在科學探究中促進核心素養培養
——以歐姆定律教學設計為例

張秋紅 王 云

(保定市第十七中學 河北 保定 071000)

1 教材分析

歐姆定律在教材中編排在學生學習了電流、電壓、電阻等概念，及電壓表、電流表、滑動變阻器使用方法之后，它既符合學生由易到難，由簡到繁的認識規律，又保持了知識的結構性、系統性.歐姆定律是電學中最基本的定律，是分析解決電路問題的金鑰匙，是本章的教學重點，也是初中物理電學中重點內容之一.通過“歐姆定律”的學習，主要使學生掌握同一電路中電學3個基本量之間的關系，初步掌握運用歐姆定律解決簡單電學問題的思路和方法，了解運用“控制變量法”研究多個變量關系的實驗方法，同時也為進一步學習電學知識打下基礎.

2 設計目的

通過探究“電流的大小與電阻的關系”和“電流的大小與電壓的關系”促進學生科學探究能力的提升，得出并理解歐姆定律；在探究過程中進一步熟悉電壓表、電流表的使用方法；在探究過程中熟悉并理解滑動變阻器對電路的控制作用.

3 實驗器材

每小組器材：干電池3節,電流表(0～3 A,0～0.6 A)和電壓表(0～3 V,0～15 V)各一塊,滑動變阻器(20 Ω,1 A)一個,開關一個,定值電阻(5 Ω,10 Ω,15 Ω各一個),導線若干.

4 課堂主要活動的設計及分析

在課堂上進行歐姆定律的學習時，基本上都是先完成“電阻一定，電流與電壓關系”，再完成“電壓一定，電流與電阻關系”，然后兩實驗結合得出歐姆定律，在這樣教學的過程中，滑動變阻器的引入顯得較為晦澀.針對這種情況，設計本節課將兩個探究環節倒置，主要教學環節及活動如下.

環節一：探究電流的大小與電阻的關系

活動1：設計電路

活動內容：讓學生根據“電壓一定，探究電流與電阻的關系”的實驗目的，設計電路圖，不少學生設計出如圖1所示的實驗電路圖：把不同阻值的電阻分別直接接在同一電源上.

圖1 學生設計的電路圖

分析：因為初中學生認為在實驗中電源的電壓是不變的，所以不少學生認為不必使用電壓表，但也有一小部分學生會提議應該使用電壓表(比如他們會考慮到干電池出廠時是否每節電壓準確為1.5 V、電池已使用時間的長短可能會影響電壓值大小等因素).以此為契機，為了記錄數據的準確性，教師可以讓學生在電路圖1的基礎上先在定值電阻R兩端加上電壓表、連接實物圖進行實驗去試一試，可以順利引導學生通過觀察實驗現象知道當換了不同阻值的電阻后，電阻兩端的電壓是變化的，從而引出學生需要完善自己的電路設計圖1.實際上兩個環節倒置設計的好處還有：當學生發現問題——即使是用同一電源它所提供的電壓也會發生變化(電池內阻的影響)，除了產生疑問之外，為了完成探究活動學生們會自動地去搜索原來學的知識來解決這個問題，從而激發了學生的學習興趣.

活動2：改進并進行實驗、記錄數據

活動內容：在教師的引導下發現問題后，學生完善自己的電路設計并進行實驗、記錄數據.因為需要控制定值電阻兩端的電壓保持不變，而在實驗中同一電源的電壓也會發生變化，如何保證定值電阻兩端的電壓不變呢？在教學安排上，學生們剛剛學過滑動變阻器，所以學生會容易想到給定值電阻串聯一個滑動變阻器，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所示的實驗電路圖.

圖2 完善后的實驗電路圖

分析：學生在遇到如上所述的問題后自然就會想到了使用滑動變阻器可以起到調節電壓的作用，于是把實驗電路改進之后就變成了這個實驗電路：有一個滑動變阻器的電路.這樣的話學生們很容易就理解滑動變器在這個實驗中的作用：控制定值電阻兩端的電壓保持不變.所以先設計探究電流與電阻的關系，不僅使滑動變阻器的引入變得順暢自然，還使學生理解滑動變阻器在電路中的重要作用變得特別容易.

本課堂設計數據記錄表格如表1所示.

表1 數據記錄表

分析：探究電流與電阻關系的實驗，需要更換不同阻值的電阻、保持電壓不變，那么這個實驗過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，沒有給學生提出具體要求，學生們在做實驗的時候可能會想到設定這個電壓控制在1 V，但是一做實驗就會發現：更換不同阻值電阻以后，會遇到無論怎樣調節滑動變阻器的劃片，電壓表的示數也有調不到1 V的情況.學生們就會發現他們的設定存在問題，然后進一步改進——那能不能把這個電壓設置到2.5 V或者2 V.這樣充分發揮學生的自主能力——讓他們在學習中遇到問題及時想辦法來解決問題.并且學生也會在此產生疑問：為什么總是不能調到1 V呢？對學完歐姆定律后解決滑動變阻器阻值不夠大的問題起到了一個很好的鋪墊作用.

