“閉合電路歐姆定律”教學設計
——巧用“思維導圖”開展有效課堂教學

戎玲玲

(浙江省慈溪市橫河中學 浙江 寧波 315318)

“思維導圖”以直觀、形象的點線方式進行表達和思考，非常接近人的自然思維過程，不僅易于教師備課，學生筆記、整理復習知識點等，而且還可以巧妙地用在新授課上，使新課內容更有層次感、更有深度性，逐層打開學生的大腦思維，提高學生學習的自主探究能力，增強課堂的教學效率.

1 設計思想

在新課程改革背景下，如何提升學生的自主探究能力和發(fā)散性思維能力成為廣大一線教師共同面臨的挑戰(zhàn).思維導圖是一種以圖解的形式和網狀的結構，加上關鍵詞和關鍵圖像，儲存、組織和優(yōu)化信息的學習方法.其中的每個關鍵詞和關鍵圖像都承擔著特定的記憶，用來鼓勵新的思維，揭露事實、思想和信息，釋放大腦真正潛能，堪稱記憶的激發(fā)器.在已有知識的前提下，巧妙地建立思維導圖各分支，逐個分支展開新課教學，層層深入，不停地刺激學生大腦皮層，促進學生深入思考問題，系統性地學習新的知識，同時也激發(fā)學生主動學習新知識的積極性，提高學生學習的主動性，增強學生的探究能力和發(fā)散思維能力.

2 教學方法

通過思維導圖確定一級主題，逐個分支展開教學，從中使用到問題導學法、實驗探究法、觀察思考法、精講點撥法、小組討論法，體現“物理來源于生活，服務于生活”的教學理念.

3 教學過程

課前，先通過“iMindMap”軟件制作好本節(jié)課的動態(tài)思維導圖.課上，視屏上展示褶合起來的思維導圖，突出中心主題——閉合電路歐姆定律，如圖1所示，提醒學生今天所要講授的主題內容以及知識結構.

圖1 中心主題

3.1 分支一：知識回顧 展開問題

如圖2所示，進入分支一，展開3個關于本節(jié)內容有關的小問題，點擊問題，PPT大屏展示.

圖2 分支一

思考討論:

問題1：靜電力做的功W與電荷量q及兩點間的電勢差U的關系?

問題2：電動勢的物理意義及定義？

問題3： 部分電路歐姆定律的內容、表達式及適用范圍？

查看課本，回顧所學，回答問題.

設計目的:復習已學知識，為本節(jié)課“閉合電路歐姆定律”的推導做好知識鋪墊.

3.2 分支二：情景引入 導出問題

如圖3所示，進入分支二，演示小實驗，分析電路結構，觀察實驗現象，探索實驗原因，引導學生合理猜測.

圖3 分支二

演示實驗：

如圖4所示，觀察在S,S1,S2依次閉合時電壓表示數變化情況和小燈泡1的亮暗變化，積極思考小燈泡1亮暗與電壓是否有一定關系.

圖4 演示實驗

生：實驗現象，電壓表示數在S,S1,S2依次閉合時，逐次減小；在S,S1閉合后小燈泡1發(fā)光，再閉合S2后小燈泡1亮度變暗.說明小燈泡1兩端電壓在變小，即電源兩端電壓變小.

引出問題：電源兩端電壓為什么會發(fā)生變化呢？

學生根據已學知識猜測，但眾說紛紜，矛盾出現，引出本節(jié)主題.

設計目的:通過演示實驗使初、高中知識發(fā)生碰撞、沖擊，產生矛盾，學生迫切想要明白這一現象，激發(fā)進一步學習的熱情.

3.3 分支三：閉合電路結構重新認

如圖5所示，進入分支三，從最簡單的閉合電路圖展示出發(fā)，帶著問題，逐層了解電路中內、外部分的物理量和電流、電勢變化情況.

圖5 分支三

思考討論:

問題4：最簡單的閉合電路是由哪幾部分組成的？描述物理量是什么？

問題5：在外電路中，沿電流方向，電勢如何變化？為什么？在內電路中，沿電流方向，電勢如何變化？為什么？(提示：電源內阻上有沒有電勢降落)

學生活動：學生帶著問題，閱讀課本，積極思考，討論交流.

師生總結：閉合電路包括內電路(內電阻r)和外電路(外電阻R)，如圖6所示.

圖6 閉合電路構成

教師點擊三級分支，PPT動態(tài)展示電路微觀模型和電勢變化圖解，如圖7和圖8所示，強化認識.

