《歐姆定律》教學設計案例分析

摘要:本設計通過簡單的小實驗引入新課，通過師生討論確定實驗設計方案，接著學生在教師指導下完成探究實驗，最后分析實驗數據得出結論。

關鍵詞:歐姆定律;教學設計;實驗探究

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2010)6(S)-0067-4

1 教學目標

(1)知識與技能:

①會用實驗的方法探究電流與電壓、電阻的關系;②理解歐姆定律的內容、公式;③培養學生的觀察、實驗能力和分析概括能力。

(2)過程與方法:

通過實驗探究學習研究物理問題常用的方法──控制變量法。

(3)情感、態度與價值觀:

通過實驗探究，激發學生的學習興趣。培養學生實事求是的科學態度;認真謹慎的習慣。

2 教學重點

歐姆定律的內容和公式;通過實驗使學生知道導體中電流與電壓、電阻的關系。

3 教學難點

理解歐姆定律內容;弄清變形公式含義。

4 教學過程

(1)通過實驗引入主題

師:上新課之前，我們先來做個實驗，按如圖1(a)所示的電路接好線，告訴學生觀察，然后閉合開關，電珠亮了起來。(電池盒1里面只有一節電池，電池盒2里面有三節電池，兩個電池盒的外表完全相同，且看不見內部。)

師:前面我們學了電阻，電阻的作用是什么?

生:阻礙電流。

師:現在我把變阻器的阻值調大一些，然后用電池盒2代替電池盒1，如圖1(b)所示，你們說電珠變暗還是變亮?

生:暗一些。

師:為什么?

生:因為電阻變大了，所以電流就變小了。

師:好，那我們現在來看看，是不是這樣呢?閉合開關，電珠變得更亮(學生感到很奇怪)。

師:明明增大電阻，為什么電珠反倒更亮呢?電珠更亮說明什么呢?

生:電流變大。

師:是什么引起電流變大?大家看看電路跟剛才有什么不同?(展示電池盒。)

生:電源換了。

師:電源換了為什么電珠就變亮呢?

生:換了電源后電壓可能變大。

師:不錯，其實在電池盒1里只有一節電池，而在電池盒2里有3節電池。(展示電池盒內部。)電池節數增加了，電壓就變大了。

師:好了，那么電路里面的電流由哪些因素決定呢?

生:電壓和電阻。

師:好，接下來我們就來研究電流與電阻，電流與電壓之間的關系。

(2)確定研究思路

師:既然電流與電阻和電壓都有關，那么我們現在要研究電流與電阻的關系，對電壓應該如何處理?

生:保持電壓值不變。

師:那具體的實驗方法怎么做?

生:控制電壓不變，改變電阻阻值。

師:很好，這就是控制變量法。當我們碰到兩個以上的影響因素時，就應采用控制變量法一個一個來研究。

師:那怎樣改變電阻阻值?

生:采用變阻器。

生:使用不同的定值電阻。

師:雖然有兩種方法，但從方便角度考慮，建議用不同電阻阻值比較好，而且要成比例的增加如5Ω、10Ω、15Ω。

師:同理，如果要研究電流與電壓的關系就要保持電阻值不變，改變電壓，那么改變電壓有哪些方法?

生:增加電池節數。

師:除了這個之外還有其它方法沒有?

師:還可以根據串聯電路的分壓特點，用一個滑動變阻器與定值電阻串聯，調節滑動變阻器的阻值可以改變定值電阻兩端的電壓。

師:兩種方法哪種比較好?

生:第二種。

師:好?，F在各組開始根據剛才選定的方法設計電路，并利用桌面上的儀器連接電路圖(如圖2所示)。

(3)實驗探究

教師巡視指導

師:接好電路之后，再設計表格來記錄實驗數據。

①探究電流和電壓的關系

師:各組根據剛才記錄的數據進行分析，得出規律，最后總結出結論，并寫在表格旁邊的空白處。

表一數據規律:電阻不變時，導體兩端電壓增大2倍，電流也增大2倍;導體兩端電壓增大3倍，電流也增大3倍。

表一結論:在電阻不變的情況下，導體兩端的電流與導體兩端的電壓成正比。

②探究電流與電阻的關系

師:各組根據剛才記錄的數據進行分析，得出規律，最后總結出結論。并寫在表格旁邊的空白處。

表二數據規律:電壓不變時，導體兩端電阻增大2倍，電流就減小2倍;導體兩端電阻增大3倍，電流也減小3倍。

表二結論:在電壓不變的情況下，導體兩端的電流與導體的電阻成反比。

師:綜合這兩個結論我們可以得出:

導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻成反比。這就是我們今天要學的著名的歐姆定律(板書)。

師:接下來我們一起來探究它的表達式，剛才從表二中我們得出什么結論?

