剖析電阻“U-I”圖像，談物理觀念的科學表達

陳宗獻

摘? ?要：物理是一門自然科學，物理概念、原理、定律、公式、實驗結論、圖像的表達都有它的科學性、嚴謹性和嚴密性，若不能科學表達，往往會傳遞錯誤的信息，得出錯誤的結論，甚至背離學科核心素養。

關鍵詞：核心素養;物理觀念;科學表達

無論是教學還是考試與評價，都是圍繞學科的核心素養展開，任何學科無一例外。因此，在教學中培養學科核心素養是為師的職責，更是落實立德樹人根本任務的要求。眾所周知，物理觀念貫穿物理教學和考試與評價的始終，是教學與考查不可或缺的元素，縱觀各級各類考試，物理觀念滲透于各種題型，剖析學生失分的諸多因素，不難發現，不能科學表達物理知識是其中失分的重要原因，所以，學生唯有牢固掌握學科知識并科學表達才能決勝各種考試。為此，筆者從“U-I”圖像入手，談幾點物理觀念的科學表達。

1? 科學表達物理函數圖像

眾所周知，圖像以它的形象直觀特點廣泛應用于各學科教學，許多學科期刊雜志和網絡發表了有關它在各學科應用的文章，物理學科應用圖像教學也不例外，物理過程和規律的描述，物理概念和模型的建立，物理量間的關系及變化趨勢的表達等都離不開圖像的身影，更是在解決物理問題時發揮著重要作用，但函數圖像表達的科學性似乎很少有人關注，以至于出現錯誤的表達，至今還在練習、試卷、課輔材料、甚至中考試題中沿用卻渾然不知。

如圖1是筆者隨拍的幾張圖片，且看題目中所畫的“U-I圖像”，從函數來說，存在兩個變量，分別為自變量和因變量，在函數圖像中，橫坐標表示自變量，縱坐標表示因變量，圖像直觀反映因變量隨自變量變化關系和變化趨勢，即縱坐標的因變量隨橫坐標的自變量變化。因此圖1函數圖像所表達的是U隨I變化，單從數學來說是無異議的，但要從物理學角度看，U隨I變化是錯誤的，因為電壓是形成電流的原因，先有電壓而后才可能有電流，即電壓不可能隨電流變化，只可能電流隨電壓變化。所以筆者認為圖1所畫的電阻“U-I圖像”是錯誤的，“I-U圖像”才是正確的，才是物理學科函數圖像的科學表達。

又如：圖2題中所提供的答案選項是“U-I圖像”，它的科學性前面已有討論，這里不再探討，但針對題中所提供的正確答案A圖，筆者有個人見解，暫且不追究“U-I圖像”的科學性，筆者認為圖像存在明顯瑕疵，分析如下：圖像所描述的是變阻器R2兩端電壓隨通過電流的關系，分析題意可知，移動滑動變阻器R2滑片P，不管R2有多大，有R1的存在，R2兩端電壓都不可能等于電源電壓，只會接近電源電壓（除非R2開路，才會等于電源電壓），所以圖像不能客觀反映變阻器R2兩端電壓隨通過電流的變化關系，即題中A圖不符合客觀事實，筆者認為，用圖3圖像替換題中的A圖才比較符合題中的客觀實際。

2? 科學表達物理定律

物理定律是自然界的客觀規律，是實踐和事實所證明的普遍規律，它的正確性不容置疑，但總有同學在表達定律內容時出現這樣或那樣的問題，如漏字、改字、順序顛倒等，致使所表達的意思與原定律內容存在較大的偏差，甚至出現邏輯性錯誤，因此，教學時教師要適時提醒學生注意物理定律內容描述的科學性、嚴謹性和嚴密性。

如：歐姆定律（內容：一段導體中的電流，跟加在這段導體兩端的電壓成正比，跟這段導體的電阻成反比）。關于歐姆定律內容的表達有以下幾點值得提醒：①“一段、這段、這段”體現一致性，指同一導體（或同一部分電路）;②電壓前需加“兩端”，指出電壓不存在點電壓;③“成正比、成反比”，不是簡單說明一物理量隨另一物理量增大而增大或增大而減小，還著重強調變化的倍數是一樣的。

又如：光的反射和折射定律。關于光現象的這兩個定律，描述的是光在傳播過程中發生反射和折射現象時，反射光線、折射光線隨入射光線變化所遵循的規律，是反射角、折射角隨入射角變化的規律。但在表達定律內容時，還是有不少同學缺乏物理層面思考，沒有先后觀念和因果的思慮，沒有把反射光線、折射光線寫前面，沒有把反射角、折射角寫前面，如此順序顛倒的表達，顯然犯了因果毛病。

