科學探究下的《歐姆定律》課堂

邵韜 楊巧及

摘 要：本文以人教版物理選修3-1《歐姆定律》為例，以科學探究素養水平的發展為目標，優化課堂教學內容，談談基于核心素養的培養而設計的物理課堂的優勢所在.

關鍵詞：核心素養;科學探究;素養水平發展;教學設計

中圖分類號：G632?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2022）24-0050-03

收稿日期：2022-05-25

作者簡介：邵韜（1993-），男，浙江省寧波人，本科，中學二級教師，從事中學物理教學研究.

1 課堂教學該立足于“知識陳述”還是“素養發展”

學生在初中已經利用限流電路通過實驗得出歐姆定律，若在高中課堂以“電阻”、“歐姆定律”等知識為線索展開課堂教學，很容易陷入教學內容重復、課堂內容枯燥、新課變習題課的境地.物理學家勞厄說過：“重要的不是獲取知識，而是發展思維能力.教育無非是一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下的東西.”《高中物理課程標準》要求將以知識學習為目標的教學體系轉變到以物理學科核心素養培養為目標的教學體系上來，教師應基于核心素養確定教學的目標和內容.《歐姆定律》可利用實驗豐富的天然優勢，著重培養學生的科學探究素養.

2 指向科學探究素養水平發展的課堂環節設計

《高中物理課程標準》將科學探究素養分為問題、證據、解釋、交流四個維度，并劃分5個水平（L1、L2、L3、L4、L5）.據此本堂課設計四個教學環節（P1、P2、P3、P4），逐級發展學生科學探究素養水平.）如圖1.

3 課堂各環節的教學內容和實施方案

環節一：溫度報警器中的“聰明”的導體

【實驗準備】從高溫報警器拆解下來的電路板（如圖1），接通電源后，調節報警溫度30℃

【探究過程】引入溫度報警器實驗，作為本堂課的線索

學生體驗：一名學生手觸如圖2紅色導體（熱敏電阻），電子屏顯示溫度上升，直至觸發蜂鳴器報警.導體好似能“感受”到溫度的升高，猜想導體內部電流發生變化！

【問題驅動】通過上述活動，學生提出需要探究的核心問題：流經導體的電流與導體兩端的電壓有什么關系？

環節二：探究金屬導體的電壓與電流關系

【實驗準備】導體1（5Ω）、導體2（10Ω）、滑動變阻器（50Ω）、電壓表、電流表、蓄電池3節、開關、導線若干

【探究過程】教師通過問題引導，帶領學生完成課堂演示實驗

探究1：實驗電路的選擇

教師提問：能否再添加一根導線，將限流式電路如圖4“變”為分壓式電路如圖5？

學生觀察：比較電路圖，發現滑動變阻器在限流電路中“一上一下”的連線特點和在分壓電路中“一上兩下”的連線特點，一名學生上講臺連接導線.

教師提問：限流式電路和分壓式電路的電壓變化范圍哪個大？

學生體驗：學生移動滑片，觀察電壓變化特點，選定分壓式電路作為實驗電路.

探究2：實驗數據的采集

教師講解：電表讀數規則.

學生觀察：教師逐次閉合開關并移動滑片，學生讀數并記錄6組數據，如圖6（a）.

探究3：實驗數據的處理與分析

教師提問：利用Excel繪制U-I圖像，如圖6（b），你能從圖像上獲取什么信息？

圖6

學生活動：觀察圖像，小組討論交流，學生代表陳述討論結果：

結論1：導體的U-I圖像是一條過原點的直線.金屬導體是線性元件！

結論2：對于同一導體，電壓與電流比值一定;對于不同導體，電壓與電流的比值不同.這個由導體本身所決定的常數就是電阻！

結論3：對于同一導體，電壓大的導體流經的電流大;對于不同導體，相同電壓下，電阻大的導體流經的電流小.這個規律就是歐姆定律！

【問題驅動】學生發現定值電阻并不能解釋溫度報警器的工作原理，提出問題：是否所有導體都遵循電阻不變的規律？

環節三：測繪小燈泡的伏安特性曲線

【實驗準備】小燈泡（2.5V、0.3A）、滑動變阻器

（20Ω）、電壓表、電流表、蓄電池2節、開關、導線若干

【探究過程】兩名學生一組，在教師巡視指導下，完成課堂實驗

任務1：設計實驗電路圖并完成實物連線

任務2：使用電表讀數并記錄數據

任務3：描繪伏安特性曲線

任務4：根據所繪的圖像，發現特點，得出結論，并解釋原因

【實驗報告】

實驗名稱：描繪小燈泡的伏安特性曲線

班級 學號 姓名

電路設計（如圖7）及實物連接（如圖8）：要求電壓能從零開始測量、連接電路后，閉合開關前把滑動變阻器調到分壓為零處

數據采集：在電壓為0.50V附近多測幾組數據

伏安特性曲線：用一條光滑曲線擬合各點（圖9）

實驗結論：

【問題驅動】投影展示并點評學生所繪曲線，教師告訴學生燈絲電阻隨溫度升高而增大，溫度報警器的導體是熱敏電阻，電阻隨溫度的升高而減小.這些非線性元件在電子技術領域有很重要的應用，各小組課后展開探究二級管并撰寫實驗報告！

環節四：探究晶體二極管的工作特性

【實驗準備】晶體二極管（導通電壓約0.7V）、滑動變阻器（20Ω）、電壓表、電流表、電流傳感器、電壓傳感器、DIS數字信息系統、計算機、蓄電池、開關、導線等

【探究過程】兩名學生一組，制訂實驗方案，選擇電學儀器并完成實驗

【實驗報告】

實驗名稱：

班級 學號 姓名

一、實驗目的：

二、實驗儀器：

三、電路設計：

四、實驗內容及步驟：

五、數據記錄表格：

六、數據處理（用坐標紙或計算機打印）：

七、實驗結論：

八、反思與建議：

4 基于核心素養理論去設計的物理教學的優勢所在

本堂課中的溫度報警器作為線索，不斷驅動著學生提出新的問題，引發實驗探究活動.在探究過程中，學生經歷獨立思考、合作學習、實驗操作、陳述總結等多樣化的學習體驗，認識電阻、線性元件和非線性元件、伏安特性曲線等物理觀念，掌握歐姆定律、分壓式電路等物理規律，逐步發展了科學探究素養.因此，基于核心素養理論去設計的物理教學，通過問題引發探究，經歷體驗內化認知，既激發了學生的學習欲望，也符合學生的認知發展規律，促使核心素養的培育在物理課堂中落地生根！

參考文獻：

[1] 吳楠.科學論證取向的高中物理歐姆定律教學研究[J].中學物理教學參考，2020，49（12）：52.

[2] 張建國.運動DIS探究“導體的伏安特性”教學設計[J].中學物理教學探討，2015（6）：73-78.

[3] 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.普通高中物理課程標準[M].北京：人民教育出版社，2018：79-80.

[責任編輯：李 璟]