指向初中物理关键能力的教学设计
——以“欧姆定律复习课”为例
贲可敬
（江阴市夏港中学 江苏 江阴 214442）
摘要：学科核心素养是一种内在的品质，在应对现实情境时表现为解决问题的能力，称之为物理学科关键能力。学科关键能力是学科特有的，在学科发展过程中积淀形成，支撑学科的过去、现在和未来；对于学生来说，学科关键能力是在经历学科学习的过程中逐步形成的，属于适应个人终身发展和社会发展需要的必备能力。物理课堂理应以实验为基础，以问题为支撑，促进学生物理关键能力的提升。
关键词：关键能力；问题：实验
复习课在构建知识网络、深化意义建构、促进能力提升等多方面，对物理学习有重要功用。传统的复习课教学以知识为目标，以习题为载体，采用讲练结合的形式组织教学活动，其主要弊端是学生学习兴趣低下和难以促进理解。如何让学生从枯燥的题海中解脱出来，以引动学生思维？怎样转变学生的学习方式，由被动接受走向主动建构？[1]怎样建设新型师生关系，由传授走向对话和交往？笔者以“问题链”为思维载体，以“实验链”为资源载体，精心设计问题指引学生科学思维，精心设计实验关注学生科学探究，在讨论交流、问题解决、实验设计、总结提炼中达成复习目标，提升学生物理关键能力。现以“欧姆定律复习课”为例，谈谈实践的体会。
一、学习目标
1.知道电压、电流和电阻。
2.通过实验，探究电流与电压、电阻的关系。
3.理解欧姆定律。
二、重点、难点
1.重点：电流与电压、电阻的关系；伏安法测电阻。
2.难点：欧姆定律的应用。
三、设计思想
1.教材分析
欧姆定律是电路中的交通规则，是电学中的基本定律，处于电学的核心位置，是进一步学习电学知识和分析电路的基础，在知识体系的形成上，具有承上启下的作用。教材通过具体的任务，引导学生学习科学探究方法，进一步体验科学探究的全过程。从认知目标讲，要形成电流、电压和电阻的物理观念；从技能目标讲，要通过独立操作，能熟练使用电流表、电压表和滑动变阻器等；从体验目标讲，经历科学探究过程，养成规范的实验习惯，形成科学思维。
2.学情分析
学生已学习了电路基础知识，并对电学产生了浓厚的兴趣，多数学生能正确连接电路元件，正确使用电流表、电压表和滑动变阻器，对于控制变量的研究方法也有所了解。学生有较强的好奇心和求知欲，他们渴望自己动手进行科学探究，体验实践的乐趣。学生的思维方式逐步由形象思维向抽象思维过渡，教师需要为学生的学习搭建载体并优化路径，学生的思维才能从低阶走向高阶。
3.设计理念
坚持以终为始的原则，将评价前置，将评价贯穿教学始终；坚持问题导向的原则，以问题点燃学生思维，将思维训练贯穿教学始终；坚持实验为重的原则，将重点实验、重要电路、重要元件作为抓手贯穿教学始终。首先从简单计算入手，让学生回忆、调用关于欧姆定律的知识储备，以形成科学的物理观念；其次设置“如何改变电路中的电流”的问题，通过任务学习的方式，加深学生对串联分压、并联分流的理解，在问题解决过程中逼近重点实验；再次以重要电路为依托，在“问题链”牵引下形成科学思维，在“实验链”构建中体验科学探究；最后在认识重要元件——滑动变阻器作用的过程中，理解欧姆定律的意义。
4.教学流程
再现章首图片，明确课题意义 |
关注电路设计，描绘经典图像 |
锁定重要电路，关联系列实验 |
注重实验探究，加强实践应用 |
促进问题解决，加深概括理解 |
四、教学资源
三节新干电池、开关、定值电阻（5Ω、10Ω、20Ω）、电流表、电压表、滑动变阻器、导线若干、示教板、多媒体投影。
五、教学设计
教学 内容 |
教师活动 |
学生活动 |
设计理念 |
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一、 引入 课题 |
出示单元首页图片——电路中的“交通规则”。
引入：遵守交通规则是车辆、行人正常通行、道路畅通的前提；欧姆定律相当于电路中的“交通规则”，电流的流动、电压的分配、电阻的等效都遵守这个规则。 提问：欧姆定律刻画了哪些物理量间的关系？通过导体的电流是由什么决定的？今天我们一起来复习第十四章——欧姆定律。 |
学生回答：欧姆定律描述了电流与电压、电阻的关系。通过导体的电流由导体两端的电压、导体的电阻决定。 |
以问题为纽带，通过设置符合学生最近发展区的问题，环环相扣，层层深入，引导学生由低阶思维走向高阶思维。 |
