“5E”教學模式在《電阻定律》中的教學

王方平

電阻定律是科學教學中的重要規(guī)律之一，學生已經(jīng)學習了導體材料、長度、橫截面積等自身條件與電阻的定性關(guān)系，現(xiàn)在在此基礎(chǔ)上通過實驗分析進行定量描述，同時突出了“電阻率”這一物理概念?！?E”教學模式主要包括參與階段、探索階段、解釋階段、擴展階段和評價階段。下面結(jié)合“5E”教學模式來探討下《電阻定律》的學習。

一、參與階段

此過程是整個教學過程的起點，目的是讓學生明確學習的主題，一般以預先設(shè)計的問題或情境來激起學生的興趣和好奇心，同時做好準備知識的檢測。

師生活動：

通過學習歐姆定律，由I= 得，雖然改變導體兩端的電壓U或者導體的電阻R，就可以改變電路中的電流，但導體的本身電阻卻并不是由U、I這兩個因素決定的。

演示：將15 W和200 W的兩盞燈泡并聯(lián)接入電路，請同學觀察兩燈泡的亮度，如下圖：

同時請同學們觀察兩燈泡的照片，說出兩者的不同之處：功率不同，燈絲粗細不同，兩燈泡的電阻不同。

展示滑動變阻器圖片：通過移動滑動變阻器的滑片，可以改變電阻。

展示幾段材料不同的導線：電線常用銅和鋁，而不用鐵，如下圖：

給予學生考慮時間，小組討論后得：導體的電阻可能與導體長度、材質(zhì)、橫截面積大小有關(guān)。

教師引導學生提出問題：需要搞清楚導體的電阻和導體的本身長度、橫截面積大小及材質(zhì)之間明確的定量關(guān)系。

二、探索階段

為學生提供建構(gòu)知識的材料，并以小組合作的形式進行探索活動。

要研究導體電阻與長度、橫截面積及材料間的關(guān)系，通過討論確定“控制變量法”為研究方法，學生再次思考、討論，可得出思路：導體材料、橫截面積相同，研究電阻與導體長度關(guān)系；控制導體材料、長度，確定電阻與橫截面積大小的數(shù)量關(guān)系；控制導體長度、橫截面積，確定電阻與材質(zhì)的定量關(guān)系。

學生按照所選擇的器材設(shè)計實驗方案，主要有三種：

方案一：伏安法 方案二：利用分壓原理

方案三：利用分流原理

經(jīng)過統(tǒng)一，現(xiàn)采用“分壓原理的實驗”方案 （此法實驗操作相對簡潔，計算簡單）。

在該過程中，要充分發(fā)揮學生的主體作用，讓小組進行充分的討論。教師只是加以引導，及時提供支架式支持。

數(shù)據(jù)記錄：

數(shù)據(jù)1：導體電阻與長度的定量關(guān)系

控制導體橫截面積大小，材質(zhì)一樣，導體的電阻與長度的定量關(guān)系____________。

數(shù)據(jù)2：探究電阻與導體橫截面積的關(guān)系

導體長度、材料相同，導體的電阻與橫截面積________________________。

數(shù)據(jù)3：探究電阻與導體材料的關(guān)系

導體長度、橫截面積相同，導體的電阻與材料________________________。

將探究結(jié)果進行整合，學生探究后得到：導體電阻R與導體長度l之間是正比關(guān)系，與導體橫截面積大小S成反比關(guān)系，且導體的電阻與構(gòu)成導體的材質(zhì)有關(guān)。

三、解釋階段

本階段要求學生對探索到的證據(jù)進行解釋并說明理由，教師則適時引導學生改變錯誤觀念，因此這個過程也可以成為概念建立階段。

通過探索和分析，大部分學生都認識到，導體電阻與導體的長度成正比關(guān)系，與導體橫截面積大小成反比關(guān)系，導體的電阻與導體材質(zhì)有關(guān)。為了讓學生概念的建立完善起來，教師應當指導學生對結(jié)果進行分析，可以通過理論推導的方式。

