剖析电阻“U-I”图像，谈物理观念的科学表达

陈宗献

摘   要：物理是一门自然科学，物理概念、原理、定律、公式、实验结论、图像的表达都有它的科学性、严谨性和严密性，若不能科学表达，往往会传递错误的信息，得出错误的结论，甚至背离学科核心素养。

关键词：核心素养;物理观念;科学表达

无论是教学还是考试与评价，都是围绕学科的核心素养展开，任何学科无一例外。因此，在教学中培养学科核心素养是为师的职责，更是落实立德树人根本任务的要求。众所周知，物理观念贯穿物理教学和考试与评价的始终，是教学与考查不可或缺的元素，纵观各级各类考试，物理观念渗透于各种题型，剖析学生失分的诸多因素，不难发现，不能科学表达物理知识是其中失分的重要原因，所以，学生唯有牢固掌握学科知识并科学表达才能决胜各种考试。为此，笔者从“U-I”图像入手，谈几点物理观念的科学表达。

1  科学表达物理函数图像

众所周知，图像以它的形象直观特点广泛应用于各学科教学，许多学科期刊杂志和网络发表了有关它在各学科应用的文章，物理学科应用图像教学也不例外，物理过程和规律的描述，物理概念和模型的建立，物理量间的关系及变化趋势的表达等都离不开图像的身影，更是在解决物理问題时发挥着重要作用，但函数图像表达的科学性似乎很少有人关注，以至于出现错误的表达，至今还在练习、试卷、课辅材料、甚至中考试题中沿用却浑然不知。

如图1是笔者随拍的几张图片，且看题目中所画的“U-I图像”，从函数来说，存在两个变量，分别为自变量和因变量，在函数图像中，横坐标表示自变量，纵坐标表示因变量，图像直观反映因变量随自变量变化关系和变化趋势，即纵坐标的因变量随横坐标的自变量变化。因此图1函数图像所表达的是U随I变化，单从数学来说是无异议的，但要从物理学角度看，U随I变化是错误的，因为电压是形成电流的原因，先有电压而后才可能有电流，即电压不可能随电流变化，只可能电流随电压变化。所以笔者认为图1所画的电阻“U-I图像”是错误的，“I-U图像”才是正确的，才是物理学科函数图像的科学表达。

又如：图2题中所提供的答案选项是“U-I图像”，它的科学性前面已有讨论，这里不再探讨，但针对题中所提供的正确答案A图，笔者有个人见解，暂且不追究“U-I图像”的科学性，笔者认为图像存在明显瑕疵，分析如下：图像所描述的是变阻器R2两端电压随通过电流的关系，分析题意可知，移动滑动变阻器R2滑片P，不管R2有多大，有R1的存在，R2两端电压都不可能等于电源电压，只会接近电源电压（除非R2开路，才会等于电源电压），所以图像不能客观反映变阻器R2两端电压随通过电流的变化关系，即题中A图不符合客观事实，笔者认为，用图3图像替换题中的A图才比较符合题中的客观实际。

2  科学表达物理定律

物理定律是自然界的客观规律，是实践和事实所证明的普遍规律，它的正确性不容置疑，但总有同学在表达定律内容时出现这样或那样的问题，如漏字、改字、顺序颠倒等，致使所表达的意思与原定律内容存在较大的偏差，甚至出现逻辑性错误，因此，教学时教师要适时提醒学生注意物理定律内容描述的科学性、严谨性和严密性。

如：欧姆定律（内容：一段导体中的电流，跟加在这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比）。关于欧姆定律内容的表达有以下几点值得提醒：①“一段、这段、这段”体现一致性，指同一导体（或同一部分电路）;②电压前需加“两端”，指出电压不存在点电压;③“成正比、成反比”，不是简单说明一物理量随另一物理量增大而增大或增大而减小，还着重强调变化的倍数是一样的。

又如：光的反射和折射定律。关于光现象的这两个定律，描述的是光在传播过程中发生反射和折射现象时，反射光线、折射光线随入射光线变化所遵循的规律，是反射角、折射角随入射角变化的规律。但在表达定律内容时，还是有不少同学缺乏物理层面思考，没有先后观念和因果的思虑，没有把反射光线、折射光线写前面，没有把反射角、折射角写前面，如此顺序颠倒的表达，显然犯了因果毛病。