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二、课堂教学（第一部分） |
2.上述电路中，当电源电压增大两倍，求通过R0的电流是多少？ 3.上述电路图中的R0两端的电压为0，则R0的电阻是多大，通过R0的电流是多少？ 能否设计一个表格，把这三次R0的电流与电压值记录下来。
4.能想到多少个具体办法改变图2中流经电流表的电流？
5．（1）图2的电源电压不变的情况下，如何能使流经电流表电流是1A或1.5A？请设计电路，并进行相应计算。
（2）当学生设计如图3的电路图时，再问R0、R1两端的电压为多少？开关S1断开时，流经R0、R1电流为多少？开关S1闭合后，流经R0、R1电流为多少？R1的电阻值是多少？ （3）根据上述计算结果，说明并联电路电流、电压的特点分别是什么？
6.（1）图2的电源电压不变的情况下，如何能使图1流经电流表的电流为1A或0.75A？请设计电路，并进行相应计算。
（2）当学生设计如图4的电路图时，再问R0、R2的两端的电压为多少？开关S1断开时，流经R0、R2的电流为多少？开关S1闭合后，流经R0、R2电流为多少？R2的电阻值是多少？
（3）根据上述计算结果，说明串联电路电流、电压的特点分别是什么？
7.利用1、2、3题的数据画出R0的I-U图像。然后根据R1与R0的关系画出R1的I-U图像。
8.若将R1与R0串联，则串联后的总电阻的I-U图像在何区域？若将R1与R0并联，则并联后的总电阻的I-U图像在何区域？
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学生板演： I=UR=3V3Ω=1A
I=UR=6V3Ω=2A R0=3Ω I=0A
学生设计：
学生回答： 串联滑动变阻器，改变电源电压，改变电路中的电阻。
学生设计：
学生回答：R0、R1两端的电压为3V；R0的电流为1A，R1的电流为0A；R0的电流为1A，R1的电流为0.5A；R1的电阻为6Ω。 学生回答：并联电路干路电流等于各支路电流之和；并联电路各支路两端电压相等，且等于电源电压。 学生设计：
学生回答：R0、R1两端的电压分别为2.25V、0.75V；R0、R1的电流均为0.75A；R0的电流为1A，R2的电流为0A；R2的电阻为1Ω。
学生回答：串联电路电流处处相等；串联电路电源电压等于各部分电路两端电压之和。
学生作图：
学生回答： 分别在Ⅰ和Ⅲ区域。 |
通过简单的计算帮助学生回忆欧姆定律的表达式，并理解“电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度、横截面积和温度”这一物理规律。
让学生在解决问题的过程中有控制变量法的意识；让学生在实践应用中理解欧姆定律。 训练学生电路设计能力和应用欧姆定律进行简单计算的能力。
通过上述的问题让学生回忆并总结并联电路电流、电压的特点。 训练学生电路设计能力和应用欧姆定律进行简单计算的能力。
通过上述的问题让学生回忆并总结串联电路电流、电压的特点。 让学生学会描点作图，应用数学逻辑思维促进物理学习。
考查学生对串并联电阻的实质的认识程度。 |
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二、课堂教学（第二部分） |
这个图像同学们在以前的学习中见过吗？它反映的是哪两个物理量之间的关系，具体关系是什么？你能回忆并画出研究电流与电压的关系的实验电路图吗？
9.探究电流与电压的关系 （1）该实验应用了什么研究方法？控制什么物理量一定？改变什么物理量？ （2）滑动变阻器在此实验中的主要作用是什么？ （3）测量三组数据的目的是什么？ （4）实验结论是什么？ （5）此电路还可以进行什么实验？
10.探究电流与电阻的关系 （1）如何应用控制变量法？ （2）滑动变阻器在此实验中的主要作用是什么？ （3）多次实验得到了什么普遍规律？
例二：如图所示为某小组同学在研究电流与电阻的关系时设计的电路。可供选用的定值电阻分别为5Ω、10Ω、20Ω，滑动变阻器的规格是“20Ω 1A”，电源电压为3V，控制定值电阻两端电压为1V不变。 （1）将5Ω的定值电阻接入电路完成第1次实验后，准备将10Ω的定值电阻接入电路进行第2次实验，接下来如何操作？说说你的想法。 （2）完成第2次实验后，准备将20Ω的定值电阻接入电路进行第3次实验，接下来如何操作？请你到前面来进行具体的操作。 （3）无法调节滑动变阻器使电压表的示数仍为1V的原因是什么，如何改进？
