基于電子表格的初中物理“歐姆定律”內容優化及教學建議

李昱靜 錢長炎 周勝林

摘?要：“歐姆定律”是初中物理課程的重要內容之一，長期以來備受物理教育研究者和廣大教師的關注，然而就如何將現代信息技術融入該內容及其教學過程，尚未見有過較深入的探討.本文將電子表格與初中物理“歐姆定律”及相關內容有機融合，改進科學探究過程，以期提高教學質量.

關鍵詞：初中物理;電子表格;科學探究;“歐姆定律”

文章編號：1008-4134（2020）02-0061?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：李昱靜（1996-），女，山東博興人，碩士研究生，研究方向：中學物理教學;

錢長炎（1964-），男，安徽樅陽人，博士，教授，研究方向：中學物理課程與教學;

周勝林（1995-），男，安徽樅陽人，碩士研究生，研究方向：中學物理教學.

在初中物理課程中“歐姆定律”處于電學部分的獨特位置，具有承上啟下的作用.根據初中學生學習的心理特點，在教科書內容的選擇、編排和教學中融入現代信息技術更有助于學生學好“歐姆定律”.

隨著社會的發展，現代信息技術也呈現快速更新的特點，本文對普及性較強的電子表格在該部分知識的教科書內容及教學實施中的應用作較為深入的探討，以期為該內容的教學提供一些有益的借鑒.

1?初中物理“歐姆定律”內容的主要特點及教學要求

為了深入探討電子表格在初中物理“歐姆定律”及相關內容的優化和教學中的應用，有必要對該內容的主要特點及教學要求加以概括說明.

在我國現行初中物理課程中，“歐姆定律”是“電磁能”主題的重要組成部分.該定律揭示電路中電流、電壓和電阻三者之間的關系，既是學生已學電學知識的綜合和深化，又是后續相關內容學習的基礎和前提.同時，該內容既包含定性描述與定量研究，又綜合理論分析與實驗探究，更凸顯其既是初中物理教學的重點，又是學生學習的難點.

對于“歐姆定律”，物理課程標準要求學生達到“理解”的水平[1].課標解讀對此作了進一步說明，指出必須通過實驗探究引導學生發現各物理量之間的關系，掌握科學探究方法，歸納科學規律[2].這些要求不僅對教科書內容的選擇與編排作了明確規定，而且為教學實施過程的組織和安排提出了建議.此外，有關研究表明，學生在實驗時不明確實驗數據的描繪方式，不理解“圖像法”引入的意義，在繪制圖像時更不知道該如何確定橫縱坐標的物理量[3].

因此，在初中物理“歐姆定律”及相關內容的教科書編排與教學實施中必須尋求合適的現代信息技術手段來進行優化，而電子表格恰可擔此重任.

2?運用電子表格優化初中物理“歐姆定律”及相關教學內容

電子表格因其具有強大的數據記錄與數據處理功能，所以廣泛應用于教學等領域.對于“歐姆定律”及其相關內容而言，在教科書編排時，可以利用電子表格對實驗數據及實驗結果進行直觀展示，使教科書插圖的編排更加優化.在教學過程中，電子表格能將實驗探究過程以動態的形式呈現出來，幫助學生學習、理解物理規律.因此，根據“歐姆定律”內容的主要特點，運用電子表格對教科書中的數據記錄表、數據圖像等內容進行適當優化.

實驗數據的記錄是探究各物理量之間關系的基礎，但在進行探究實驗，尤其是“探究電流與電阻的關系”實驗時，學生往往忽略保持電阻兩端的電壓不變，因此建議在數據記錄表格中添加“電壓”一欄并加深顏色以示提醒，如圖1所示.同理，在“探究電流與電壓的關系”時數據記錄表也應依此處理.運用電子表格對數據記錄表進行呈現，不需要重新設置實驗編號，以豎排的形式進行記錄，又為教科書節省大量的空間.

“圖像法”的運用既能培養學生選擇合適的方式表達數據間關系的能力，又能將實驗結果直觀地展示出來.但在繪制圖像時對于橫縱坐標的確定方式并沒有明確的規定，代表性教科書則直接給定圖像，要求學生描點劃線，如圖2（a）所示[4].我們認為應當遵循“橫坐標為自變量，縱坐標為因變量”的數學原則，在“探究電流與電壓的關系”實驗中，首先對U-I圖進行繪制，同時為了使結果更具說服力，再引導學生設計I-U圖，如圖2（b）、（c）所示.由于電子表格自帶網格且本身就具有圖像繪制的功能，作為插圖運用于教科書中，與數據記錄表和實驗數據結果圖相承接，使編排具有一致性，并且以可視的方式對內容進行推進.

