“小燈泡功率”教學案例剖析

魏櫻

摘 要：本文對“燈泡電功率”中燈泡實際功率的計算、燈泡的亮度由什么決定這兩例教學案例進行了剖析。

關鍵詞：電功率；教學案例；案例背景；案例剖析

[案例背景]

教學實踐中發現，學生在學習“電功率”一系列學習活動過程中，所表現出來的學習困難主要有：一是燈泡實際功率的計算；二是認為燈泡的亮暗是由燈泡的額定功率或通過燈泡的電流來決定的。因此，在本學期的教學過程中，設計了一些突破這種難點的教學方法。

[案例剖析]

1 課堂片段一：燈泡實際功率的計算

1.1 策略

由簡單問題入手，層層遞進突破難點。

1.2 過程

師：一個標有“6V 4W”字樣的燈泡的參數表示什么？

生A：6V表示燈泡額定電壓為6V；4W表示燈泡額定功率是4W。

師：好。那么，該燈泡正常工作時的電阻是多少？

生A：由功率P = U2/R可知，燈泡正常工作時電阻為R=U額2/P額=（6V）2 /4W=9Ω。

師：對。如果將該燈泡接入電壓為3V的電源上使用時，它的功率是多少？

生B：根據生A的方法有P實=U2/R =（3V）2 /9W=1W

師：此時燈泡功率為什么與剛才不相同？

生B：電壓不同，前者是額定電壓，功率為額定功率，此時燈泡功率是實際功率。

師：很好。如果將該燈與6Ω的電阻串聯后再接入電壓為6V的電源上使用時，其實際功率為多大？

生B：P = U2/（R+R0） = （6V）2/（6Ω+9Ω） = 2.4W。

師：同學們對生B的解答有什么看法？

生C：生B做的不對

師：為什么？

生C：他求的不是燈泡的電功率，而是整個電路的總功率

師：那燈泡的電功率怎么求？

生C：根據串聯分壓關系可知，燈泡兩端電壓是3.6V，代入剛才兩位同學所用公式得燈泡功率是1.44W。

師：生B，你還有什么想法？

生B：可以先求電流強度，即I = U/（R+R0） = 6V/（6Ω+9Ω） = 0.4A；然后求燈泡實際功率P實=I2R=（0.4A）2×9Ω = 1.44W。

師：你們能說一說運用公式P = U2/R計算功率有什么條件或要求嗎？

生B：電壓U應當是燈泡兩端的電壓，而不是總電壓。

師：很好，如果將該燈與另一個標有“6V 3W”的燈泡串聯后再接入電壓為 6V的電源上使用時，其實際功率為多大？

生D：后一個燈泡的R1=U額12/P額1=（6V）2 /3W =12Ω，兩燈串聯接在6V電壓后電路中的電流強度I = U/（R+R1）=6V/（12Ω+9Ω）=0.29A；則原來燈泡功率P實=I2R=（0.29A）2×9Ω = 0.73W。

師：還是剛才兩個燈泡串聯，那么整個電路允許消耗的最大功率是多少？

生E：老師“允許消耗的最大功率”是什么意思？

師：生E的問題，誰能夠幫助解答一下？

生C：我認為隨著加在串聯電路上電壓增大，可能會燒壞燈泡，所以當加在串聯電路上電壓最大時，電路消耗的電功率最大。

師：是這個道理，那么，電路所加的最大電壓是多少？

生C：求電流更方便。

師：為什么？

生C：因為兩燈串聯，電流相同，用允許電流最小的一個代入求。

師：那么求一求是多少？

學生活動：I額1=0.67A，I額2=0.5A，P大=I額22 （R+R1）= （0.5A）2 ×（12Ω+9Ω）=5.25W.

