之相近的概念．教材通過活動“嘗試改變電路中電流的大小”引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體對電流存在阻礙作用．

1.2 梳理思路 追求實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

《國家基礎(chǔ)教育課程改革指導(dǎo)綱要(試行)》(以下簡稱“《綱要》”)提出教師應(yīng)該“用教材教”而非“教教材”．提倡教師應(yīng)當(dāng)依據(jù)課標(biāo)創(chuàng)造性地運(yùn)用教材．作為市級賽課，專家組亦格外期望看到教師們的精彩創(chuàng)新．為踐行《綱要》理念，凸顯科學(xué)思維，筆者重新梳理教學(xué)思路，通過自制教具，加入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用類比法逐步建立概念，降低理解難度．此外，在教學(xué)片段的結(jié)尾處，自然地銜接下一教學(xué)環(huán)節(jié)——探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素．

2 自制教具

2.1 器材準(zhǔn)備

鐵架臺(含鐵夾)，長頸漏斗，彈簧夾，橡膠管(約5 cm)，量筒2只，一瓶水(滴入少許紅墨水)，醫(yī)用一次性輸液器，記號筆，秒表，橡皮泥，鉛筆芯．

醫(yī)用一次性輸液器由①輸液軟管、②流速調(diào)節(jié)器、③瓶塞穿刺器以及注射針、針頭護(hù)帽、滴壺等部分組成．其中構(gòu)件①、②、③如圖1所示．

圖1 器材準(zhǔn)備

2.2 器材組裝

(1)自瓶塞穿刺器一端起，剪取10～15 cm的輸液軟管.

(2)取下輸液器中的流速調(diào)節(jié)器，穿入步驟(1)中的輸液軟管．為避免實(shí)驗(yàn)過程中流速調(diào)節(jié)器發(fā)生滑動，穿入前可在軟管上取1 cm長的區(qū)間涂抹膠水，以便固定流速調(diào)節(jié)器.

(3)用彈簧夾夾住橡皮管.

(4)用橡皮管的一端連接長頸漏斗底部，另一端連接瓶塞穿刺器，如圖2所示.

圖2 器材的組裝

(5)將圖2裝置固定在鐵架臺上，調(diào)整鐵夾高度，使輸液軟管末端對準(zhǔn)量筒，如圖3所示．

圖3 全套教具展示

2.3 課前準(zhǔn)備

打開彈簧夾，向長頸漏斗中倒入染紅的水(以下簡稱“藥液”)．當(dāng)看到輸液軟管末端有“藥液”開始流出后，關(guān)閉彈簧夾．在長頸漏斗液面處做標(biāo)記．此時標(biāo)記處到輸液軟管末端均充滿了“藥液”．

3 教學(xué)過程

3.1 生活情境引入 展示自制教具

輸液是一種常見的醫(yī)療手段，大多數(shù)學(xué)生都有過輸液的經(jīng)歷．教師從輸液情境引入課題，引出自制教具．

師：人們在輸液時，偶爾會因?yàn)樗幰毫魉偬蠖械窖苌踔列呐K有所不適，這時我們要請護(hù)士幫忙．同學(xué)們留意過護(hù)士來了之后會怎樣操作嗎？

生：會調(diào)節(jié)輸液管上的一個“小滾輪”．

師(同步投影出圖4①)：是的，它的學(xué)名叫做流速調(diào)節(jié)器．輸液軟管從梯形凹槽中穿過，“小滾輪”以梯形的一個側(cè)邊為軌道，可左右調(diào)節(jié)．接下來，我們就以這套裝置(圖3)來模擬“藥液”的流動情況．

圖4 流速調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)

3.2 改變軟管粗細(xì) 量化水流差異

(1)首先將“小滾輪”移至長底邊緣(最右端)，結(jié)合投影圖說明輸液軟管恰好沒有受壓變形．將量筒放置于輸液軟管末端的下方后，打開彈簧夾，讓“藥液”開始流入量筒，計時10 s．10 s后關(guān)閉彈簧夾．先向?qū)W生展示，長頸漏斗中的“藥液”并未流盡，然后請學(xué)生讀取量筒中“藥液”的體積，讀數(shù)為33 mL，如圖5左量筒．

(2)借鑒2.3的方法，重新裝填裝置中的“藥液”．當(dāng)“藥液”再次到達(dá)標(biāo)記處時，關(guān)閉彈簧夾．此操作是為了做到控制變量，即前后兩次實(shí)驗(yàn)，是在水壓相同的情況下，通過調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)器對水流的阻礙，來改變水流大?。?/p>

圖5 兩次實(shí)驗(yàn)對比

(4)對比現(xiàn)象，解釋原因.