3  科学表达物理概念和定义

物理概念和定义是科学严谨和严密的，它是物理现象和物理过程的科学抽象，源于科学实践。准确表达物理概念和定义是学科核心素养的要求，是学科育人价值的集中体现，可以培养学生严谨的科学态度和缜密的科学思维。如，光的折射现象概念：光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时，光的传播方向一般（或通常）会发生改变，这种现象叫光的折射。概念中的“斜”字排除了“垂直”情况，“一般（或通常）”考虑了个别特例（透镜中过光心的光线光的传播方向不改变，这是折射现象的特例）。又如，燃料热值的定义：人们把某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。定义中的“完全”就是告诉我们燃料唯有完全燃烧放出的热量与质量的比值才是热值。由此可见，物理概念和定义的描述，措词严谨，关键字词不得随意丢弃或修改，这才是它们科学性、严密性和准确性的体现。

4  科学表达公式的物理意义

一个物理公式有其物理意义和数学意义，有的公式物理意义和数学意义相同，有的公式物理意义和数学意义是不一样的，因此，表达公式物理意义时，要立足学科核心素养，区别对待不同的物理公式，不能盲从数学，否则会出现与学科知识冲突或背离。

如，涉及物质属性或特性物理量的公式及变形公式，物理意义和数学意义是不一样的，描述时必须避免数学化，否则会与物质的性质或特性相矛盾。如密度公式（ρ=m/V）、比热容公式[c=Q/（m·Δt）]，由于它们都是物质的属性，大小皆由材料或物质的种类决定的，跟公式中的其它物理量无关，因此即使控制了变量，也不能说密度、比热容与某个物理量成正比或成反比。它们的变形公式同样存在科学表达问题，如m=ρV，不能说体积一定，质量与密度成正比，只能说同体积的不同物质，密度大的物质质量大。又如V=m/ρ，不能说质量一定，体积与密度成反比，只能说同质量的不同物质，密度大的物质体积反而小。

再如，电阻公式（R=U/I），显然导体的电阻大小取决于材料、长度、横截面积和温度，与通过导体电流和加在导体两端电压无关，因此不能说电流一定，电阻与电压成正比，也不能说电压一定，电阻与电流成反比，否则会与电阻是导体的性质相矛盾。

5  科学表达实验结论

实验探究题是初中物理各级各类考试不可或缺的题型之一，主要考查学生科学探究的各方面能力，考查学生观察和分析实验现象、分析和处理实验数据、归纳总结得出结论的能力，然而在各种考试中，总有同学不能科学表达实验结论，忽略前提条件、变量不控制、漏字、顺序颠倒是他们常有的表现。

如，考查探究电流与电压关系实验时，学生常有“电压与电流成正比”结论，考查探究电流与电阻关系实验时，常有“电阻与电流成反比”结论，显然这两个实验结论都忽略了控制变量，另“电压与电流”“电阻与电流”顺序出现了颠倒，前者犯了因果毛病，后者与电阻是导体的性质相矛盾;又如，当一个物理量与多个物理量有关时，探究方法的最佳选择就是控制变量，且只能唯一变量，若所描述的探究结论要指出物理量间的具体关系，没有变量的控制，那一定是错误的;然而在考查时，不控制变量的实验结论却大有人在。

当然，获取实验结论的渠道有多种，有的实验只需通过观察实验现象并进行分析便可得出，如探究影响压力作用效果的因素，透镜对光线的作用，探究凸透镜成像规律，探究影响液体蒸发快慢的因素，探究电阻的大小与哪些因素有关，探究怎样产生感应电流等;有的实验需采集多组实验数据并进行分析才能得出结论，如探究杠杆平衡条件，探究电流与电压和电阻的关系，探究串并联电路的电流和电压规律等;有的实验要在实验基础上进行推理才能得出结论，如真空不能传声。总之，不管通过哪条渠道得出实验结论，科学是第一条。因此，在培养学生科学思维、科学探究能力的同时，要培养学生分析实验现象、分析和处理实验数据得出科学实验结论的能力并进行科学表达。

总之，学科核心素养贯穿教学和考试与评价始终，培养学生学科核心素养重任在肩，唯有张紧学科核心素养这根弦，才能科学施教，传授科学知识，才能培养学生严谨的学习态度和掌握扎实的学科知识，才能科学表达物理观念。

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