活動3：分析數據、得出結論

活動內容：可以直接從表格中分析，也可以畫圖像分析.

分析：學生在分析數據的過程中不僅獲取了知識，還發展了思維能力.在課堂上同時培養了學生生成智慧、形成數據分析的觀念.

環節二：探究電流的大小與電壓的關系

活動4：設計電路

活動內容：讓學生根據“電阻一定，探究電流與電壓的關系”的實驗目的，設計電路圖.

分析：探究電流與電壓關系的時候遇到的問題是：怎么去改變這個定值電阻兩端的電壓？由于剛完成環節一，運用并體會到了滑動變阻器的作用，學生們就自然而然地想到還是可以使用滑動變阻器.這樣在進行本環節時，實驗的電路和剛才的實驗電路是完全一樣的，那么學生在進行實驗時就可以還用剛才的電路，不用再重新連接電路.

活動5：進行實驗、記錄數據

活動內容：按照原有電路進行實驗(也可更換定值電阻后再進行實驗)并進行數據記錄，數據記錄表設計如表2所示.

表2 數據記錄表

分析：探究電流與電壓的關系需要控制電阻不變然后去調節電壓，有了前面的探究經驗，不少學生就會想到：在實驗中應控制電壓都讓它是整數，這樣方便記錄實驗數據——這又是發揮學生們主觀能動性的機會.至于選多大的電阻——5 Ω,10 Ω還是15 Ω，沒告訴學生，讓他們自己去選，選了電阻以后再進行實驗的時候可能又會發現問題——達不到剛才預定的那個電壓值，于是再去更換電阻，如此不斷改進實驗的過程強化了學生們的意識——遇到了困難要想辦法解決，意識不斷被強化就會形成習慣.所以表格處留白的設計妙處在于：發揮學生主觀能動性，提升解決問題的能力.

活動6：分析數據、得出結論

活動內容：學生可以直接從表格中分析，也可以畫圖像分析.

分析：沒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，讓學生在不相同的案例中總結出共性.可以把不同小組的不同定值電阻的實驗數據放在同一個電壓-電流圖像中，幫助學生認識到不同的定值電阻有不同的圖線，這樣利用圖像分析數據的過程就會比上一環節更有邏輯性，學生分析起來會感覺更有意思.

環節三：歸納交流，總結提升

活動7：歸納交流，總結提升

活動內容：引導學生將兩個環節的實驗結論結合起來，歸納總結.環節一得到的結論是：電壓一定時，電流與電阻成反比；環節二得到的結論是：電阻一定時，電流與電壓成正比.兩個結合就是：通過導體的電流與導體兩端電壓成正比，與導體電阻成反比.也就是歐姆定律.

分析：不僅可以把結論歸納總結，也可以比對分析滑動變阻器在兩個環節中的作用，在環節一中，滑動變阻器的作用是控制定值電阻兩端電壓不變，在環節二中滑動變阻器的作用是調節改變定值電阻兩端電壓.經過歸納交流，學生對歐姆定律的理解會更深刻，也較容易理解滑動變阻器在實驗中的作用.

5 總結

教學案例設計主要體現在兩個地方：倒置和留白.

關于倒置:活動設計顛倒了原教學順序.歐姆定律這個實驗之所以在這里先設計的是探究電流與電阻的關系，再探究電流與電壓的關系，最主要的目的是便于引入滑動變阻器.因為如果先做電流與電壓關系探究實驗的時候，學生一開始是不會想到使用滑動變阻器的.而這個教學設計中先探究電流與電阻的關系，學生會設計電路圖1，教師讓學生先做這個實驗(定值電阻直接接在電源上)，學生們在做實驗的過程中就會發現：當改變了定值電阻的阻值之后，電壓表的示數確實是發生了變化.顯然這個變化是由于電池內阻的影響，在初中階段雖然不講電源的內阻，但是做實驗的時候是必不可少的會出現這個問題的，所以在這種情況下就順理成章地引入滑動變阻器.而倒置之后我們發現這個設計對于學生理解滑動變阻器的作用也極為有利.

關于留白：本節課的兩個環節中電壓的選擇、電阻阻值的選取均采取了留有空白的設計，一次又一次地給學生創造機會解決問題.把課堂還給學生，發揮學生的主觀能動性，學生在探究的過程中會感覺自己是課程學習的主人，使體驗探究過程變得生動有趣.

綜上，學生在探究中不停地觀察和思考，提升了思維能力和解決問題的能力，促進了核心素養的培養.