建构物理模型在初中物理教学设计中的应用

袁郭华

摘  要：建构模型素养是物理核心素养中所提到的能力之一，目的在于帮助学生将抽象化的物理概念转变为可视化的实物模型，从而帮助学生直观的感受物理现象的发生规律，进而促进学生抽象思维的发展，使其能够在学习过程中快速的掌握物理知识。总体而言，建构模型就是将物理知识与实际问题联系在一起，从而引导学生在解决问题的过程中对物理知识进行总结。

关键词：建构模型;初中物理;教学设计;欧姆定律

欧姆定律是一项综合较强的内容，其中不仅包含了利用字母表达式来推导电路中电流、电阻、电压三者之间的关系，同时还包括了电路识别与分析等内容，除此之外，更是为后续的单电表法测电阻进行了铺垫，因此掌握这部分内容对学生来说十分重要。在进行教学设计的过程中，教师需要注重对物理建模思维的体现，从而让学生对知识的把握更加直观真实。

一、课题导入

探究欧姆定律的内容，需要引导学生从发现电阻、电压与电流三者之间的关系入手，从而由此引出欧姆定律公式：I=U/R。除了需要让学生正确的记住公式中各个物理量所代表的电学单位之外，教师还需要对学生强调欧姆定律发生的基本原则，也就是同路、同体、同时这三个要求，只有对这“三同”有了足够的了解，学生才能够正确的使用欧姆定律，并借助欧姆定律去理解发生在身边的电学现象。为此教师可以利用真实模型来帮助学生掌握欧姆定律知识，并由此导入课题，引导学生正确认识欧姆定律内容。

问题一：一个灯泡与12v的电源连接在一起，现已知灯丝的电阻是30Ω，请计算电源接通时，通过该灯丝的电流为多少？

解析：已知电路的电压与电阻分别是12v与30Ω，根据欧姆定律内容，可以计算电流为I=U/R=12v/30Ω=0.4A。根据这道问题，教师可以引导学生正确认识电路中电压与电阻、电流之间的关系，并重点强调“三同”原则，引导学生总结出同一电路中，流经电路的电流，与该电路的电阻成反比，并与其两端的电压成正比。同时在此基础上，引导学生掌握国际单位kΩ的单位换算，并强调家庭电路的电压为220v这两个知识点，以此来强化学生对知识的应用能力，使其能够通过欧姆定律来解决实际问题。

二、变式强化

学生在掌握了欧姆定律的基础内容后，教师需要为学生进一步引导出欧姆定律公式的几种变形，分别是R=U/I，U=IR。但是在讲解这两个变形式子的过程中，教师一定要特别强调：电阻是物体本身所独有的一种特性，电阻本身的大小与通过物体的电流和电压之间不发生关系。但是通过物体的电流却是会受到该物体本身的电阻以及与其连接的电源电压所影响，因为其自身电阻的大小决定了通过其本身的电流大小，而与之相连的电源电压更是物体产生电流的根本原因，但通过物体的电流为零时，不代表该物体的电阻也为零。因此以上两个变式虽然与欧姆定律相似，但是却不可以因此而认为电阻与导体的电压或电流为正比。

这一阶段的学习内容对于学生的逻辑思维有很高的的要求，为了帮助学生更好地理解这些内容，教师可以借助生活实物模型来帮助学生理解这两类变式的应用，并借助家庭电路中电压恒定不变的方式，来帮学生进一步明确电阻、电压、电流三者之间的关系，从而在教学过程中将物理模型构建的方法体现出来。

问题二：小明与妈妈一起去买电热炉，通过观看产品说明书，小明了解到A款水壶通过电炉丝的电流为5A，B款水壶为4A。为什么同处于家庭电路之中，两款通过两款水壶的电流大小不相同？

解析：学生通过实例分析，很快能把无题干中的关键信息“家庭电路”，进而判断出家庭电路的电压为220v，最后根据公式R=U/I，便可以迅速判断电压相等的情况下，造成电流大小不同的原因只能是两款水壶的电阻不同，因此根据公式可以分别求出两款水壶的电阻大小，并明确了电阻不会随着电压与电流而发生改变，相反电阻是决定了电流大小的因素之一。

三、串并联电路进阶

学生在掌握了欧姆定律之后，并且能够熟练应用不同变式来完成简单问题，教师需要为学生相应的提升难度，可以结合实际电路图来引导学生直观的了解在串并联电路中欧姆定律应用方式的差异性，从而加强学生对知识的实际应用能力，并系统的总结知识规律。

问题三：在某电路图中，假设经过R1的电流为0.5A，那么请根据图一解决以下问题：

1.能否计算出R2的电流为多大？

2.假设R1=20Ω，那么能否计算出其电压为多大？

3.电路两端的电压为15v的情况下，请计算U2处的电压。

解析：在这道题中，教师首先需要应到学生对题干中的未知量与已知量进行分析，并结合欧姆定律内容来判断其中的关系，进而分析求解这三个问题需要利用到哪些物理量，以此作为解题的突破点。其次，需要提醒学生不可忽略“三同”原则。并在讲解过程中，通过文字说明为学生罗列出题干中各个量之间的关系。继而为学生展示并联电路中，欧姆定律的使用技巧。

问题四：如图二所示，开关断开时电流表的读数是0.4A，开关合上则为0.6A。已知R2=8Ω。求R1的阻值和电源电压。

在解决这两个问题之后，学生便会对欧姆定律的实际应用有一个初步了解，进而教师可以为学生展开更多的变式训练，引导学生更加灵活的应用欧姆定律去解决实际问题。

三、结语

综上所述，所谓建构模型即指通过实际问题来帮助学生了解物理知识，并在教学过程中逐渐引导学生发现不同问题之间的衔接点，使得其能够通过已有的知识经验去理解下一阶段的内容，从而为学生整理出了彼此间具有紧密逻辑联系的知识框架。

参考文献：

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[2]庄媛，顾梦婷，吕华平.初中物理模型建构教学的意義及作用——以“物体的浮与沉”为例[J].中学物理教学参考，2020，49（23）：7-9.