生:導體的電流與導體的電阻成反比。

師:可以用什么樣的式子來表達?

生:I= k/ R。

師:可以寫成k=IR，我們現在看表二的數據，在U=10V不變的情況下，當R=10Ω時，I=1A，則此時的k為多少?

生:k=10。

師:當R=5Ω時，I=2A，則此時的k為多少?

生:k=10。

師:當R=2.5Ω時，I=4A，則此時的k為多少?

生:k=10。

從這里你們發現什么問題?

生:k=U。

師:很好。那么就有I= U/ R。

師:同理，剛才從表一中我們得出什么結論?

生:導體的電流與導體兩端的電壓成正比。

師:可以用什么樣的式子來表達?

生:I= Uk。

師:可以寫成k=I/U，我們現在看表二的數據，在R=5Ω不變的情況下，當U=10V時，I=2A，則此時的k為多少?

生:k=0.2。

師:當U=5V時，I=1A，則此時的k為多少?

生:k=0.2。

師:當U=1V時，I=0.2A，則此時的k為多少?

生:k=0.2。

從這里你們又發現什么問題?

生:k=1/R。

師:很好。那么就有I=U/R，從兩種情況都得到同一個式子，這個式子就是歐姆定律的表達式。

(4)課堂練習1

電流和電壓成正比。(判斷對錯)

師:這句話對嗎?

生:對。

師:肯定嗎?

生:肯定。

師:那好，有兩個電路，第一個電路中電壓為U電流為I，另一個電路中電壓為U2電流為I2，那么I2與U成正比嗎?

生:不成。

師:那剛才那句話對嗎?

生:不對。

師:為什么不對?

生:不在同一個電路。

師:對了，歐姆定律中的電流I、電壓U、電阻R三個量針對同一段導體同一時刻的物理量。

師:歐姆定律的公式可以變形為;U=IR和R=U/I。

(5)課堂練習2

由R=U/I知，電路中的電壓越大，電阻也越大。(判斷對錯)

師:這個說法對還是不對?

多數學生:對。

師:肯定嗎?

多數學生:肯定。

師:既然大家這么肯定，那么我也很肯定的告訴大家這是錯誤的。

學生議論紛紛，有幾個想要和老師論理。

師:大家不要急，我們先來看看式子R=U/I，如果U增大兩倍，而I不變，則R變不變?

生:變。

師:如果U增大了兩倍，而I也增大了兩倍，則R變不變?

生:不變。

師:好，如果電路中電壓增大了兩倍，電流會怎么變?

生:也變為兩倍。

師:不錯，那電阻還變嗎?

生:不變。

師:其實R=U/I只是電阻的量度式，決定電阻大小的是材料、溫度等。電阻就好比自來水管一樣，水壓(電壓)大時，水流(電流)就急一些，水壓(電壓)小時，水流(電流)就慢一些，不管急還是慢，水管的性質(電阻)沒有改變。

師:你們還有什么問題嗎?

生:沒有。

師:那好，我們再看另一個問題“由R=U/I知，電路中的電流越大，電阻也越小?！边@個說法對嗎?

生:不對 。(異口同聲)

(6)總結

(7)布置作業

5 案例分析

歐姆定律的內容和公式是本節重點。理解歐姆定律中電流I、電壓U、電阻R的同一性是本節難點。本節課教學目標要求通過實驗探究，歸納總結出歐姆定律，讓學生領悟科學探究的方法，體驗科學探究的樂趣，形成尊重事實、探究真理的科學態度，培養學生分析解決問題的能力。因此，本案例采用探究教學策略。在探究過程中通過適時引導、恰當點撥，利用實物電路使學生達到理解歐姆定律的目的。整節課突出以下幾點:

(1)體現科學探究。學習了電路基礎知識后，學生產生了濃厚的興趣，學生有較強的好奇心和求知欲，他們渴望自己動手進行科學探究，體驗成功的樂趣。但對于U、I、R三者關系知之甚少，規律性知識的概括往往以偏概全。初中三年級學生的思維方式逐步由形象思維向抽象思維過渡，教學中讓學生自主設計研究問題的方案，是發展學生思維的有效途徑。根據學生的這些特點，教學方法應該采用在講授中探究，在探究中加強引導的策略。在本課中，教師先通過演示實驗將奇怪的現象呈現給學生，激發學生的好奇心和求知欲，進而引導學生思考并提出猜想，接著又引導學生明確實驗方法，讓學生經歷探究過程，真正成為課堂的主人，真正參與到學習中。