圖7 電路微觀模型

圖8 電勢變化圖解

師生總結：正電荷的移動方向就是電流方向，在外電路中，正電荷受靜電力作用，從高電勢向低電勢運動.化學反應層中，沿電流方向電勢升高.在正負極之間，電源的內阻中也有電流，沿電流方向電勢降低.電源內部出現電勢升中有降.

3.4 分支四:功能關系理一理 電流規(guī)律從中找

進入分支四，先從二級分支——能量關系，如圖9所示，了解內外電路上能量以及相互關系，PPT問題展示.

圖9 能量關系

思考討論:閉合電路中的能量轉化問題

如圖10所示，電源電動勢為E；當開關閉合后，電路中的電流為I，通電時間為t.試回答下列問題：

(1)若外電路中的用電器都是純電阻R，在時間t內外電路中有多少電能轉化為內能？

(2)內電路也有電阻r，當電流通過內電路時，也有一部分電能轉化為內能，是多少？

(3)電流流經電源時，在時間t內非靜電力做多少功？

(4)以上各能量之間有什么關系？

圖10 閉合電路

學生獨立思考，求解問題.代表交流自己的問題答案，對某些部分詳細講解，并對異議部分與同學討論。

師生總結：

Q外=I2Rt

Q內=I2rt

W=Eq=EIt

根據能量守恒定律，非靜電力做的功應該等于內外電路中電能轉化為其他形式的能的總和.

W=Q外+Q內

即

EIt=I2Rt+I2rt

進入分支四上的另一個二級分支——閉合電路歐姆定律，如圖11所示，PPT展示問題，引導學生自主推導閉合電路歐姆定律.

圖11 閉合電路歐姆定律

思考討論:閉合電路歐姆定律

問題6：若外電路是純電阻電路，依據上面得到的結果，推導出閉合電路中的電流I與電動勢E,內電阻r,外電阻R的關系式.

問題7：根據部分電路歐姆定律，總結閉合電路歐姆定律的內容、表達式，并思考閉合電路歐姆定律的適用條件.

問題8：以下4個公式，其適用范圍是什么？所描述的側重點各有什么不同？

(1)W=Q外+Q內

(2)E=IR+Ir

(4)E=U外+U內

學生自主推導閉合電路中的電流I與電動勢E,內電阻r,外電阻R的關系式.總結歸納，交流評價，記錄筆記,交流討論,思考回答.

師：總之，無論何種形式，本質上都體現了電路中能的轉化和守恒.

返回到分支四，如圖12所示，展開閉合電路歐姆定律的內容，用思維導圖進行知識點歸納，分支展開，使定律更具體、更系統，學生也將更全面地看到主次內容，層次感更強，更容易理解，記憶效果明顯提高.

圖12 分支四總電流

3.5 分支五：外電壓變化多 秘密負載尋

進入分支五——外電壓，引導學生認識到由于閉合電路中電源內阻不能忽略，外電壓不一定等于電源的電動勢，PPT展示問題，引導學生應用閉合電路歐姆定律進行探究.

思考討論:

問題9：對給定的電源，E和r均為定值，外電阻R變化時，電路中的電流I如何變化？

問題10：若外電阻R減小，路端電壓U外會有怎樣的變化？

學生活動：積極猜想.根據所學推導回答，分析數據，交流討論.

外電壓的變化出現矛盾，教師引導學生通過實驗來驗證.

實驗探索，驗證猜想:

(1)引導學生，設計實驗方案，畫出電路圖.典型電路圖，思維導圖二級分支展示，如圖13所示.

圖13 實驗探索

(2)請3個學生上臺操作，由大到小改變外電阻，記錄電流表、電壓表的示數變化情況，并記錄在相應的表格中.

如表1所示，進入Excel表格實驗數據輸入.

表1 實驗數據記錄表

問題11：分析實驗數據，得出,當外電阻減小時，電流和路端電壓如何變化？并嘗試用閉合電路歐姆定律解釋.

實驗現象：R減小時，I增大，U減小.

教師引導，小組討論，分析得出結論：

由E=IR+Ir,U外=E-Ir得出路端電壓U減小.

進入分支五中的下一分支——實際應用，如圖14所示，引導學生從理論回到生活，讓學生體會到學習物理的實際意義.點擊應用的下一級分支——引入實驗分析，進入PPT問題展示.

圖14 實際應用

問題12：回顧分析情景引入中演示實驗的現象產生的原因？

生：當S2閉合時，負載增多，總外電阻變小，電流增大，路端電壓減小.此時，燈泡1兩端電壓小于燈泡1的額定電壓，故燈泡1變暗.

