初中电阻概念的教学方法浅析

(西南大学物理科学与技术学院，重庆 400700)

1 引言

让学生认识物理概念、形成物理观念是初中物理教学的主要目标，随着课程改革的推进，物理概念的教学还需关注学生物理概念的形成过程。在进入课堂之前，学生在日常生活中已经形成了自己对客观世界的一些理解，而其中部分理解会与科学概念相冲突,也就是我们常说的“错误的前概念”或“相异概念”。对电学部分的概念，国外学者Harcharan Pardhan研究发现：教师和学生中都有相异概念,有些甚至是相似的。中国学者的研究也发现：教师传授的“真理”并没有让学生放弃原有错误概念，并且这些错误概念大多来源于生活经验，但有的却是在授课后形成的，与课程内容，尤其是教学方法有关。[1]电阻是电学的核心概念，它影响着学生对电压、电流的理解，因此用什么方法进行教学，让学生真正掌握电阻概念，值得深思。

2 初中电阻概念教学方法分析

作为电学部分核心知识的电阻，对学生而言，常见但又陌生，对它的理解是不清晰的，为此教师会运用不同方法教学。笔者通过文献研究，发现近年来物理教师和研究者在电阻概念教学中主要使用比值定义类比、水流类比、多重类比、实验对比法等方法。

2.1 比值定义类比

对比概念间的比值定义是进行新的比值概念教学的有效途径，有教师从前面所学的密度出发来讲电阻概念，认为这符合学生认知的规律，于是就得出：密度是物质的本身属性，与物质的质量和体积无关，同样地，电阻也是导体的性质，与导体两端的电压、流过的电流无关。但密度是物质的本质属性，而导体电阻却与长度、横截面积有关。有一个显而易见的反例：若将物体切一半时物体的密度并不会改变，但若将导体切一半时它的电阻显然会改变。这样的类比反而会让学生产生困惑，所以这种比值定义类比的教学方法需根据具体教学内容斟酌使用，并不是“万能的”。

2.2 水流类比

图1

水流类比的教学过程如下：先给学生展示通过漏斗倒水的直观实验(如图1)，最终发现两烧杯中的水量是不同的。就得到水管一方面的作用是导水流，那么其反作用就是阻水流，即两烧杯的水量不同是因为两水管对水流阻碍程度不同。再类比水流来引导学生得到导体的正面作用是导电流，反面作用是阻电流，但导体的电阻是导体本身的性质，与外加电压和通过导体的电流无关，这样来建立电阻的概念。[2]这种方法虽然对学生理解电阻的阻碍作用有益，但却会对电流概念的建立造成很大的阻碍，如郑渊方通过研究发现：水流类比法使得很多学生认为电流是从电源出发的电荷，像水流一样定向移动而到达用电器。[3]朱喜香也发现：用水流类比并没有培养学生正确的类比思维能力。[4]

2.3 多重类比

我国台湾学者邱美虹、林静雯提出用多重类比来进行教学，[5]他们设计了水管模型、障碍赛道模型、水车模型进行三重类比。并通过无类比对照组、单一类比组、相似类比组和互补类比组的实验，发现无论采用哪种类比教学，学生都有电流被消耗的观点。虽然三种类比都传达给学生电阻的阻碍作用的信息，但是学生可能会根据教师提供的类比建立新的错误认知，进而影响其他概念的建立。如认为需要换电池是因为电池提供恒定的电流，当电路变化后,电池最终会用尽，即电流被消耗。这是因为他们没有意识到类比模型和电学概念的本质区别。物理教学中为方便教学，利于学生理解，往往使用类比模型，但并不是任何模型都符合物理教学情景和学生认知。

2.4 实验对比

2.4.1 定性实验

物理学是以实验为基础的学科，在教学中直观的实验现象比其他任何教学手段的教学效果更好。如图2所示，分别在A、B两端接铜、铁导体，观察灯泡亮度及电流表示数的变化来认识电阻。电路中接入不同的导体后电流表的读数不同，这样能让学生认识到导体对电流有阻碍作用，不同的电学元件的阻碍作用不同，进而认识导体电阻的存在，这也是教材中常使用的。这种实验对比的方法是以实验为基础来认识物理概念，能调动学生的积极性，又渗透了物理学研究方法，符合学生的认知规律。但这样的教学过程也容易让学生形成“导体中有电流经过才有电阻、没有电流经过就没有电阻”的错误认知，所以还需要进行后续的其他教学。

图2

2.4.2 定量实验

物理学的研究不能止步于定性的分析，定量的研究能得到更为精确的物理规律及概念间的联系。让学生观察导体中的电流和电压的变化，获得定性的认识后，还必须让学生对实验数据进行定量分析，形成对电阻更深刻的理解。通过分析多组实验数据可知：当电压恒定时,R与I成反比。但Laurent Liegeois通过研究发现：此关系式容易让学生认为电阻与电压成正比，或电阻与电流成正比，当需要同时考虑电阻、电流和电压三者之间的关系时，他们就会觉得非常困难。研究还发现，用常规的方法教学后，很多学生对这些关系的理解和教学前相比并没有很大的变化。此时必须用实验证明导体的电阻跟电压、电流强度无关,而是由导体本身性质决定的，所以得到定量的关系式之后，建议进行探究影响电阻大小因素的实验教学。

3 结语

可以看到以上常用的教学方法有利有弊，例如，类比的教学方法不但不能使学生正确理解电阻概念，甚至会建立错误的电流概念，因此，不建议教师在教授电阻概念时使用概念间比值定义、水流类比等教学方法。而较为直观的实验既符合学生认知规律，也能让学生学习物理研究的科学方法，所以应先用实验对比法让学生定性地认识到电阻对电流的阻碍作用，然后再做定量实验得出关系式，最后探究影响电阻大小的三个因素，加深学生对电阻是导体属性的认识，从定性到定量，最后从本质上理解电阻，这时就可以给学生指出：就算没有电压、电流，电阻依然存在。还可以通过练习来强化电阻概念。物理源于生活，物理需让学生能走近生活，这也是课标的明确要求。所以在得到电阻的概念和关系式后，应向学生展示生活中常见的电阻及数值范围，使学生认识实际生活中的一些电阻及其数量级，让电阻概念具体化。