科學(xué)探究和類比推理協(xié)同運(yùn)用的概念教學(xué)研究

蔣守霞

[摘要]初中電學(xué)概念抽象且在具體應(yīng)用中又需要復(fù)雜的邏輯推理，所以給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了困難。教學(xué)中，可以運(yùn)用科學(xué)探究和類比推理幫助學(xué)生構(gòu)建電學(xué)概念，使抽象的概念和規(guī)律更加可視化，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)探究，類比推理，初中電學(xué)，概念教學(xué)

[中圖分類號(hào)]G633.7[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2020）11-0041-02

初三學(xué)生在電學(xué)學(xué)習(xí)中存在著難以克服的困難，因?yàn)樗麄兠媾R學(xué)習(xí)抽象概念的困難和以概念和規(guī)律應(yīng)用為基礎(chǔ)的邏輯推理帶來的困難。科學(xué)概念的掌握是學(xué)生應(yīng)用電學(xué)知識(shí)解決問題的前提，在教學(xué)中筆者采用科學(xué)探究模式，同時(shí)注意運(yùn)用類比推理方法，幫助學(xué)生建構(gòu)電學(xué)概念，并合理運(yùn)用到電學(xué)練習(xí)中。

[案例一]短路現(xiàn)象

短路是“初識(shí)家用電器和電路”中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，在物理學(xué)中，電流自電源一端未流過負(fù)載而直接流回電源的另一端（電流沒有經(jīng)過用電器而構(gòu)成回路、電流不通過用電器直接接通電源正負(fù)極）叫作短路。發(fā)生短路時(shí)，因電流過大往往引起電源損壞或火災(zāi)。

短路概念的建構(gòu)，通常是學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)短路的危害和作用。在具體教學(xué)中，可用一根導(dǎo)線短路與舊干電池組成回路，讓同伴用手觸摸，感受短路時(shí)電池發(fā)燙發(fā)熱的現(xiàn)象;由于短路電流很大，且會(huì)燒壞電源，在較短時(shí)間內(nèi)學(xué)生沒能直接觀察到，這個(gè)分組實(shí)驗(yàn)可視化效果不夠理想。再次實(shí)驗(yàn)時(shí)，改進(jìn)為用老式學(xué)生電源做，直流電壓調(diào)到20V～24V，用導(dǎo)線快速短接，會(huì)有很強(qiáng)的放電火花，此時(shí)，課堂上學(xué)生一片驚詫聲，教學(xué)效果很好。這個(gè)實(shí)驗(yàn)，還可以改為用9V的方形電池，用家用清潔球直接短接，很快就起火。后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可視化效果好，給學(xué)生留下了深刻的印象，有利于建構(gòu)電源短路的概念。對(duì)短路概念的理解，需要教師引導(dǎo)學(xué)生在串并聯(lián)電路中多次實(shí)驗(yàn)探究，并結(jié)合邏輯推理逐步理解概念的本質(zhì)和外延，下面以例1來闡述。

[例1]小剛和小強(qiáng)做“連接串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”的實(shí)驗(yàn)。

如圖1所示是小強(qiáng)連接的并聯(lián)電路，有一根導(dǎo)線尚未連接，請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線補(bǔ)上。

對(duì)于本題，學(xué)生的常見答案如圖2所示，這是學(xué)生剛學(xué)完串并聯(lián)電路時(shí)常見的錯(cuò)誤。閉合開關(guān)后電源被短路，學(xué)生認(rèn)識(shí)不到，需要教師引導(dǎo)學(xué)生分析錯(cuò)誤的原因，師生一起畫一畫閉合開關(guān)后電流的流向，如圖3.明確電源短路，所有用電器都不工作。正確答案如圖4或圖5。

[例2]如圖6所示，電源電壓保持不變。當(dāng)開關(guān)S從斷開到閉合時(shí)，電路中（）。

A，電流表的示數(shù)變小，電壓表的示數(shù)變小

B，電流表的示數(shù)變小，電壓表的示數(shù)變大

C，電流表的示數(shù)不變，電壓表的示數(shù)變小

D，電流表的示數(shù)不變，電壓表的示數(shù)變大

這道題，學(xué)生錯(cuò)誤率非常高，很多學(xué)生反映看不懂電路圖。講評(píng)時(shí)，筆者先將簡(jiǎn)化電路，去掉開關(guān)S和電壓表（如圖7），引導(dǎo)學(xué)生分析原電路中的四個(gè)元件，電池、電流表、電阻R₁、電阻R₂。筆者在講解的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究：拿出電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材箱，連接好第一個(gè)電路，發(fā)現(xiàn)是通路，電流表有示數(shù);將電壓表并接在電池和R₂的兩端，此時(shí)電壓表測(cè)電流表和及，兩端的電壓，電壓表也有示數(shù)。再探究在電流表和R₁兩端并聯(lián)開關(guān)S，且閉合開關(guān)S的情況下，電流表和電壓表的示數(shù)有變化。簡(jiǎn)單探究后，學(xué)生看到了現(xiàn)象，但對(duì)現(xiàn)象的本質(zhì)知之不多。這時(shí)，需要教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行邏輯推理，讓學(xué)生真正弄懂問題的本質(zhì)。