3? 科學表達物理概念和定義

物理概念和定義是科學嚴謹和嚴密的，它是物理現象和物理過程的科學抽象，源于科學實踐。準確表達物理概念和定義是學科核心素養的要求，是學科育人價值的集中體現，可以培養學生嚴謹的科學態度和縝密的科學思維。如，光的折射現象概念：光從一種透明介質斜射入另一種透明介質時，光的傳播方向一般（或通常）會發生改變，這種現象叫光的折射。概念中的“斜”字排除了“垂直”情況，“一般（或通常）”考慮了個別特例（透鏡中過光心的光線光的傳播方向不改變，這是折射現象的特例）。又如，燃料熱值的定義：人們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與所用該燃料的質量之比，叫做這種燃料的熱值。定義中的“完全”就是告訴我們燃料唯有完全燃燒放出的熱量與質量的比值才是熱值。由此可見，物理概念和定義的描述，措詞嚴謹，關鍵字詞不得隨意丟棄或修改，這才是它們科學性、嚴密性和準確性的體現。

4? 科學表達公式的物理意義

一個物理公式有其物理意義和數學意義，有的公式物理意義和數學意義相同，有的公式物理意義和數學意義是不一樣的，因此，表達公式物理意義時，要立足學科核心素養，區別對待不同的物理公式，不能盲從數學，否則會出現與學科知識沖突或背離。

如，涉及物質屬性或特性物理量的公式及變形公式，物理意義和數學意義是不一樣的，描述時必須避免數學化，否則會與物質的性質或特性相矛盾。如密度公式（ρ=m/V）、比熱容公式[c=Q/（m·Δt）]，由于它們都是物質的屬性，大小皆由材料或物質的種類決定的，跟公式中的其它物理量無關，因此即使控制了變量，也不能說密度、比熱容與某個物理量成正比或成反比。它們的變形公式同樣存在科學表達問題，如m=ρV，不能說體積一定，質量與密度成正比，只能說同體積的不同物質，密度大的物質質量大。又如V=m/ρ，不能說質量一定，體積與密度成反比，只能說同質量的不同物質，密度大的物質體積反而小。

再如，電阻公式（R=U/I），顯然導體的電阻大小取決于材料、長度、橫截面積和溫度，與通過導體電流和加在導體兩端電壓無關，因此不能說電流一定，電阻與電壓成正比，也不能說電壓一定，電阻與電流成反比，否則會與電阻是導體的性質相矛盾。

5? 科學表達實驗結論

實驗探究題是初中物理各級各類考試不可或缺的題型之一，主要考查學生科學探究的各方面能力，考查學生觀察和分析實驗現象、分析和處理實驗數據、歸納總結得出結論的能力，然而在各種考試中，總有同學不能科學表達實驗結論，忽略前提條件、變量不控制、漏字、順序顛倒是他們常有的表現。

如，考查探究電流與電壓關系實驗時，學生常有“電壓與電流成正比”結論，考查探究電流與電阻關系實驗時，常有“電阻與電流成反比”結論，顯然這兩個實驗結論都忽略了控制變量，另“電壓與電流”“電阻與電流”順序出現了顛倒，前者犯了因果毛病，后者與電阻是導體的性質相矛盾;又如，當一個物理量與多個物理量有關時，探究方法的最佳選擇就是控制變量，且只能唯一變量，若所描述的探究結論要指出物理量間的具體關系，沒有變量的控制，那一定是錯誤的;然而在考查時，不控制變量的實驗結論卻大有人在。

當然，獲取實驗結論的渠道有多種，有的實驗只需通過觀察實驗現象并進行分析便可得出，如探究影響壓力作用效果的因素，透鏡對光線的作用，探究凸透鏡成像規律，探究影響液體蒸發快慢的因素，探究電阻的大小與哪些因素有關，探究怎樣產生感應電流等;有的實驗需采集多組實驗數據并進行分析才能得出結論，如探究杠桿平衡條件，探究電流與電壓和電阻的關系，探究串并聯電路的電流和電壓規律等;有的實驗要在實驗基礎上進行推理才能得出結論，如真空不能傳聲。總之，不管通過哪條渠道得出實驗結論，科學是第一條。因此，在培養學生科學思維、科學探究能力的同時，要培養學生分析實驗現象、分析和處理實驗數據得出科學實驗結論的能力并進行科學表達。

總之，學科核心素養貫穿教學和考試與評價始終，培養學生學科核心素養重任在肩，唯有張緊學科核心素養這根弦，才能科學施教，傳授科學知識，才能培養學生嚴謹的學習態度和掌握扎實的學科知識，才能科學表達物理觀念。

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