理論探究電阻R與長度l的關(guān)系：

如上圖：n個電阻串聯(lián)

由串聯(lián)知識：R串=nR0

又l串=nl0，因此R∝l。

理論探究電阻R與橫截面積S的關(guān)系：

如上圖：n個電阻并聯(lián)

由并聯(lián)知識：R并=R0n

又S并=nS0，因此R∝1S。

然后在教師引導下進行測定金屬的電阻率實驗。

將實驗原理告知學生：金屬的電阻率可由R=ρ 求得：ρ=R ；測出金屬絲的長度、橫截面積和電阻，即求出金屬的電阻率，如右圖。

實驗過程與前面實驗類似：

（1）用刻度尺測出金屬絲的長度。

（2）金屬絲橫截面積的測定：在金屬絲上選擇沒有形變的點，用螺旋測微器在不同的部位測金屬絲的直徑多次。

（3）金屬絲電阻的測定，連接電路。金屬絲R一定從端點接入電路?；瑒幼冏杵鱎0先調(diào)至阻值最大的位置，閉合電鍵，根據(jù)電阻絲的額定電流和電流表、電壓表的指針位置，適當調(diào)節(jié)變阻器的阻值，使電流表和電壓表指針在刻度盤的 ～ 的區(qū)間。改變電壓三次，讀出三組V、I值，由歐姆定律R=U/I得到金屬絲的電阻R，再由公式ρ=R 求得金屬的電阻率。

（4）實驗記錄表格

金屬絲的橫截面積S=______米2，

金屬絲的電阻率ρ=______。

教師在指導過程中需要注意：（1）實驗前可估計金屬絲的電阻（一般為幾歐姆），由此可確定電源電壓及電流表和電壓表的量程，均不宜太大。（2）由于金屬絲的電阻遠小于電壓表內(nèi)阻，應采用電流表外接法測電阻，滑動變阻器用限流接法接入電路。

經(jīng)過實驗，師生建立共識：

（1）同種材料的導體，其電阻與它的長度成正比，與它的橫截面積成反比；導體的電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān)。

（2）數(shù)學表達式：R=ρ 。

（3）電阻率ρ：反映導體材料導電性能的物理量。（單位：Ω·m）

四、擴展階段

將學生的知識和技能應用到新的情景和問題中，重視知識技能在新的情景下的應用，使學生對概念的認識達到更深層次。

（1）實驗演示，加熱燈絲觀察電流表示數(shù)，進而使學生認識到電阻與溫度有關(guān)。

（2）通過形成性練習幫助學生深入理解概念。

關(guān)于公式R= 和公式R=ρ ，下列說法正確的是（ ）。

A.兩式對一切情況都適用

B.R= 僅適用于金屬導體，R=ρ 適用于任何導體

C.導體的電阻R與U成正比，與I成反比

D.導體的電阻在溫度一定時與導體長度成正比，與導體的橫截面積成反比

五、評價階段

本階段鼓勵學生評估自己的理解能力，教師評價學生的知識、態(tài)度、技能，在參與和探索階段，要允許學生有不同的想法，而且要及時給予反饋，同時記錄學生的表現(xiàn)。在擴展階段，要針對學生的練習情況進行適當?shù)狞c評，指出學生的問題，及時提供指導等。通過過程評價，教師及時調(diào)整教學方法和內(nèi)容，并把信息及時反饋給學生，幫助學生改進。

通過五個階段，讓學生在“5E”教學模式的引導下，逐步了解并掌握電阻定律的內(nèi)容，使優(yōu)等生在對電阻定律的定性了解的基礎(chǔ)上，能夠?qū)ζ溆袀€定量的掌握。而且通過實驗的動手，讓學生體會從實驗中總結(jié)的能力、分析的能力，從而更好地掌握科學知識。

（作者單位：浙江省慈溪市耕民初級中學）