筆者依然是標(biāo)電流方向，如圖8所示是斷開S時(shí)的電流方向，圖9是閉合S時(shí)的電流方向，標(biāo)好電流方向后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)，使電流表和R₁被短路了，沒有電流通過，所以電流表無示數(shù)，此時(shí)電壓表也無示數(shù)。

通過實(shí)驗(yàn)探究呈現(xiàn)的直觀現(xiàn)象，會(huì)讓學(xué)生的記憶更加深刻，短路概念教學(xué)的策略是引導(dǎo)學(xué)生在抽象思維和具體思維中適時(shí)變換，讓學(xué)生建構(gòu)短路的概念。

[案例二]用“水路”類比“電路”，引入電壓概念

在研究“電壓是形成電流的原因”時(shí)，蘇科版教材是通過“水路”與“電路”的類比進(jìn)行的，如圖10所示。將水泵比作電池，將閥門比作開關(guān)，將水輪機(jī)比作用電器，將水管比作導(dǎo)線，又將水流比作電流。此時(shí)的“水流”是一個(gè)具體的封閉的水循環(huán)系統(tǒng)，而不是學(xué)生憑直覺認(rèn)識(shí)的水流。概念類比教學(xué)在一定程度上有助于學(xué)生形象地建立電壓的概念。

[案例三]電阻

將削鉛筆得到的干木材接人電路后，燈不亮，說明絕緣體對(duì)電流有非常大的阻礙作用，而將鉛筆芯接人電路后，發(fā)現(xiàn)能導(dǎo)電，且改變接人電路的鉛筆芯的長(zhǎng)度，就可以改變燈的亮度，燈的亮度不同說明導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用不同，即電阻不同。在電源電壓不變的情況下，電阻大，則電流小，燈變暗;電阻小，則電流大，燈變亮。電阻的教學(xué)除了要探究電阻的影響因素外，還要讓學(xué)生知道電流是個(gè)因變量，只要電路中電壓或電阻改變，電流就會(huì)改變。在教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)初三學(xué)生準(zhǔn)確理解電阻在電路中的意義和作用，僅僅是記住了電阻的概念，在遇到復(fù)雜的電路問題時(shí)更傾向于用歐姆定律進(jìn)行計(jì)算，卻不能對(duì)簡(jiǎn)單電路的電阻變化給電路帶來的影響進(jìn)行整體的定性分析。

[例2]在如圖11所示的電路中，電源電壓保持不變。閉合開關(guān)S，當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，電流表A的示數(shù)將____，電壓表V₂的示數(shù)將____，電壓表V₁與電流表A示數(shù)的比值將____。（變大/不變/變小）

教學(xué)策略：演示實(shí)驗(yàn)，按電路圖連接，閉合開關(guān)后向左移動(dòng)滑片P，觀察三表的示數(shù)變化，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析為什么出現(xiàn)這種變化，實(shí)驗(yàn)和邏輯推理的過程一并拍成微課，供同學(xué)們隨機(jī)學(xué)習(xí)。

[案例四]電功率

學(xué)習(xí)電功率概念后，約1/3的學(xué)生會(huì)有這樣的認(rèn)識(shí)：100w的燈泡一定比25w的燈泡亮。他們認(rèn)為，雖然燈泡的明亮程度是由功率決定的，但當(dāng)額定電壓更高時(shí)，即使它們的額定功率相同，額定電壓高的電燈的電流大，燈泡就會(huì)更亮。從中可以看出，雖然學(xué)生已經(jīng)接受了功率是表示燈泡亮暗程度的物理量，但是在實(shí)際運(yùn)用中，他們不會(huì)直接使用電功率來進(jìn)行判斷，他們更傾向于“電壓越大電流肯定就越大，電流大的電燈就更加明亮”，在他們的腦海中，只有電流才是真正決定電燈亮暗程度的因素。

電學(xué)概念的教學(xué)建議：

（1）在物理教學(xué)中，要讓學(xué)生建立科學(xué)的概念。

教師應(yīng)重視學(xué)生對(duì)概念的理解，在實(shí)際教學(xué)中，要在學(xué)生準(zhǔn)確理解相關(guān)概念含義的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生應(yīng)用相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。

（2）正確看待學(xué)生在抽象概念學(xué)習(xí)過程中的困難，教學(xué)應(yīng)符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。

初中生具有一定的抽象思維和邏輯思維能力，但他們的思維寬度和深度仍然有限。在抽象概念的教學(xué)過程中，應(yīng)多運(yùn)用類比推理思想方法，運(yùn)用已有概念或知識(shí)幫助學(xué)生理解與掌握新概念。

（3）加強(qiáng)實(shí)物演示和分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)，消除學(xué)生由生活經(jīng)驗(yàn)形成的錯(cuò)誤前概念，這樣有利于突破教學(xué)難點(diǎn)。