串聯電路電流規律錯誤前概念糾正策略探析

葉 健

(泰州市姜堰區城西實驗學校,江蘇 泰州 225500)

很多學生會“憑感覺”“憑經驗”來學習物理,顯然這種方法并不可靠,有的甚至是錯誤的,這種錯誤的認識我們稱之為錯誤前概念.這種錯誤前概念并不是科學的物理概念,對學生形成正確的科學認識是不利的,物理教師要學會在教學過程中發現學生各種各樣的錯誤前概念,并在此基礎上尋找破解并糾正這類錯誤前概念的方法[1].文章根據個人的教學經驗談談串聯電路電流規律中的錯誤前概念,并嘗試提出糾正錯誤前概念的策略.

1 串聯電路電流規律兩類經典錯誤前概念

串聯電路中電流處處相等,筆者在教學中發現這一規律即使在中考前的一輪復習階段仍有少數學生不能正確掌握,細究學生對串聯電路電流規律的錯誤認識,主要存在兩類典型的錯誤認識.

第一類錯誤認為先流過的用電器中電流較大,后流過的用電器中電流較小,如圖1所示電路中,這類學生會認為流過燈泡L2的電流大于流過燈泡L1的電流,經過多次與犯這類錯誤的學生交流發現,他們認為,電流每流過一個用電器后,會消耗掉一部分電流(即用電器會“吃掉”部分電流),剩余的電流再流過下一個用電器,這便構成了電流規律當中的第一類錯誤前概念——用電器會“吃掉”電流.

圖1 串聯電路圖

第二類錯誤認為哪個燈泡更亮則流過哪個燈泡的電流更大.持這類觀點的學生將電流的大小與燈泡的亮暗直接畫等號,以圖1中的串聯電路為例,這類同學認為,若L1亮度大于L2,那么通過L1的電流大于通過L2的電流,很明顯這是錯誤的.我們知道,燈泡的亮暗是由燈泡消耗的實際電功率決定,而實際電功率的大小由電流和電壓兩個因素共同決定,因而并不能簡單的將燈泡的亮暗與通過的電流畫等號,這便是第二類錯誤前概念——流過燈泡的電流大小由亮暗決定.

上述兩類錯誤前概念是學生對電流規律錯誤理解中出現頻率最高的前概念,究其原因筆者認為可能與初中生的思維特點及個人生活經驗有關,那么如何糾正這兩類錯誤前概念,筆者認為可以運用討論法、實驗法和類比法予以破解.

2 串聯電路電流規律錯誤前概念糾正策略

2.1 創設激烈討論情境,引發不同認知沖突

情境教學是當下較為流行的教學模式,它通過創設真實令人感興趣的各類場景以激發學習者強烈的探究欲望,從而達到提高學習效率的一種教學方法.教師在糾正學生電流規律的錯誤前概念時,就不要怕學生產生各種各樣的錯誤認識,要敢于將問題暴露出來,引發不同錯誤認知的沖突.教師要大膽創設出有利于學生發表個人觀點的有效情境,讓學生說出各自對電流規律的可能猜想,下面是討論法的教學設計.

教師先將圖2所示電學元件連接好,接著設計問題引出探究主題.

圖2 電學元件連接示意圖

師:同學們知道這兩個燈泡形成的是什么電路嗎?

生:串聯電路.

師:閉合開關后,大家知道電流是如何流向的嗎?

生:從電源正極出發,先流過開關,再流過燈泡L1,接著流過燈泡L2,最后再流回到電源負極.

師:非常棒.

師:大家有沒有想過一個問題,電流在導線中依次流過開關、燈泡L1和燈泡L2,通過L1和L2的電流大小會有什么關系呢?請同學們先猜想然后小組討論,各組說出電流的大小關系.

生:思考討論.

經過激烈猜想討論后,教師可以找不同小組派出代表說出各組的猜想,然后摒棄毫無價值的或與主題相差甚遠的猜想,梳理出較有價值的猜想觀點,供下一環節備用.教師要注意留給學生足夠的時間猜想討論,讓學生暢所欲言,盡情表達個人的猜想,這樣才能引發不同觀點的認知沖突,加深對電流規律探討的印象.

2.2 開展真實學生實驗,歸納正確電流規律

實踐是檢驗真理的唯一標準,各組所產生的猜想究竟誰對誰錯,唯有進行實驗方能揭開謎底,在此,教師要準備探究器材,如電池、燈泡、開關、導線及電流表等,每小組一套器材,讓學生親手做實驗,通過操作得出串聯電路的電流規律,這一環節中,教師注意指導電路連接方法,幫助學生解決電路中出現的各類故障,為探究出正確的電流規律而掃除障礙.

