新課程理念下的探究式教學案例——電阻定律

魏學靜

1 設計理念

探究性學習的實質是學生在教師的指導下，以一種類似科學研究的方法對問題進行分析和研究，通過自主的探究活動學習物理概念和物理規律，在獲取知識的同時，體會科學家研究科學的探究過程，培養學生的科學探究能力、科學態度和科學精神。本文以《電阻定律》一課為例，根據探究性學習的理念，設計了一節探究式教學課——探究哪些因素決定導體電阻。

2 教材內容分析與學情分析

2.1 教材內容分析

《電阻定律》是高中物理新課程選修3-1的第二章《恒定電流》的第六節內容，它是《恒定電流》這一章的基本規律之一，電阻定律反映導體的電阻與導體的長度、橫截面積及電阻率的定量關系，由于學生在初中時只知道定性結論，故本節內容屬于發展和提高的范疇，也是本章教學的重點內容之一。

2.2 學生情況簡單分析

我所教的班級是高二年級的一個平行班，學生學習基礎一般，但是多數學生在初中和高一已初步掌握了實驗探究的基本程序(觀察現象→提出問題→猜想假設→方案設計→實驗探究→歸納總結→解釋現象)；基本具備了設計實驗方案的能力和較強的動手操作能力，具有較好的思考與質疑、交流與合作的學習習慣。

3 案例描述與分析

3.1 學習目標

(1)知識與技能

①進一步深化對電阻的認識。

②理解和掌握電阻定律及電阻率的物理意義，并了解電阻率與溫度有關。

③通過實驗探究培養學生實驗能力；通過理論探究，培養學生邏輯推理能力。

④通過探究過程，培養學生獲取知識、發展思維的能力。

(2)過程與方法

通過假設與猜想、設計實驗方案、實驗操作等一系列探究過程，使學生經歷探究過程，了解科學研究的一般程序，掌握通過控制變量和對比、分析解決三個變量之間關系和數據處理等的科學研究方法。

(3)情感、態度、價值觀

①通過實驗，培養學生實事求是的科學精神，并在探究活動中培養合作精神。

②通過動手合作調動學生的學習主動性，培養他們的探究意識，激發學生學習的熱情，體會探究的樂趣。

分析 以上學習目標體現了新課程三維目標的理念，突破了傳統課堂教學目標只關注基礎知識與基本技能的局限。同時，這些學習目標是學生在教師的指導下通過自己積極、主動的學習能夠達成和檢測的目標。因此，學習目標所用的動詞是具有針對性和可操作性的。

3.2 重難點分析

(1)重點：電阻定律的得出

(2)難點：電阻率的理解

分析 對于重點，主要是通過課堂上師生一起合作探究導出定律。對于難點，主要是通過與電阻的比較，明確電阻反映導體本身屬性，電阻率是材料本身的屬性；通過介紹金屬溫度計和半導體溫度計，使學生知道電阻率和溫度有關。

3.3 教具

(1)教師用具：居民用電插座、燈座、多媒體課件、自制CAI課件、 幻燈片、投影儀等。

(2)學生用具：電阻定律示教板（含金屬絲）、學生電源、干電池若干、電流表、伏特表、滑動變阻器、小燈泡、日光燈燈絲、導線、酒精燈、白熾燈（“220V、25W”和“220V、100W”）等。

3.4 教學過程

(1)隨堂實驗，引入新課

①教師提問：導體的電阻是由導體本身性質決定的，即導體自身的因素決定，那么到底由哪些因素決定呢？（學生猜想：材料、長度、橫截面積、溫度……）

分析 學生在初中已經學過電阻的決定因素及定性關系，所以大部分學生能回答這個問題。為了鞏固這部分內容，教師依據控制變量法（學生已基本掌握）設計了四個演示實驗。

②演示實驗

a、導體電阻與長度的定性關系

分析 圖1為電路圖，圖2為對應的實物圖。首先，我在幻燈片上給出電路圖和還沒連接的實物圖，動畫演示導線連接過程（采用滑動變阻器限流式連接）。然后，在講臺上連接好儀器并閉合電鍵、移動滑動變阻器的觸頭，要求學生觀察小燈泡的亮度變化。最后讓學生清楚：燈泡亮度變化→電流變化→電路的總電阻變化→移動滑動變阻器的觸頭改變其電阻的過程，不難得出定性關系：其他條件不變的情況下，導體長度越長其電阻越大。

b、導體電阻與橫截面積的定性關系

分析 首先，讓學生觀察“220V 25W”的白熾燈和“220V 100W”的白熾燈燈絲的粗細（橫截面積）。然后，把導線、燈泡、燈座、插頭連接好接入居民用電的插座并要求觀察燈泡的亮度。最后，根據觀察到的現象和電功率的知識不難得出定性關系：其他條件不變的情況下，導體橫截面積越大，其電阻越小。

c、導體電阻與材料的定性關系

分析 電流表為靈敏電流表，L₁為鎳鉻合金、L₂為猛銅合金（長度、橫截面積相同），圖3為電路圖，圖4為對應的實物圖。首先，我在幻燈片上給出電路圖和還沒連接的實物圖，動畫演示導線連接過程（采用滑動變阻器分壓式連接）。然后，閉合電鍵，讓學生觀察指針偏轉。最后，根據現象得出：導體的電阻與材料有關。

d、導體電阻與溫度的關系

分析 圖5是電路圖，圖6是實物圖。閉合電鍵同時用酒精燈加熱，可以觀察到小燈泡亮度的變化，不難得出：導體的電阻與溫度有關。

（2）學生實驗探究

探究1 導體電阻與長度的定量關系

①電路圖如圖7所示，實物圖如圖8所示。

②數據處理

分析 學生在實驗室里2人一組，根據電路圖連接實物，用同一電表測量不同長度的金屬絲兩端的電壓并完成表格，在實驗誤差的范圍內，學生根據自己測量的數據得出：R∝L。

探究2 導體電阻與橫截面積的定量關系

①電路圖如圖9所示，實物圖如圖10所示。

②數據處理

分析 四根金屬絲完全相同的鎳鉻合金，滑動變阻器為分壓式接法，用靈敏電流計提高實驗精確度，學生根據測量的數據可以分析出：在實驗誤差范圍內，導體的電阻與橫截面積的定量關系： R∝1/S。

