《闭合电路的欧姆定律》两种教法分析与建议

张艳

[摘 要]人教版高中物理选修3-1中《闭合电路的欧姆定律》一节有两种常见的教学方法，这两种教学方法都有一些不足。文章分析了这两种教学方法，并对《闭合电路的欧姆定律》的教学提出了四点建议，以便教师在教学中综合运用实验探究和理论分析开展教学，以提高教学实效。

[关键词]闭合电路；欧姆定律；教学方法；教学建议

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）20-0048-02

《闭合电路的欧姆定律》是人教版高中物理选修3-1《恒定电流》中的第7节。通过这一节的学习能够让学生真正理解完整电路中的电学规律。这一节既可以看成是《恒定电流》一章的理论总结，又可以看成是后续相关章节（比如电磁感应、交变电流等）的基础铺垫，具有承上启下的重要作用。《闭合电路的欧姆定律》一节教学对学生的高中物理学习有很大的影响，因此，高中物理教师都非常重视本节教学，花费了大量的时间和精力进行教学设计。

一、《闭合电路的欧姆定律》教材分析及两种教法介绍

1.教材分析

在人教版高中物理选修3-1中，《闭合电路的欧姆定律》安排在《电动勢》《串联电路和并联电路》《焦耳定律》《电阻定律》等节之后，目的是让学生在了解了电路的基本连接方式和电能、电功之后，再进行学习。从本节教材内容的设计可以看出，教材中推导闭合电路欧姆定律是从非静电力做功和静电力做功的角度出发，结合能量守恒定律完成。在推导出闭合电路的欧姆定律后，再分析路端电压与负载的关系，最后运用例题强化规律的应用。教材这样安排具有较强的逻辑性和科学性，在理论上是非常严密的，但是在教学实践中存在一些不足。

2.两种教法

高中物理教师在执教《闭合电路的欧姆定律》一课时，常常有两种教学方法：一种教学方法严格地按照教材中的逻辑顺序进行，另外一种教学方法是运用实验对规律进行探究。

（1）从理论分析到习题应用

大部分教师会采用这种教学方法，即严格按照教材的逻辑顺序进行，这种教学方法可以称为“从理论分析到习题应用”。教师首先向学生介绍内、外电路的概念及区别。在外电路中，静电力做功，从正极到负极电势降低；在内电路中，非静电力做功，从负极到正极电势增加。外电路中的电阻产生的热量为[Q外=I2Rt]，内电路中产生的热量为[Q内=I2rt]。电源中非静电力做功为[W=Eq=EIt]，根据能量守恒定律有[EIt=I2Rt+I2rt]，两边同除以时间t和电流I，得到闭合电路的欧姆定律[E=IR+Ir]，即[E=U内+U外]。推导出规律后，再进行必要的分析，最后用例题强化。实践证明，这种教学方法的教学效果并不太好。原因是推导闭合电路欧姆定律的过程具有很强的抽象性，对学生的抽象思维能力要求非常高，而高二学生的抽象思维能力显然不足，在学习之后，他们仅仅记住了闭合电路欧姆定律的几个公式，而不能从公式的内涵和外延上理解规律、应用规律。

（2）从实验探究到理论形成

有一些注重实验的教师设计了实验探究的教学方法，可以称为“从实验探究到理论形成”。这些教师在教学时，先设计如图1所示的实验，让学生探究闭合电路欧姆定律，再根据此实验探究路端电压与负载之间的关系。实验探究教学法可以让学生真正体会闭合电路欧姆定律的实在性，有利于学生对物理规律的理解。但是，这种教学方法的弊端也是有的。目前，高中一节课的时间都是45分钟，要在45分钟内安排多项实验探究是不现实的，学生为了做实验而疲于奔命，对实验探究过程，根本无法真正体会。而且安排过多的实验项目，可能会导致学生在理论上分析不足，无法让学生建立起闭合电路欧姆定律的理论体系。

二、《闭合电路的欧姆定律》的教学建议

笔者认为，在本节教学中，既不能抛弃教材的体系结构，也不能缺少实验探究过程。因而，本节课的教学应该是建立在实验基础上的理论分析教学，可以将实验探究与理论分析结合起来。下面说说对本节课的教学建议。

