高中物理和初中物理恒定電流教學(xué)的對(duì)接＊

田戰(zhàn)永 劉麗軍 王 冰 尤佳佳 鐘家富 尹國(guó)盛

（河南大學(xué)物理與電子學(xué)院 河南 開(kāi)封 475004）

1 引言

物理課程是科學(xué)教育的重要組成部分.中學(xué)物理教育對(duì)于公民科學(xué)素養(yǎng)的提升、公民適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的應(yīng)對(duì)能力的增強(qiáng)以及公民創(chuàng)新能力及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)有著不容小覷的作用.義務(wù)教育初中階段的物理課程，是以提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，不僅應(yīng)注重科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練，還應(yīng)注重納入物理科學(xué)的成就及其對(duì)人類文明的影響，注重對(duì)學(xué)生終身學(xué)習(xí)愿望、科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神等方面的培養(yǎng)等.高中階段的物理則有助于學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)基本的物理知識(shí)與技能；體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，了解科學(xué)研究方法；增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，發(fā)展探索自然、理解自然的興趣與熱情；認(rèn)識(shí)物理學(xué)對(duì)科技進(jìn)步以及文化、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的影響；為終身發(fā)展，形成科學(xué)世界觀和科學(xué)價(jià)值觀打下基礎(chǔ).

總的來(lái)說(shuō)，高中物理是普通高中科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)課程，與九年義務(wù)教育物理或科學(xué)課程相對(duì)接，旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

2 初中物理恒定電流的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)

以人教版初中物理為例［1］，初中物理恒定電流內(nèi)容在第十五章至第十九章，包括電流和電路、電壓電阻、歐姆定律、電功率、生活用電5部分內(nèi)容.《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》［2］在恒定電流部分的內(nèi)容要求為：

（1）從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)電源和用電器的作用.

（2）知道電壓、電流和電阻.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究電流、電壓和電阻的關(guān)系.理解歐姆定律.

（3）會(huì)看、會(huì)畫簡(jiǎn)單的電路圖.能連接簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路.能說(shuō)出生活、生產(chǎn)中采用簡(jiǎn)單串聯(lián)或并聯(lián)的實(shí)例.了解串、并聯(lián)電路電流和電壓的特點(diǎn).

（4）會(huì)使用電流表和電壓表.

（5）結(jié)合實(shí)例理解電功和電功率.知道用電器的額定功率和實(shí)際功率.

（6）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，理解焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中的一些現(xiàn)象.

（7）了解家庭電路.有安全用電和節(jié)約用電的意識(shí).

3 高中物理恒定電流的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)

高中物理恒定電流內(nèi)容在選修3－1中，包括［3］：

（1）觀察并嘗試識(shí)別常見(jiàn)的電路元器件，初步了解它們?cè)陔娐分械淖饔?

（2）初步了解多用電表的原理.通過(guò)實(shí)際操作學(xué)會(huì)使用多用電表.

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究決定導(dǎo)線電阻的因素，知道電阻定律.

（4）知道電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，理解閉合電路的歐姆定律.

（5）測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.

（6）知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用.

（7）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，觀察門電路的基本作用.初步了解邏輯電路的基本原理以及在自動(dòng)控制中的應(yīng)用.

（8）初步了解集成電路的作用.關(guān)注我國(guó)集成電路以及元器件研究的發(fā)展情況.

4 高中物理與初中物理課程恒定電流知識(shí)的對(duì)接和深入

高中物理和初中物理具有延續(xù)性和階梯性，高中物理的部分知識(shí)是初中物理的加深和延續(xù)，在進(jìn)行高中物理教學(xué)時(shí)，要明確高中物理知識(shí)所對(duì)應(yīng)的初中物理知識(shí)，確定兩個(gè)階段的相同知識(shí)點(diǎn)、新增知識(shí)點(diǎn)以及相同知識(shí)點(diǎn)的進(jìn)一步深化，這樣才能在教學(xué)中做到有的放矢，對(duì)新增知識(shí)和深化知識(shí)點(diǎn)重點(diǎn)教學(xué)，同時(shí)避免相同知識(shí)的重復(fù)教學(xué)，提高教學(xué)效率.