顯然,可以用多只電流表串聯在電路中的不同位置以觀察其示數是否相同,還可以將同一只電流表先后接在電路中的不同位置以觀察其示數是否相同,從而總結出電流規律.相信在這一環節學生應當是最認真、最感興趣且最有疑惑的,對于實驗中出現的接在串聯電路中不同處的電流表示數都一樣這一現象,持“先流過的用電器電流大”和“燈泡亮的電流大”這兩種觀點的人肯定會感到困惑,真實的實驗現象擺在面前,實驗與猜想完全不符,但實驗是不會說謊的,只能是猜想錯了,這類學生不得不向實驗結果低頭,認可接受實驗結論,從而得到串聯電路中正確的電流規律.

2.3 引入水流類比方法,形成科學物理概念

學生對串聯電路電流規律的猜想和實驗得出的結論發生沖突時,顯然是實驗打敗了學生的錯誤認識,但這種錯誤的電流觀可能并不會善罷甘休,時間一久,學生的錯誤前概念又會爆發出來,為了及時糾正這種錯誤前概念,有必要通過一種新的方法幫助學生理解新生成的結論,讓學生認可接納電流規律,這里我們以水在管中流動形成水流加以類比,運用類比的方法破除學生錯誤的前概念以形成科學的物理觀念.

如圖3所示,將閥門打開時,水管中的水在水壓差的作用下沿管流動形成水流,水流經過水輪機時推動水輪機轉動,流入水輪機前的水流和流出水輪機的水流是同一股水流,顯然,水輪機并沒有將水“吃掉”,水輪機的轉動只是水流推動水輪機產生的結果,從能量轉化角度看,是水的勢能轉化成了水輪機的動能.

圖3 水流示意圖 圖4 電流示意圖

與此類似,如圖4所示,當電荷在導線中定向移動時形成電流,電流流過燈泡,燈泡會發光,流入燈泡的電流和流出燈泡的電流是同一股電流,流入和流出的電流一樣大,燈泡也并沒有“吃掉”電流,與水流流過水輪機時水輪機轉動類似,電流流過燈泡時,燈泡會發光,電路中的電能轉化為光能和熱能.盡管水流和電流存在諸多不同,但針對初中學生的思維特點,如此類比可以較好的幫助學生突破電流規律的錯誤前概念,得出正確的電流規律.

3 實例剖析

下面以一道例題來體會串聯電路中電流的特點,以鞏固本文前部分所破解的錯誤前概念,幫助學生樹立正確的電流觀.

例題如圖5所示,接通開關S后,關于電流表A1、A2的示數及流過燈泡L1、L2的電流,下列說法正確的是( ).

圖5 電路圖

A.因電流從正極依次流過燈泡L1、電流表A1、燈泡L2和電流表A2,故電流依次減小

B.因串聯電路電流處處相等,故兩電流表的示數相等

C.因電流先流過L1,后流過L2,故燈泡L1較燈泡L2亮些

D.因電流先流過A1,后流過A2,故A1示數大于A2示數

解析燈泡L1、L2和兩電流表A1、A2構成串聯電路,根據串聯電路中電流處處相等的特點,易知流過燈泡L1、L2和兩個電流表的示數均相等,故本例選B.

易錯點分析受電流的流向和錯誤前概念影響,易導致得出“先流過的元件中的電流較大,后流過的元件中的電流較小,從而錯誤的得出L1中電流最大,A1中的電流稍小,L2中的電流則更小,而電流表A2中的電流最小”這一錯誤結論.

另外,盡管流過燈泡的電流大小相等,但因兩燈泡的型號(額定電壓、額定功率)不一定相同,故電流相等時并不能表明兩燈泡的亮度就一樣,實際上,此時兩燈泡的亮度取決于兩燈的實際電功率,因電流相等,故可以用P=I2R去比較兩燈泡的實際功率.

顯然,學生不只在串聯電路電流規律學習時存在前概念,在學習各類物理規律前頭腦中并不是空白的,他們對所研究的問題都有初步的、原始的認識,即所謂前概念,這種前概念有時能幫助學生形成科學的物理觀念,有時卻阻礙學生形成科學的物理觀念,因而教師在日常教學中要學會觀察梳理分析學生存在的前概念,甄別出能促進科學物理概念形成的正確前概念,將其導入物理課堂,助推物理規律的形成.而對于典型的錯誤前概念,教師要根據其特點,研究錯誤前概念,在實踐中探索出破解并糾正錯誤前概念的好方法,以幫助學生形成科學的物理觀念.