科学探究下的《欧姆定律》课堂

邵韬 杨巧及

摘 要：本文以人教版物理选修3-1《欧姆定律》为例，以科学探究素养水平的发展为目标，优化课堂教学内容，谈谈基于核心素养的培养而设计的物理课堂的优势所在.

关键词：核心素养;科学探究;素养水平发展;教学设计

中图分类号：G632   文献标识码：A   文章编号：1008-0333（2022）24-0050-03

收稿日期：2022-05-25

作者简介：邵韬（1993-），男，浙江省宁波人，本科，中学二级教师，从事中学物理教学研究.

1 课堂教学该立足于“知识陈述”还是“素养发展”

学生在初中已经利用限流电路通过实验得出欧姆定律，若在高中课堂以“电阻”、“欧姆定律”等知识为线索展开课堂教学，很容易陷入教学内容重复、课堂内容枯燥、新课变习题课的境地.物理学家劳厄说过：“重要的不是获取知识，而是发展思维能力.教育无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下的东西.”《高中物理课程标准》要求将以知识学习为目标的教学体系转变到以物理学科核心素养培养为目标的教学体系上来，教师应基于核心素养确定教学的目标和内容.《欧姆定律》可利用实验丰富的天然优势，着重培养学生的科学探究素养.

2 指向科学探究素养水平发展的课堂环节设计

《高中物理课程标准》将科学探究素养分为问题、证据、解释、交流四个维度，并划分5个水平（L1、L2、L3、L4、L5）.据此本堂课设计四个教学环节（P1、P2、P3、P4），逐级发展学生科学探究素养水平.）如图1.

3 课堂各环节的教学内容和实施方案

环节一：温度报警器中的“聪明”的导体

【实验准备】从高温报警器拆解下来的电路板（如图1），接通电源后，调节报警温度30℃

【探究过程】引入温度报警器实验，作为本堂课的线索

学生体验：一名学生手触如图2红色导体（热敏电阻），电子屏显示温度上升，直至触发蜂鸣器报警.导体好似能“感受”到温度的升高，猜想导体内部电流发生变化！

【问题驱动】通过上述活动，学生提出需要探究的核心问题：流经导体的电流与导体两端的电压有什么关系？

环节二：探究金属导体的电压与电流关系

【实验准备】导体1（5Ω）、导体2（10Ω）、滑动变阻器（50Ω）、电压表、电流表、蓄电池3节、开关、导线若干

【探究过程】教师通过问题引导，带领学生完成课堂演示实验

探究1：实验电路的选择

教师提问：能否再添加一根导线，将限流式电路如图4“变”为分压式电路如图5？

学生观察：比较电路图，发现滑动变阻器在限流电路中“一上一下”的连线特点和在分压电路中“一上两下”的连线特点，一名学生上讲台连接导线.

教师提问：限流式电路和分压式电路的电压变化范围哪个大？

学生体验：学生移动滑片，观察电压变化特点，选定分压式电路作为实验电路.

探究2：实验数据的采集

教师讲解：电表读数规则.

学生观察：教师逐次闭合开关并移动滑片，学生读数并记录6组数据，如图6（a）.

探究3：实验数据的处理与分析

教师提问：利用Excel绘制U-I图像，如图6（b），你能从图像上获取什么信息？

图6

学生活动：观察图像，小组讨论交流，学生代表陈述讨论结果：

结论1：导体的U-I图像是一条过原点的直线.金属导体是线性元件！

结论2：对于同一导体，电压与电流比值一定;对于不同导体，电压与电流的比值不同.這个由导体本身所决定的常数就是电阻！

结论3：对于同一导体，电压大的导体流经的电流大;对于不同导体，相同电压下，电阻大的导体流经的电流小.这个规律就是欧姆定律！

【问题驱动】学生发现定值电阻并不能解释温度报警器的工作原理，提出问题：是否所有导体都遵循电阻不变的规律？

环节三：测绘小灯泡的伏安特性曲线

【实验准备】小灯泡（2.5V、0.3A）、滑动变阻器

（20Ω）、电压表、电流表、蓄电池2节、开关、导线若干

【探究过程】两名学生一组，在教师巡视指导下，完成课堂实验

任务1：设计实验电路图并完成实物连线

任务2：使用电表读数并记录数据

任务3：描绘伏安特性曲线

任务4：根据所绘的图像，发现特点，得出结论，并解释原因

【实验报告】

实验名称：描绘小灯泡的伏安特性曲线

班级 学号 姓名

电路设计（如图7）及实物连接（如图8）：要求电压能从零开始测量、连接电路后，闭合开关前把滑动变阻器调到分压为零处

数据采集：在电压为0.50V附近多测几组数据

伏安特性曲线：用一条光滑曲线拟合各点（图9）

实验结论：

【问题驱动】投影展示并点评学生所绘曲线，教师告诉学生灯丝电阻随温度升高而增大，温度报警器的导体是热敏电阻，电阻随温度的升高而减小.这些非线性元件在电子技术领域有很重要的应用，各小组课后展开探究二级管并撰写实验报告！

环节四：探究晶体二极管的工作特性

【实验准备】晶体二极管（导通电压约0.7V）、滑动变阻器（20Ω）、电压表、电流表、电流传感器、电压传感器、DIS数字信息系统、计算机、蓄电池、开关、导线等

【探究过程】两名学生一组，制订实验方案，选择电学仪器并完成实验

【实验报告】

实验名称：

班级 学号 姓名

一、实验目的：

二、实验仪器：

三、电路设计：

四、实验内容及步骤：

五、数据记录表格：

六、数据处理（用坐标纸或计算机打印）：

七、实验结论：

八、反思与建议：

4 基于核心素养理论去设计的物理教学的优势所在

本堂课中的温度报警器作为线索，不断驱动着学生提出新的问题，引发实验探究活动.在探究过程中，学生经历独立思考、合作学习、实验操作、陈述总结等多样化的学习体验，认识电阻、线性元件和非线性元件、伏安特性曲线等物理观念，掌握欧姆定律、分压式电路等物理规律，逐步发展了科学探究素养.因此，基于核心素养理论去设计的物理教学，通过问题引发探究，经历体验内化认知，既激发了学生的学习欲望，也符合学生的认知发展规律，促使核心素养的培育在物理课堂中落地生根！

参考文献：

[1] 吴楠.科学论证取向的高中物理欧姆定律教学研究[J].中学物理教学参考，2020，49（12）：52.

[2] 张建国.运动DIS探究“导体的伏安特性”教学设计[J].中学物理教学探讨，2015（6）：73-78.

[3] 人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中物理课程标准[M].北京：人民教育出版社，2018：79-80.

[责任编辑：李 璟]