1.3 剖析

由于學生對電功率的概念剛剛建立，對實際功率的計算還不夠熟悉，也缺乏一定的方法指導。教學設計時，通過簡單問題引入，引導學生區別額定功率與實際功率，然后逐步復雜化，把教學細節拉長，不斷追問燈泡實際功率的計算，讓學生在足夠時間和空間下，豐富體驗。最后，學生在實踐過程體驗，歸納出策略性知識：

（1）當加在燈泡兩端電壓已知，我們可以利用燈泡電阻不變，先求出電阻，然后利用P實=U實2/R求出燈泡的實際功率；

（2）當兩燈泡串聯在電路中，求其中一個燈泡的電功率時，第一步先根據電源電壓和總電阻求出電流，再利用P實=I2R求出其中一個燈泡的實際功率；

（3）當兩燈串聯，要使燈泡不損壞，應該選擇燈泡最小的額定電流作為電路中的最大電流，當兩燈并聯，要使燈泡不損壞，應該選擇燈泡最小的額定電壓作為電路中的最大電壓。如果簡略了這一過程，學生原有的理解與抽象的算法之間會出現斷層，算法建構與已有經驗無法建立一種實質性的聯系。

2 課堂片段二：燈泡的亮度由什么決定

2.1 策略

由實驗入手，以演繹推理突破難點

2.2 過程

師：現將L1標有“PZ220-100”和L2標有“PZ220-60”兩只燈泡接在220V的電壓上，哪只燈泡亮？

生F：L1亮

師：為什么？

生：因為L1的額定功率大。

師：我們現在用實驗來驗證生F的觀點。

教師活動：將兩燈泡串聯接入電路中，閉合開關后。

學生活動：觀察現象。

實驗現象：L2比L1亮。（學生驚訝）

師：通過實驗現象，同學們來分析一下，生F觀點錯誤的原因是什么？

學生活動：分小組進行討論。

教師活動：深入小組參與學生討論，不給結論性評價，可以通過提問或提示的方式幫助學生認識的深化。

師：大家討論后，是否還認為燈泡的亮度是由額定功率？

生：（齊）不是。

師：那么，由什么決定？

生D：我認為由電流大小決定。

師：道理何在？

生D：因為通過L2的電流大，所以L2更亮一些。

師：你判斷的根據是什么？（學生沒有回答）

實驗：取下L1，現象：L2同時熄滅。

師：兩只燈泡是串聯還是并聯？

生：（齊）串聯

師：既然是串聯，那么通過L1、L2的電流什么關系。

生：（齊）相等

師：燈泡的亮度是由電流決定嗎？

生：（齊）不是。

師：那由什么決定呢？

實驗：將兩只燈并聯（外表與前例一樣，但內部連接方式不同），閉合開關。

現象：現L1比L2亮。

師：通過觀察實驗，你認為燈泡亮度由什么決定？

生：（齊）燈泡的亮度由實際功率決定。

師：你能否比較出兩燈串聯和并聯時，燈泡實際功率的大小？

生G：由于L2的電阻大于L1的電阻，串聯時，根據P=I2R得出L2的實驗功率大，燈更亮；并聯時，根據P=U2/R得出L1的實驗功率大，燈更亮。

結論：燈泡的亮度取決于實際功率，與額定功率無關。

2.3 剖析

教學過程中，設置沖突情景，糾正學生對知識的錯誤理解是一種有效的教學策略。教師向學生提供豐富的信息源以供其邏輯分析，當學生的舊有知識、經驗、前概念等與教師提供的材料產生矛盾沖突、產生悖論時，學生認知形成了沖突，產生進一步探究形成新的認知欲望，為前概念的修正、拓展提供了心理條件。本案例中，通過實驗讓學生兩次產生認知沖突，再次提出“燈泡的亮暗究竟由什么因素決定的問題”，學生在沖突認知的心理驅使下，借助教師的實驗展示及自身的理論分析，思維豁然開朗，從而順利建構了“燈泡的亮暗是由實際功率”決定的科學概念。

教學過程中，突破學生學習難點，要根據學生學習水平層次，物理知識結構特點靈活選擇相適應的方法來進行教學，這就是所謂的“教學有法，但無定法”的道理。要做到這一點，必須深入地鉆研教材，深層次地了解教學目標，對教材內容進行合理的重構；教師還必須認識分析學情，了解學生掌握了什么，會什么，思維能力層次與水平；教師還必須從多方面、多角度設計教學情境，運用不同的策略進行教學；實施過程中，還必須設身處地為學生著想，問題設計要充分考慮學生的知識結構，情景創設要充分暴露學生的認識沖突，并營造一種輕松、愉快的學習氛圍，不斷幫助學生突破難點，使學生學到初步的物理知識，得到觀察、分析、概括和應用等能力的培養。