《閉合電路的歐姆定律》兩種教法分析與建議

張艷

[摘 要]人教版高中物理選修3-1中《閉合電路的歐姆定律》一節(jié)有兩種常見的教學方法，這兩種教學方法都有一些不足。文章分析了這兩種教學方法，并對《閉合電路的歐姆定律》的教學提出了四點建議，以便教師在教學中綜合運用實驗探究和理論分析開展教學，以提高教學實效。

[關鍵詞]閉合電路；歐姆定律；教學方法；教學建議

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）20-0048-02

《閉合電路的歐姆定律》是人教版高中物理選修3-1《恒定電流》中的第7節(jié)。通過這一節(jié)的學習能夠讓學生真正理解完整電路中的電學規(guī)律。這一節(jié)既可以看成是《恒定電流》一章的理論總結，又可以看成是后續(xù)相關章節(jié)（比如電磁感應、交變電流等）的基礎鋪墊，具有承上啟下的重要作用?！堕]合電路的歐姆定律》一節(jié)教學對學生的高中物理學習有很大的影響，因此，高中物理教師都非常重視本節(jié)教學，花費了大量的時間和精力進行教學設計。

一、《閉合電路的歐姆定律》教材分析及兩種教法介紹

1.教材分析

在人教版高中物理選修3-1中，《閉合電路的歐姆定律》安排在《電動勢》《串聯(lián)電路和并聯(lián)電路》《焦耳定律》《電阻定律》等節(jié)之后，目的是讓學生在了解了電路的基本連接方式和電能、電功之后，再進行學習。從本節(jié)教材內(nèi)容的設計可以看出，教材中推導閉合電路歐姆定律是從非靜電力做功和靜電力做功的角度出發(fā)，結合能量守恒定律完成。在推導出閉合電路的歐姆定律后，再分析路端電壓與負載的關系，最后運用例題強化規(guī)律的應用。教材這樣安排具有較強的邏輯性和科學性，在理論上是非常嚴密的，但是在教學實踐中存在一些不足。

2.兩種教法

高中物理教師在執(zhí)教《閉合電路的歐姆定律》一課時，常常有兩種教學方法：一種教學方法嚴格地按照教材中的邏輯順序進行，另外一種教學方法是運用實驗對規(guī)律進行探究。

（1）從理論分析到習題應用

大部分教師會采用這種教學方法，即嚴格按照教材的邏輯順序進行，這種教學方法可以稱為“從理論分析到習題應用”。教師首先向?qū)W生介紹內(nèi)、外電路的概念及區(qū)別。在外電路中，靜電力做功，從正極到負極電勢降低；在內(nèi)電路中，非靜電力做功，從負極到正極電勢增加。外電路中的電阻產(chǎn)生的熱量為[Q外=I2Rt]，內(nèi)電路中產(chǎn)生的熱量為[Q內(nèi)=I2rt]。電源中非靜電力做功為[W=Eq=EIt]，根據(jù)能量守恒定律有[EIt=I2Rt+I2rt]，兩邊同除以時間t和電流I，得到閉合電路的歐姆定律[E=IR+Ir]，即[E=U內(nèi)+U外]。推導出規(guī)律后，再進行必要的分析，最后用例題強化。實踐證明，這種教學方法的教學效果并不太好。原因是推導閉合電路歐姆定律的過程具有很強的抽象性，對學生的抽象思維能力要求非常高，而高二學生的抽象思維能力顯然不足，在學習之后，他們僅僅記住了閉合電路歐姆定律的幾個公式，而不能從公式的內(nèi)涵和外延上理解規(guī)律、應用規(guī)律。

（2）從實驗探究到理論形成

有一些注重實驗的教師設計了實驗探究的教學方法，可以稱為“從實驗探究到理論形成”。這些教師在教學時，先設計如圖1所示的實驗，讓學生探究閉合電路歐姆定律，再根據(jù)此實驗探究路端電壓與負載之間的關系。實驗探究教學法可以讓學生真正體會閉合電路歐姆定律的實在性，有利于學生對物理規(guī)律的理解。但是，這種教學方法的弊端也是有的。目前，高中一節(jié)課的時間都是45分鐘，要在45分鐘內(nèi)安排多項實驗探究是不現(xiàn)實的，學生為了做實驗而疲于奔命，對實驗探究過程，根本無法真正體會。而且安排過多的實驗項目，可能會導致學生在理論上分析不足，無法讓學生建立起閉合電路歐姆定律的理論體系。

二、《閉合電路的歐姆定律》的教學建議

筆者認為，在本節(jié)教學中，既不能拋棄教材的體系結構，也不能缺少實驗探究過程。因而，本節(jié)課的教學應該是建立在實驗基礎上的理論分析教學，可以將實驗探究與理論分析結合起來。下面說說對本節(jié)課的教學建議。