類比：課本中說一說，進行解釋.

問題13：依據實驗的數據，以路端電壓U為縱坐標，電流I為橫坐標，采用描點、excel擬合圖像的方法，作出U與I的圖像.

問：(1)外電路斷開的狀態(tài)對應于圖中的哪個點？從圖像讀出此時的路端電壓是多少？路端電壓與電源的電動勢有什么關系？

(2)電源短路的狀態(tài)對應于圖中的哪個點？從圖像讀出此時的電流大小是多少？

(3)電動勢E的大小對圖像有什么影響？

(4)r的大小對圖像有什么影響？

學生小組討論，分析得出結論.

生：外電路斷開時，對應U-I圖像的縱軸截距，此時路端電壓等于電源電動勢.可根據這個道理測量電源的電動勢.

外電路短路時，對應U-I圖像的橫軸截距，此時，電流為短路電流I短，短路電流很大.電流過大，會燒壞電源，甚至引起火災.因此，絕對不允許將電源兩端用導線直接連接在一起.

電動勢E越大，圖像的縱軸截距越大.

師：可見，利用U-I圖像可以求解電源電動勢E和內阻r.

點擊返回思維導圖，展示U-I圖像分支，強化印象.繼續(xù)進入實際應用的下一級分支——典例分析，進入PPT問題展示.

問題14：如圖15所示，R1=14 Ω，R2=9 Ω，當開關處于位置1時，電流表讀數I1=0.2 A;當開關處于位置2時，電流表讀數I2=0.3 A.求電源的電動勢E和內電阻r.

圖15 電路圖

學生活動：自主思考，求解問題，交流評價.

PPT展示具體解題步驟，了解書寫過程.

師：本例題又提供了一種測電源電動勢及內阻的方法——公式法.

返回到分支五，總結負載變化時對外電壓的影響關系，掌握求解電源電動勢和內阻的兩種方法.

3.6 課堂小結真方便 導圖褶合思路清

問題：回視思維導圖，本節(jié)課你都學到了哪些知識？請大家課后，整理本節(jié)知識點，確定次級分支，也用彩筆畫一畫思維導圖，鞏固加深印象.

設計目的:回顧本節(jié)知識，學習自己用思維導圖來整理、總結知識.

4 完整思維導圖

完整的思維導圖如圖16所示.

圖16 完整的思維導圖

5 課后反思

物理學是一門以實驗和邏輯推理為核心的自然學科.筆者認為要想讓學生真正地學好物理，必須每個概念、規(guī)律都經得起理論的推敲和實驗的檢驗.演示實驗、課堂小實驗都是為物理概念和規(guī)律的建立完整性而服務的，學生從實驗中發(fā)現問題，激起探索物理知識的濃厚學習興趣和勇氣，促使學生積極主動地思考問題.教師適時引導，步步分層提問，讓學生在已有知識基礎上，進行理論分析.通過這種學習獲得的知識不僅僅停留在文字、公式上，學生更易于理解知識的內涵和外延.本節(jié)課從發(fā)現問題出發(fā)，經過理論分析，實驗檢驗，到新知識的應用，整個教學都在“和諧高效、思維對話”的理念下用“思維導圖”樹形結構的方式進行展開，旨在以“問題引領”形式，啟發(fā)學生思維,發(fā)動集體力量，克服學習困難.

思維導圖是一個很好的學習工具，以思維導圖的樹形結構分支展開教學，讓學生對本節(jié)知識點構成的認識更清晰.學生也可自我運用導圖進行課堂筆記、課后知識的整理.但這里也要提到，要完成一張思維導圖的制作，需要學生認真、仔細地重復閱讀課本中的內容，在主動思考之后，正確地提煉出里面的關鍵詞，它讓學生從被動抄寫、機械式的重復記憶的學習方式變?yōu)橹鲃訉W習，能加深對學習內容的理解和記憶.但是，學生需要對思維導圖的制作有一定的基礎，這可以在選修課中開一門思維導圖初級入門課，適當加以訓練，教師也可在平時教學中多展示，定期對學生的思維導圖作品進行點評，提高學生自我整理知識的能力.

1 郭新燕. 拓展型課程設計中提高課堂參與度的設計研究——以《思維導圖》課程為例：[學位論文]. 上海：上海師范大學, 2012

2 張鴻軍, 王燕. 思維導圖在培養(yǎng)學生良好思維品質方面的實驗研究.中國電化教育, 2007(5):64～67