4.1 共同知識(shí)點(diǎn)的對(duì)接和深入

4.1.1 電流和電路

（1）初中物理中電流和電路的教學(xué)特點(diǎn)分析

初中物理通過(guò)將電流和水流類比的方法，讓學(xué)生對(duì)電流有了初步的認(rèn)識(shí)，并給出了電流的單位和換算關(guān)系.在電路部分則是通過(guò)具體的電路實(shí)例給出了串、并聯(lián)電路的定義，之后通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)給出了串聯(lián)電路和并聯(lián)電路中電流電壓的關(guān)系.

初中物理在該部分知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)上偏重基本概念和基本規(guī)律.教學(xué)方式上則偏重直觀、形象的實(shí)驗(yàn)和實(shí)例，使學(xué)生能夠從具體的物理現(xiàn)象中學(xué)習(xí)領(lǐng)悟物理規(guī)律.

（2）高中物理中電流和電路的教學(xué)特點(diǎn)分析

以人教版高中物理教材為例［4］，高中物理教材在電流部分的教學(xué)首先就給出了電源的基本概念，偏重于產(chǎn)生電流的原因分析，同時(shí)從電流的定義、本質(zhì)上分析了影響電流的微觀因素.

高中物理給出了t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電荷量q 與電流I 的關(guān)系

通過(guò)例題推導(dǎo)出了電流的微觀表達(dá)式

式中，S表示導(dǎo)體的橫截面積，ρ為導(dǎo)體密度，M 為導(dǎo)體的摩爾質(zhì)量，NA阿伏伽德羅常數(shù)，e為電子的電量，v為導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率.該部分的教學(xué)需要化學(xué)部分物質(zhì)的量相關(guān)知識(shí)，所以在學(xué)生掌握了物質(zhì)的量相關(guān)知識(shí)后推導(dǎo)電流的微觀表達(dá)式就顯得很順理成章了.

在電路部分，高中物理對(duì)于并聯(lián)電路和串聯(lián)電路部分的教學(xué)，延續(xù)了初中物理教材的內(nèi)容，同時(shí)增加了電壓表和電流表相關(guān)的知識(shí).對(duì)于電壓表和電流表的工作原理，教材中采用了例題的形式呈現(xiàn)，通過(guò)問(wèn)題讓學(xué)生了解電壓表和電流表的結(jié)構(gòu)和工作原理，為后續(xù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定基礎(chǔ).

4.1.2 電壓和電阻

初中物理對(duì)電壓的概念運(yùn)用和“水壓”相類比的方式給出，同時(shí)給出了電壓的單位換算關(guān)系，給出了電阻的定義及單位換算關(guān)系，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了影響電阻大小的相關(guān)因素，得出了結(jié)論：

（1）導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)，在其他條件相同時(shí)，導(dǎo)體的橫截面積越大，電阻越小；

（2）導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體的長(zhǎng)度有關(guān)，在其他條件相同時(shí)，導(dǎo)體的長(zhǎng)度越大，電阻越大；

（3）導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體的材料有關(guān).

高中物理對(duì)于電阻同樣采用了實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行探究，并進(jìn)一步得出了以下規(guī)律：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長(zhǎng)度l成正比，與它的橫截面積S成反比，導(dǎo)體的電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)，寫成公式就是

式中，ρ 為導(dǎo)體的電阻率，與導(dǎo)體的材料和溫度有關(guān).這就是電阻定律.高中物理更偏重于相關(guān)結(jié)論的深入和總結(jié)歸納，教學(xué)中要偏重于相關(guān)結(jié)論的總結(jié)和歸納.

4.1.3 歐姆定律

對(duì)于歐姆定律的教學(xué)，初中和高中都采用了實(shí)驗(yàn)探究的方法.導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R 成反比.寫成公式就是

高中物理同時(shí)給出了運(yùn)用伏安特性曲線對(duì)導(dǎo)體的電阻進(jìn)行研究的方法，并且給出了歐姆定律的適用條件為金屬導(dǎo)體和電解液，對(duì)于氣態(tài)導(dǎo)體和半導(dǎo)體原件并不適用.由此可見(jiàn)，對(duì)于歐姆定律的使用條件的教學(xué)是高中教學(xué)需要重視和強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容，避免學(xué)生對(duì)于歐姆定律的應(yīng)用不當(dāng)而發(fā)生錯(cuò)誤.