(2)激發學生興趣。在引入課題時，通過一個巧妙的實驗來創設情境，接著鼓勵學生大膽猜測電流的大小究竟由哪些因素決定。學生通過分組討論，教師做適當的提示，以及聯系以前學過的內容，猜想出可能與電壓和導體的電阻的大小有關。這個環節從創設情境到提出問題到猜想，引起了學生的興趣，集中了學生的注意力。

(3)強調科學方法的學習。科學方法的培養也是物理教學的一個目標之一。控制變量是本節課隱含的一個重要的科學方法，因此讓學生在學習的過程中學會運用控制變量的方法是本節課的主要內容之一。在學生提出猜想之后，教師并沒有直接向學生介紹控制變量的方法，而是引導學生經過思考后發現:當面對多個變量時，應該一個一個來進行研究，而要一個一個研究就必須保持其他變量不變，這就是控制變量的方法。

(4)讓學生探究得出歐姆定律的表達式。一般的教學中，當學生探究得出“導體的電流與導體兩端的電壓成正比，與導體的電阻成反比”時，教師就直接搬出歐姆定律的表達式。這表面上看起來似乎是順理成章的事?？墒牵灰阏嬲炎约悍旁趯W生的角度、沿著學生思維的路徑去琢磨，就會發現這里面隱藏著一道學生思維難以跨越的坎。為什么這么說呢?從邏輯的角度來說，這樣的思維過程不夠嚴謹。比如說，A與B有關系，A與C有關系，能推出B與C有關系嗎?更明顯一點，若A和B是朋友，A和C也是朋友，能推得出B和C也是朋友嗎?顯然不能。同樣，僅從“導體的電流與導體兩端的電壓成正比，與導體的電阻成反比”是不能推出電壓與電阻有關系的。如果教師不顧學生思維上的困難，而直接般出歐姆定律的公式，實際就是硬要把它們放進一個式子里，人為地在它們之間建立某種聯系。這樣的教學學生就會感到不解，甚至困惑。因此歐姆定律公式的得出應該讓學生經歷一段思維過程。應該給學生架設思維的臺階，否則他們將很難跨越這道坎。本案例中，教師在引導學生得出歐姆定律后，并沒有馬上搬出歐姆定律的公式，而是帶領學生從“電流與電壓成正比”和“電流與電阻成反比”出發，引出比例常數;然后又引導學生分析實驗數據，結果發現比例常數與控制變量有著某種關系，從而得出歐姆定律的公式。這樣的教學雖然比傳統的教學多花了幾分鐘的時間，但是就在這幾分鐘的時間里讓學生經歷了歐姆定律公式的得出所必須的思維過程。更重要的是，在這種注重學生理解過程的教學中，公式并不是老師硬塞給他們的，而是他們經過親自探究發現的。

(5)注重挖掘和利用學生的“錯誤”資源。本案例中教師注重利用學生容易出錯的地方來設計課堂練習，讓學生出現錯誤，然后利用錯誤來促進學生理解。其實學生的錯誤不可能單獨依靠正面的示范和反復練習得以糾正的，必須經過一個自我否定的過程，而自我否定的過程又以自我反省，特別是內在的概念沖突作為必要的前提。本案例，教師根據這樣的思想，針對學生普遍對歐姆定律存在“忽略電流、電壓、電阻的同一性”而設計了“電流和電壓成正比”判斷對錯的課堂練習，針對學生普遍對歐姆定律的變形公式錯誤理解而設計了“由R=U/I知，電路中的電壓越大，電阻也越大。(判斷對錯)”的課堂練習。通過設計這種引發概念沖突的問題來促進學生的自我反省，接著意識到自己概念的不足，最后錯誤的概念得到糾正。這樣深入學生心靈的教學，會讓學生刻骨銘心。

(6)利用形象類比化解難點。當學生得出歐姆定律公式后，往往有些同學會從公式去理解，認為“電阻與電壓成正比、與電流成反比”，從而把決定式和量度式混淆起來。為了解決這個難點，本案例采用了“水壓、水管、水流”形象地類比電路中電壓、電阻和電流。

(欄目編輯張正嚴)