（4）如果只改变滑动变阻器的规格，为完成上述实验，滑动变阻的最大阻值至少为多大？
（5）除了探究电流与电压、电阻的关系实验外，此电路还可以完成什么实验？ 11.伏安法测电阻 （1）实验原理、实验方法分别是什么？ （2）需要测量的物理量有哪些？ （3）滑动变阻器的作用是什么？ （4）测量三组数据的目的是什么？ （5）若用此方法测量小灯泡工作时的电阻，能否多次测量取平均值呢？
例三：如果电源电压未知，电压表也无 法正常使用，如图8所示能否利用现有 器材测量待测电阻的阻值？请说出实验 步骤并写出待测电阻阻值的表达式。
滑动变阻器可以改变电阻从而改变电 流，同时也可以作为一个阻值已知的定 值电阻使用。
12.故障分析 例四：在完成“测量定值电阻的电阻”实验时，可能会出现一些异常情况，请根据现象快速排查故障？试分析电路中可能出现的故障。 1.一位同学连接好电路，在闭合开关时发现电流表无示数，但电压表有示数。试分析电路中可能出现的故障。 2.另一位同学连接好电路闭合开关时，发现电流表的指针偏转角度较大。 3.一位同学在连接好电路后，闭合开关，发现电流表示数较小，不管怎样移动滑动变阻器的滑片，电流表的示数始终保持不变。 4.一位同学连接好电路，在闭合开关时发现电流表有示数，但电压表无示数。
13.动态分析 在实验中，我们可能要根据需要调节滑动变阻器等来达到目的，为了快速实现，我们可能需要预先判断各物理量的变化情况。 例五：如图7所示，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片向右移动，则电流表、电压表的示数如何变化？若滑片向左移，两表示数又如何变化？
14.滑动变阻器的调节范围 我们知道，滑动变阻器在任何一个实验中都有保护电路的作用，因此，实验中滑动变阻器可能不能随意调节，这就涉及滑动变阻器调节范围的问题。 例六：如图7所示，电源电压为9V，电流表量程为0-0.6A，电压表量程为0-3V，R上标有“5Ω 0.5A” 字样，R/的最大值为20Ω，为了保护电路元件的安全，求滑动变阻器的调节范围。
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学生回答：这个图像反映的是电流与电压的关系，具体关系是：电阻一定时，电流与电压成正比。 学生板演：画如图7所示电路图。
学生回答： 控制变量法。控制电阻一定，改变电压。 改变电阻两端的电压。
便于得到普遍规律。 电阻一定时，电流与电压成正比。 可以探究电流与电阻的关系。
学生回答： 控制U不变，研究I与R的关系。 控制导体两端的电压不变。 电压一定时，电流与电阻成反比关系。
学生回答： 断开开关，将滑片P移至最右端，接入10Ω的定值电阻，移动滑片P，直至电压表的示数为1V。 学生操作： 无论怎样移动滑片P，都无法使电压表的示数仍为1V，总大于1V。 学生回答： 电源电压太大、滑动变阻器的最大阻值太小；减小电源电压、换最大阻值更大的滑动变阻器。 学生计算： U定U滑=RmaxR滑max 1V3V-1V=20ΩR滑max R滑max=40Ω 学生回答： 测量电阻。
学生回答： R= U/ I、伏安法 电压、电流。 改变待测电阻两端的电压。 取平均值减小误差。 不能，因为小灯泡电阻随温度的升高而增大。
学生回答： 实验步骤：闭合开关，将滑片P移至最左端，记下此时电流表的示数为I1；将滑片P移至最右端，记下此时电流表的示数为I2。 表达式：R= I2R//（I1- I2）
学生回答： R断路。
滑动变阻器没有接入最大阻值。 滑动变阻器同时接了电阻丝的两个接线柱。
R短路。
学生回答： 电流表、电压表示数都变小；两表示数均变大。
学生解答： 滑动变阻器的调节范围是13Ω≤R/≤20Ω |
以描点法作图作为第一部分的结束，同时带入第二部分的复习，起到承上启下的作用。以重点实验和重要电路的复习为纽带，提升学生对欧姆定律的理解与应用能力。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||