1.巧用对比实验，产生认知冲突

学生学习《闭合电路的欧姆定律》时，遇到的第一个难题是对内电路和外电路概念不理解，教材上没有过多的分析，实验探究更不可能突出这两个概念。因而，在教学之初可以利用对比实验，让学生产生认知冲突，使学生体会到内、外电路的不同。实验过程为：教师展示两节新电池和两节旧电池，分别用新电池和旧电池与两个相同的小灯泡连接成为完整电路。学生立刻可以观察到接在新电池上的小灯泡比较亮，而接在旧电池上的小灯泡比较暗。此时，学生会产生疑问，大部分学生猜测可能是旧电池的电动势比较小引起的。教师断开电路用电压表分别直接接在新、旧电池的两端，学生发现电压表的读数差距并不是很大，不足以引起小灯泡亮度有如此大的不同。然后，学生从另外一个角度猜测旧电池中的电阻比较大。通过对比实验，让学生发现电源内部同样存在电阻，电源内部电路叫作内电路，电源外部电路叫作外电路。这样建立内、外电路的概念非常自然，学生的认识也比较清晰。

2.根据学生特点，构建认知过程

接着可以从能量的角度引导学生建立闭合电路欧姆定律规律。教师问学生：“整个电路中的能量来源于何处？”学生回答：“电源。”教师说：“电源通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能，可以用公式[W=Eq]来表示。”教师又提问：“内、外电路消耗的电能如何得到？”学生回答：“可以根据焦耳定律求解，内电路消耗的电能为[Q内=I2rt]，外电路消耗的电能为[Q外=I2Rt]。”教师总结：“根据能量守恒定律有[EIt=I2Rt+I2rt]，如果两边都除以时间t，得到[EI=I2R+I2r]，这是功率的关系。”接着，教师可以将公式拆成[EI=IIR+IIr]形式，学生很快发现[E=IR+Ir]，从而发现了闭合电路欧姆定律，即内外电路的电压之和等于电源的电动势。这样的探究过程比较符合学生的认知心理，容易让学生理解闭合电路欧姆定律。

3.重视科学思想，体验科学过程

在本节内容的教学中，要重视科学思想的渗透。物理学之所以成为一门学科，和其独特的研究方法和研究思想分不开。教师在教学过程中，可以强化科学思想方法的教学，让学生体验科学研究过程。在闭合电路欧姆定律被推导出来后，教师可以让学生摸一摸连接小灯泡的旧电池和干电池，学生发现旧电池的温度很高，证实了关于电源内电路的认识。接着教师提出问题：“如果外电路的负载电阻发生变化，会出现什么现象？”教师让学生先根据理论分析，再做实验验证。学生很快发现了外电路的电阻变大，路端电压也会变大。如果外电路的电阻无穷大（即开路），路端电压将等于电动势。这里论证了在《电动势》中所学的“外电路不接负载电阻时，路端电压的数值等于电源的电动势”的说法。这样处理，学生可以顺利地探究，减少了不必要的过程。物理学研究的方法基本遵循着“现象——猜想——验证——推广”这样的科学过程，可以在本节教学内容中淋漓尽致地体现出来。

4.联系生产生活，获得知识意义

闭合电路欧姆定律是电路的基本定律，在实际生产和生活中有重要的应用。可以在完成规律探究之后，适时地进入实际生产和生活的应用。教师可以引导学生解释教学开始所做的对比实验，学生立刻能够认识到旧电池所接的小灯泡比较暗的原因是旧电池内阻比较大。旧电池内阻大导致加在小灯泡上的电压比较小。接着教师可以引入“为什么电路两端不能短接”的话题，学生根据闭合电路欧姆定律进行分析发现：电源两端短接，加在电源内阻上的电压等于电源的电动势，而电源的内阻比较小，有[I短=Er]，则短路电流比较大，电源内阻发热量比较大，容易烧坏电源。教师可以将电源两端短接起来，让学生用手摸一摸电源外部，明显地感觉到电源在发热。

总之，《闭合电路的欧姆定律》的教学非常重要，教师在教学中要重视实验探究和理论分析，让学生真正体验物理学的基本研究方法。

（责任编辑 易志毅）