師：為什么第二次流入量筒中的“藥液”少于第一次？

生：“小滾輪”向中間調(diào)節(jié)后，內(nèi)部的輸液軟管受到了來自“小滾輪”一定程度的擠壓，橫截面積變小了．

師：也就是說，改變位置后的“小滾輪”對軟管中的水流產(chǎn)生了怎樣的作用？

生：阻礙的作用．

3.3 借助水電類比 引入電阻概念

師：流速調(diào)節(jié)器可以對水流產(chǎn)生阻礙的作用．電路中的導(dǎo)體，是否也會對電流產(chǎn)生阻礙的作用呢？

(1)連接圖6所示的電路．閉合開關(guān)后，小燈泡發(fā)光，電流表示數(shù)為I1.

圖6 電學(xué)演示裝置的電路圖

(2)斷開開關(guān)，添加一根導(dǎo)線，將一塊橡皮泥串聯(lián)在電路中．閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，電流表示數(shù)為I2，I2

師：請猜想，是什么原因造成了I2

生：新串入的橡皮泥對電流產(chǎn)生了阻礙的作用．

至此可以通過類比，建立電阻的概念．在輸液軟管上加一個流速調(diào)節(jié)器可以對水流起到阻礙作用；在電路中加一塊橡皮泥也可以對電流產(chǎn)生阻礙作用．可見，橡皮泥這種導(dǎo)體在導(dǎo)電的同時，也會對電流產(chǎn)生一定的阻礙作用．在物理學(xué)中，我們用“電阻”這一概念來表示導(dǎo)體對電流的阻礙作用．

3.4 改變導(dǎo)體再探 銜接猜想假設(shè)

師：剛剛我們通過“小滾輪”將輸液軟管壓扁后，發(fā)現(xiàn)水流變小了；我們有什么辦法能夠讓電路中的電流變得更小呢？

學(xué)生有了類比意識后，不難想到：可以將橡皮泥捏扁．也有學(xué)生提出：可以換一種導(dǎo)體．

(1)斷開開關(guān)，將橡皮泥捏扁捏長．閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)I3

(2)斷開開關(guān)，將橡皮泥換成鉛筆芯(更細(xì)更長)．閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)I4

師：我們發(fā)現(xiàn)，變細(xì)變長的橡皮泥對電流的阻礙作用強(qiáng)于原來的橡皮泥，整段鉛筆芯對電流的阻礙作用又強(qiáng)于細(xì)長形的橡皮泥．這說明不同導(dǎo)體對電流的阻礙作用有所不同．有了電阻的概念后，我們就可以將“導(dǎo)體對電流的阻礙作用大”簡潔地表述為“導(dǎo)體的電阻大”了．

師：根據(jù)以上現(xiàn)象，請你提出合理猜測，電阻的大小可能與哪些因素有關(guān)？

通過本環(huán)節(jié)的設(shè)計，讓學(xué)生觀察到不同的導(dǎo)體對電流的阻礙作用有所不同，更加深刻地理解“電阻”的含義，同時也為學(xué)生的下一步探究猜測提供直觀素材．在本環(huán)節(jié)的演示過程中，導(dǎo)體同時被改變了多個變量，設(shè)計目的在于引導(dǎo)學(xué)生通過思考和討論，從復(fù)雜綜合的多變量情形中，提煉出“長度”“橫截面積”“材料”等單變量猜想，并且想到接下來需要運(yùn)用控制變量法進(jìn)一步探究．

最后需要說明的是，由于本次賽課形式為無生模擬上課，所以以上教學(xué)過程中的“學(xué)生發(fā)言”內(nèi)容均為筆者備賽時的預(yù)設(shè)．在真實(shí)的教學(xué)過程中，學(xué)生的思維開闊，答案多樣，超出教師預(yù)期是常有之事，所以還需教師發(fā)揮教學(xué)機(jī)智，及時進(jìn)行引導(dǎo)和補(bǔ)充．

4 總結(jié)

通過自制教具將“水電類比”引入電阻概念的教學(xué)過程中，有以下幾個優(yōu)點(diǎn).

(1)學(xué)生感到親切、熟悉．教材在第13章“電路初探”中，多次通過“水電類比”幫助學(xué)生建立電學(xué)新概念，如電流、電壓．本節(jié)教學(xué)中先談“水路”再論電路的流程，學(xué)生容易接受.

(2)類比法是一種非常有效的學(xué)習(xí)方法．它可以幫助學(xué)習(xí)者從已有的知識與經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，通過相似事物的對比呈現(xiàn)，建立新事物的概念．本節(jié)教學(xué)中，“水路”和電路可以形成類比的相似元素非常多，匹配度較高(表1)．教師做好鋪墊，引導(dǎo)對比學(xué)習(xí)，可助學(xué)生將抽象的問題形象化，把復(fù)雜的事物簡單化．

表1 “水路”與電路的類比

(3)通過類比法，有助于學(xué)生發(fā)散思維，提出合理猜想．本節(jié)教學(xué)中，在觀察到輸液軟管被壓扁導(dǎo)致“藥液”明顯受阻這一現(xiàn)象后，學(xué)生不難提出猜想：導(dǎo)體橫截面積變小，也可能會造成電阻增大，進(jìn)而有利于銜接下一教學(xué)環(huán)節(jié)的開展．