1.巧用對比實驗，產(chǎn)生認知沖突

學生學習《閉合電路的歐姆定律》時，遇到的第一個難題是對內(nèi)電路和外電路概念不理解，教材上沒有過多的分析，實驗探究更不可能突出這兩個概念。因而，在教學之初可以利用對比實驗，讓學生產(chǎn)生認知沖突，使學生體會到內(nèi)、外電路的不同。實驗過程為：教師展示兩節(jié)新電池和兩節(jié)舊電池，分別用新電池和舊電池與兩個相同的小燈泡連接成為完整電路。學生立刻可以觀察到接在新電池上的小燈泡比較亮，而接在舊電池上的小燈泡比較暗。此時，學生會產(chǎn)生疑問，大部分學生猜測可能是舊電池的電動勢比較小引起的。教師斷開電路用電壓表分別直接接在新、舊電池的兩端，學生發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)差距并不是很大，不足以引起小燈泡亮度有如此大的不同。然后，學生從另外一個角度猜測舊電池中的電阻比較大。通過對比實驗，讓學生發(fā)現(xiàn)電源內(nèi)部同樣存在電阻，電源內(nèi)部電路叫作內(nèi)電路，電源外部電路叫作外電路。這樣建立內(nèi)、外電路的概念非常自然，學生的認識也比較清晰。

2.根據(jù)學生特點，構建認知過程

接著可以從能量的角度引導學生建立閉合電路歐姆定律規(guī)律。教師問學生：“整個電路中的能量來源于何處？”學生回答：“電源。”教師說：“電源通過非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能，可以用公式[W=Eq]來表示?！苯處熡痔釂枺骸皟?nèi)、外電路消耗的電能如何得到？”學生回答：“可以根據(jù)焦耳定律求解，內(nèi)電路消耗的電能為[Q內(nèi)=I2rt]，外電路消耗的電能為[Q外=I2Rt]?！苯處熆偨Y：“根據(jù)能量守恒定律有[EIt=I2Rt+I2rt]，如果兩邊都除以時間t，得到[EI=I2R+I2r]，這是功率的關系?！苯又?，教師可以將公式拆成[EI=IIR+IIr]形式，學生很快發(fā)現(xiàn)[E=IR+Ir]，從而發(fā)現(xiàn)了閉合電路歐姆定律，即內(nèi)外電路的電壓之和等于電源的電動勢。這樣的探究過程比較符合學生的認知心理，容易讓學生理解閉合電路歐姆定律。

3.重視科學思想，體驗科學過程

在本節(jié)內(nèi)容的教學中，要重視科學思想的滲透。物理學之所以成為一門學科，和其獨特的研究方法和研究思想分不開。教師在教學過程中，可以強化科學思想方法的教學，讓學生體驗科學研究過程。在閉合電路歐姆定律被推導出來后，教師可以讓學生摸一摸連接小燈泡的舊電池和干電池，學生發(fā)現(xiàn)舊電池的溫度很高，證實了關于電源內(nèi)電路的認識。接著教師提出問題：“如果外電路的負載電阻發(fā)生變化，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”教師讓學生先根據(jù)理論分析，再做實驗驗證。學生很快發(fā)現(xiàn)了外電路的電阻變大，路端電壓也會變大。如果外電路的電阻無窮大（即開路），路端電壓將等于電動勢。這里論證了在《電動勢》中所學的“外電路不接負載電阻時，路端電壓的數(shù)值等于電源的電動勢”的說法。這樣處理，學生可以順利地探究，減少了不必要的過程。物理學研究的方法基本遵循著“現(xiàn)象——猜想——驗證——推廣”這樣的科學過程，可以在本節(jié)教學內(nèi)容中淋漓盡致地體現(xiàn)出來。

4.聯(lián)系生產(chǎn)生活，獲得知識意義

閉合電路歐姆定律是電路的基本定律，在實際生產(chǎn)和生活中有重要的應用?？梢栽谕瓿梢?guī)律探究之后，適時地進入實際生產(chǎn)和生活的應用。教師可以引導學生解釋教學開始所做的對比實驗，學生立刻能夠認識到舊電池所接的小燈泡比較暗的原因是舊電池內(nèi)阻比較大。舊電池內(nèi)阻大導致加在小燈泡上的電壓比較小。接著教師可以引入“為什么電路兩端不能短接”的話題，學生根據(jù)閉合電路歐姆定律進行分析發(fā)現(xiàn)：電源兩端短接，加在電源內(nèi)阻上的電壓等于電源的電動勢，而電源的內(nèi)阻比較小，有[I短=Er]，則短路電流比較大，電源內(nèi)阻發(fā)熱量比較大，容易燒壞電源。教師可以將電源兩端短接起來，讓學生用手摸一摸電源外部，明顯地感覺到電源在發(fā)熱。

總之，《閉合電路的歐姆定律》的教學非常重要，教師在教學中要重視實驗探究和理論分析，讓學生真正體驗物理學的基本研究方法。

（責任編輯 易志毅）