各版本教科書在課標的要求下，大都以先進行實驗探究后推導“歐姆定律”的順序進行設計，有的教科書基于難點分散的考慮選擇將實驗探究與規律總結及應用分為兩節進行編排.但在對物理規律進行推導時都缺乏必要的實驗材料支撐，因此建議插入適當的實驗數據結果圖對內容進行過渡，如圖3所示.這樣不僅可以幫助學生回憶實驗探究內容，而且可以根據圖表順理成章地推導出物理規律.

電子表格的數據記錄與圖像繪制功能與該部分內容巧妙契合，用其進行教科書插圖的繪制簡單明了，既可與科學探究相融合，又符合教科書插圖刺激回憶、采取多重方式呈現的原則[5].

3?電子表格在初中物理“歐姆定律”教學主要環節中的應用

教科書在編排初中物理“歐姆定律”及相關內容時恰當使用電子表格可使內容在呈現方式上得到優化.同時由于電子表格具有圖線擬合仿真模擬物理規律的功能，將其運用于教學實施的主要環節中更能幫助學生構建科學規律，提高教學質量[6].

首先，回憶探究實驗，進行新課引入.“歐姆定律”內容與公式的推導離不開探究實驗的支撐，因此在構建物理規律之前，有必要帶領學生回憶探究實驗的主要內容.如圖4所示，運用電子表格展示探究實驗中的實驗電路圖與部分實驗數據記錄表，在實驗電路圖中通過插入滾動條的方式來表示滑動變阻器的可調節性. 通過圖表帶領學生復習探究實驗的原理、過程及實驗數據記錄的方式，為“歐姆定律”的推演作鋪墊.

其次，展示實驗結果，構建物理規律.在結束對探究實驗的復習后，利用電子表格的圖線擬合功能，對電流、電壓與電阻之間的線性關系進行展示，如圖5所示.通過分析圖像不難發現“I∝U”與 “I∝1R”的比例關系，更可以直接得到“歐姆定律”的數學表達式.進行圖像展示，既能直觀展現各物理量之間的關系，建立物理規律，又能促使學生理解引入“圖像法”的意義.

由于電子表格具有一個文件同時建立多個工作表的功能，因此在開展以上兩步教學環節時，物理知識是以動態的、可視的形式連貫展出的，如此一來學生的思維過程是連續的、不間斷的，對于抽象邏輯思維還未完全建立的初中學生來說，這樣的教學方式更有助于學生理解并掌握物理規律.

最后，呈現測評試題，進行教學評價.鑒于“歐姆定律”的重要性，在教學結束后有必要對知識進行及時的復習與鞏固，測評試題如圖6所示.在對知識進行復習時運用電子表格進行問題的展示不受時間地點的限制，測評形式多樣，真正做到實時測評.

將電子表格融入物理規律教學，既為科學探究開拓了新的手段，又能激發學生的科學探究情感，不僅幫助學生在學習物理知識的同時培養信息技術素養，而且充分體現科學探究既是教學內容又是學生學習的主要方式.

綜上所述，我們發現運用電子表格既能在很大程度上改善初中物理“歐姆定律”及相關內容教科書中插圖的選擇，進一步利用其提高物理教學水平，又能在學生的日常學習中潛移默化地滲透信息技術素養.在信息技術高速發展的今天，聚焦最前沿的技術手段改善物理教學的同時，還應重視普及性廣泛的信息技術手段的教學改進功能，它們更容易使教學改進的成果得到大范圍的推廣與利用.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3]符東生.關于初中"歐姆定律"教學的思考[J].物理教學，2014，36（08）：41-43.

[4]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.義務教育教科書物理（九年級全一冊）[M].北京：人民教育出版社，2013.

[5]吳迪青.用Excel仿真模擬中學物理規律[J].物理教師，2017，38（03）：63-65.

[6]于國宏. 初中物理電學部分知識教學研究[D].蘇州：蘇州大學，2013.

（收稿日期：2019-10-15）