基于新課程理念和認知理論的《電源電動勢和內阻》教學設計

范佳賀??

《電源電動勢和內阻》這一節從物理的角度來講，電源內部電路和外部電路在概念和物理規律上有很完美的對應，在內電路中，非靜電力做功，使電荷在全電路上構成循環，形成恒定電流.緊接著就是非靜電力的功、其他形式的能、功能關系和內電路上能量轉化，在非靜電力的功的基礎上，利用比值定義出電動勢（差）.根據全電路中能量轉化與守恒，自然推導出閉合電路的歐姆定律.物理規律的簡潔、結構的完整，從上面的對應上可見一斑！但就學生目前的知識水平，他們是感受不到的.在這些概念規律中，和電勢相對應，電動勢成了更大的難點，如果直接在非靜電力功的基礎上建立電動勢概念，學生就更難理解了.

因此和人教版不同，科教版教材采取了另外一種主線.

教材以“手電筒為什么不亮？”這個常見生活現象出發，通過三個實驗探究出電源端電壓與標稱電壓不同，由此引出電動勢與內阻的概念.通過分析閉合電路中總的電勢降落，而電池的作用就是將電勢相應升高，這也就是閉合電路歐姆定律的內涵.最后又回歸到一開始，利用新的電路規律去解釋手電筒為何不亮、電源兩端電壓和標稱電壓不同等現象.

學生在初中階段，已經學習了歐姆定律、焦耳定律、伏安法測電阻等，在高二階段，又深入學習了電場力的功、電勢能、功能關系和外電路上能量轉化，以及在靜電力功基礎上建立的電勢和電勢差，可以說研究的比較全面.而這些研究都是針對外電路的，針對電源內部電路的研究幾乎為零.需要指出的是，在這些學過的概念中，電勢（差）很抽象，雖然經過學習，大部分學生不能真正的理解電勢的物理意義.

根據皮亞杰的認識發展理論，學生在學習的過程實際是學生主體進行同化和順應最后到達認知平衡的過程，學習是否有效，在于學生的認知結構是否由于刺激而發生了合理的改變.又根據新課標理念，課堂要以學生為主體、教師為主導，教師要輔助學生在原有的基礎上進行新的認知結構的構建.

據此本節課采用了基于問題的探究式教學：依次增加電路中小燈泡并聯的個數，發現小燈泡變暗，創設與初中所學物理規律相悖的實驗現象，讓學生發現自己認知和實驗現象之間的矛盾；在此基礎上引導學生利用化學開放電池進行實驗，班級學生共同參與實驗探究；通過實驗的結果分析，幫助學生構建出閉合電路中電勢變化的物理情景，提出新的物理概念電動勢；最后從能量轉化等角度進行總結提升，深入理解電動勢.通過真實的實驗現象，讓學生看到電源在供電時其兩端電壓的變化；讓學生感受科學規律源于實驗.通過觀察、分析數據背后所隱藏的物理意義，幫助學生在認知結構上構建新的物理情景，讓學生感受邏輯思維的力量.

教學過程設計

1暴露學生原有認知，并創設和原有認知相矛盾的實驗現象

實驗1 如圖1所示，閉合開關S后，依次閉合支路上的開關，觀察小燈泡的亮度變化和電壓表的示數變化.能夠觀察到小燈泡的亮度依次變暗.

問題1小燈泡為什么會依次變暗？減小的電壓去了哪里了？

實驗2如圖2所示，依次閉合支路上的開關，觀察此時小燈泡的亮度變化和電壓表的電壓變化值.能夠觀察到此時小燈泡亮度依然依次變暗，電壓表示數變小.

問題2此時小燈泡兩端減小的電壓去了哪里了？

通過問題1讓學生明確電流通過電阻后會產生電勢降落，為后邊的問題做鋪墊；問題2將本節重要概念電源內阻引出.

2設計方案，實驗探究

展示實驗室所用的開放化學電池，引導學生用此設計實驗，對提出問題進行探究.

實驗3利用開放電池對電阻供電，電路圖如圖3所示，分別測量外電路電阻不同時原電池內部電阻引起的電勢降落U2和外電阻引起的電勢降落U1（路端電壓）.記錄數據在

表1中.

表1

U1/V

U2/V

U1+U2/V

2.0

0

2.0

1.8

0.2

2.0

1.6

0.4

2.0

1.4

0.6

2.0

1.2

0.8

2.0

問題3觀察并分析實驗數據，回答能得出哪些實驗結論？

a.電路未接通時，U1最大；

b.開關閉合后，U1比剛才小了，電源內部電勢降落U2不為零；

c.U1與U2之和在誤差允許范圍內等于一個定值，即電路未接通時電源兩端電壓.d.隨著外電路電阻阻值的減小，U2逐漸增大，U1逐漸減小.

3針對核心問題，精講點撥

（1）電源內阻

分析結論：

a.電路未接通時，U1最大；

b.開關閉合后，U1比剛才小了，電源內部電勢降落U2不為零；

（2）電源電動勢

分析結論：

c.U1與U2之和在誤差允許范圍內等于一個定值，即電路未接通時電源兩端電壓.這個值是內外電路上電勢降落的總和；

之所以內外一共就降落這么多（我們可以利用手中的粉筆被抬高和它所降落高度進行對比）是因為電源將電勢抬高這么多！這個值就等于這個電源的電動勢大小.

4結合理論，總結提升

閉合回路中的電勢變化情況，電源將電勢升高，然后由于電源內部有電阻，本身會引起一定的電勢降落，電源提供給外電路的路端電壓實際上是剩余的部分.

在外電路上，正電荷在靜電力作用下由正極運動到負極，電勢能減小轉化為其他形式的能；在電源內部，需要非靜電力（化學作用）將正電荷由負極搬到正極，此時非靜電力對正電荷做功，其他形式的能轉化為電勢能.不同電源的電動勢越大，那么移動單位正電荷非靜電力所需要做的功越多，能量的轉化就越多.電源電動勢等于移動單位正電荷由負極到正極，非靜電力所做的功.

電動勢：電源將單位正電荷由電源負極移到電源正極非靜電力所做的功.

單位：伏特

物理意義：表征電源其它形式的能轉化為電能特性.

大?。弘娫床唤尤腚娐窌r其兩端的電壓，由電源本身決定.

舉例：開放電池、手機電池

5應用新認知，解決實際問題

觀察生活常見的電池，不同電池商標上的標識不同，分別代表什么意思？

教學反思

（1）“電池在供電時，其兩端電壓是不變的”這是學生的前概念，從物理上來講這個前概念是片面的，只有理想電池才滿足這樣的條件；而從心理角度來講，這個前概念是學生學習本課的第一阻力.因此，本節課從演示實驗開始，讓學生真實看到電源供電時，其兩端電壓會隨著外電路的變化而改變，創設和學生認知相矛盾的現象，打破學生的認知平衡，激發學生思考.

（2）在探究階段，引導學生利用實驗來驗證猜想，學生共同參與實驗過程、數據讀取和處理，提高學生學習興趣和課堂參與度，讓學生體會科研過程.在實驗過程中凸顯學生的主體地位.

（3）在數據深入分析階段，學生的能力水平是：能夠認識到內外電路上的總電壓是一個定值；通過提醒，學生意識到這實際上是內外電路上總的電勢降落；教學目的是讓學生意識到這意味著電源在電路中總的電勢升高，這里就要放慢節奏，通過類比物體高度的變化，幫助學生構建物理情景，建立新的認知結構.

在需要點播的部分又發揮了教師主導作用.