4.1.4 電功和電功率

對(duì)于電功和電功率的教學(xué)，初中物理知識(shí)簡(jiǎn)單給出了相關(guān)物理公式，而且只針對(duì)純電阻電路進(jìn)行研究，而高中物理對(duì)該部分知識(shí)則進(jìn)行了較為詳盡的推導(dǎo)和說(shuō)明，例如電功的推導(dǎo)：

以一段電路為例，電荷在電路內(nèi)做定向移動(dòng)，它們從電路的一端一到另一端所用的時(shí)間記為t.則在這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)這段電路的電荷總量為

如果這段電路左右兩端的電勢(shì)差是U，在電荷q從左端移到右端的過(guò)程中，靜電力做的功是

由以上兩式可得

這表示，電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓U，電路中的電流I，通電時(shí)間t三者的乘積.

對(duì)于電流的熱功，也即是焦耳定律的教學(xué)，初中通過(guò)實(shí)驗(yàn)，重現(xiàn)焦耳對(duì)于電流熱功率的探究過(guò)程，得出了焦耳定律.高中則是利用純電阻電路相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了推導(dǎo)，例：

電流通過(guò)白熾燈、電爐等電熱元件做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能.電流在這段電路中做的功W 等于這段電路發(fā)出的熱量Q，即

由歐姆定律知

于是有

這里運(yùn)用了純電阻電路中熱功率等于電功率以及歐姆定律適用于純電阻電路的規(guī)律，推導(dǎo)得出了焦耳定律的表達(dá)式，本推導(dǎo)過(guò)程需要明確并強(qiáng)調(diào)以上兩點(diǎn).

4.2 高中物理新增知識(shí)點(diǎn)的對(duì)接和深入

高中物理在恒定電流部分主要新增了以下幾點(diǎn)內(nèi)容：閉合電路歐姆定律、多用表的原理和使用、電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量以及簡(jiǎn)單的邏輯電路.

閉合電路歐姆定律為高中物理恒定電流部分的核心知識(shí)，相比于初中的部分電路歐姆定律，閉合電路歐姆定律所研究的電路問(wèn)題更具一般性，對(duì)于電路的影響因素研究更為全面深入，當(dāng)然對(duì)于學(xué)生分析處理電路問(wèn)題的能力要求也更高.這就要求教師在教學(xué)中要強(qiáng)調(diào)“全電路”的概念，研究電路問(wèn)題時(shí)，必須注意對(duì)于電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻等因素的分析.而后續(xù)的多用表的原理和使用、電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量以及簡(jiǎn)單的邏輯電路等都是以閉合電路歐姆定律為基礎(chǔ)的應(yīng)用，這幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)主要應(yīng)該以閉合電路歐姆定律為基礎(chǔ)進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)和分析［5］.

5 結(jié)論

高中物理中除了閉合電路歐姆定律以及與之相關(guān)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量、多用表和邏輯電路之外，其他知識(shí)與初中知識(shí)大體相同，學(xué)生對(duì)于這些知識(shí)較為熟悉，但部分知識(shí)也有了較大的深入，教學(xué)時(shí)要注意這部分知識(shí)進(jìn)行深化分析.

總體來(lái)說(shuō)，高中物理電路部分與初中物理電路部分的基本知識(shí)對(duì)接還是比較順暢的，個(gè)別內(nèi)容有重復(fù)現(xiàn)象，對(duì)于該部分教學(xué)可進(jìn)行簡(jiǎn)單回顧，以自然引入深層次知識(shí).對(duì)于新增知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)，重視與前置知識(shí)的對(duì)接點(diǎn)和新知識(shí)“新”在哪里，研究新知識(shí)的延伸內(nèi)容，對(duì)該部分的內(nèi)容的教學(xué)是教師應(yīng)該重點(diǎn)研究的.

1 彭前程，杜敏，等.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書九年級(jí)物理.北京：人民教育出版社，2012

2 中華人民共和國(guó)教育部.全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京：人民教育出版社，2011

3 中華人民共和國(guó)教育部.全日制普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京：人民教育出版社，2011

4 張大昌，彭前程，等.普通高中物理選修3－2.北京：人民教育出版社，2012

5 呂良軍，尹國(guó)盛，等.例析Matlab融入電磁學(xué)教學(xué)課堂.物理通報(bào)，2011（11）：16～19