（3）學生理論探究

由串聯知識：R_串=nR₀，

∴R∝L。

由并聯知識：R_串=R₀/n

總橫截面積：S=nS₀

∴R∝1/S

故由R∝L，R∝1/S，可以寫成表達式：

R∝L/S或R=ρL/S

分析 學生已經學過串并聯的電阻知識，因此推導上面的結論難度不大。

（4）學生實驗探究、深化規律

教師進一步提出問題：如何測量R=ρL/S中的比例系數ρ？如何設計實驗？

學生：長度用刻度尺測量，直徑用螺旋測微器測量，電阻用伏安法測量。

①圖13是電路圖，圖14是實物圖。

③數據處理

材料電壓U/V電流I/A長度L/m直徑d/m比例系數

分析 學生設計電路圖、連接實物圖后，可以通過測量出來的比例系數值，發現比例系數與材料有關。

（5）課堂小結、鞏固新課

①電阻定律的內容：同種材料的導體，其電阻R與它的長度L成正比，與它的橫截面積S成反比；導體的電阻與構成它的材料有關。

②數學表達式：R=ρL/S。

③電阻率ρ——描述材料導電性能有關的物理量。

a、單位：Ω?m

b、物理意義：反映物質對電流阻礙作用的物理量。

c、純金屬電阻率小、合金電阻率大（純金屬的電阻率很小，導線常用鋁或銅來制作。在20℃時，銀的電阻率最小，常用于精密集成芯片；合金的電阻率較大，電爐、電阻器常用合金制作）。

d、金屬電阻率隨溫度升高而增大（常用的電阻溫度計就是利用金屬這種特性而制成的）。

e、有些材料的電阻率幾乎不受溫度的影響，利用這種特性常用來制作標準電阻。

（6）課堂思考、課外延伸

通過選取生活中的素材，如集成電路微型化的散熱問題、不合格電子產品的檢驗等，強化學生的實踐意識，引導學生從影響電阻的因素出發，思考其中包含的物理原理，培養學生關注現代技術的意識和辯證分析問題的能力。

（7）課外延伸

向學生介紹超導現象以及超導磁懸浮式高速列車，讓他們回去查找相關資料，了解什么是半導體，什么是超導體，它們各有什么用途。教師有針對性地拓展學生的知識面，不僅可以擴展學生的視野而且能進一步激發學生的興趣，培養學生熱愛科學，勇于探求的精神。

（7）教學流程圖（見圖15）

4 教學反思

（1）本案例較成功地體現了新課程理念下的探究教學模式的特點，主要表現在以下幾點：

①發揮了學生的主觀能動性

本著“以學生發展為本”的教學設計理念對教材內容進行了必要的選擇，精心設計有利于學生發展的動態方案，給學生充足的探究問題（包括實驗方案的設計，實驗過程的探究）的空間。

在本案例的教學過程中，教師重視自己的主導作用和學生的主體地位，教師主導作用體現在：控制課堂教學的進程，引導學生分析、討論和解決教學中遇到的問題。學生的主體地位體現在：教師引導下學生自己設計方案，通過獨立思考和合作學習來獲取知識和技能、掌握過程與方法、學會交流與合作，自己動手做實驗解決問題，從而獲得新知。

②重視科學思想和科學方法的教育

從實際生活中的物理現象出發，創設問題情境引入課題，再由學生利用控制變量法歸納出結論和規律，不僅能提高學生學習物理的興趣，還能提高學生解決問題、分析問題的能力。在本案例的教學過程中，教師靈活運用觀察、實驗、分析、歸納等科學方法，這樣有利于學生掌握正確的科學思維方式和科學方法。

③注重探究式教學的有效性

通過“提出問題——進行猜想——確定方法——設計方案——實驗操作——數據處理——結論匯報”的探究過程，讓學生始終置于探索者的位置，使學習過程成為“發現——再發現”的過程，充分發揮學生學習的積極性、主動性，讓學生自己從實驗中得出結論，體驗探索的快樂，成功的喜悅。

（2）本案例的不足之處及建議

①由于學生的探究過程需要設計電路圖、連接實物圖，這對大部分學生來說難度較大，因此占用了較多時間。有些學生課前沒有作充分準備，建議教師讓學生課前先預習《電阻定律》這一節，同時在課堂上最好演示滑動變阻器的分壓和限流的連接方法。

②由于沒有對小組內各成員進行責任分工，導致在實驗探究的整個過程中出現了小組內一些學生忙忙碌碌，個別學生無事可做的局面。建議小組內每個成員分配具體任務，如實驗操作、記錄、匯報等，使每個成員既能各行其事，又能合作學習。

③學生做分組實驗的時間不能有效控制，這一部分沒有處理好將直接影響到后面的教學。

④由于時間的關系，在課堂上測量電阻方案時只測一組數據是不夠的，另外學生在儀表讀數時沒有注意估讀問題。

⑤學生在設計實驗方案的過程中也存在一定困難，教師應該給予必要的指導和幫助。

(欄目編輯趙保鋼)