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欧姆定律在初中物理电学知识体系中占有极其重要的地位。作为一个实验定律,它的得出依赖于实验探究。初中阶段对欧姆定律的探究主要是针对部分导体的欧姆定律。
苏科版物理教材中欧姆定律处在一章的第三节,在探究欧姆定律之前,学生已经学习的电学内容有:初始家用电器和电路,电路连接的基本方式(串并联电路的认识),电流和与电流表的使用,电压和电压表的使用,电阻,变阻器。通过这些内容的学习,学生已经知道改变电流大小的两种方法:1. 改变电路中的电源电压;2. 改变电路中的电阻。带着这样的知识基础,进行欧姆定律的探究学习。
教学过程中,按照教科书上实验电路图,采用控制变量的方法,根据实验探究的一般过程进行两次实验。因此在利用教材中的实验设计进行教学的过程中遇到了一些有待商榷的问题。
问题1:“移动变阻器的滑片,改变滑动变阻器连入电路的电阻,可以改变电路中的电流,但为什么就可以改变加在电阻两端电压呢?”
问题2:“调节变阻器,使电阻R两端电压改变,为什么同样是调节变阻器,却又是使加在R两端的电压不变呢?”
分析:学生对电流的认知是通过教材中用水流做类比,从而知道电压是形成电流的原因。从认知的过程来看,正是因为有了电压,才会有电流的产生。
而在本书欧姆定律的探究实验中,二次实验都是通过移动滑动变阻器来改变电流的大小,利用欧姆定律的原理,从而改变了电阻两端的电压或使不同电阻两端的电压不变。这样就会给学生有一个错误的印象:“电阻改变电流,电流改变电压”。使学生认知电流、电压的因果关系上容易出现倒置,认为电压的改变是由于电流的变化而引起的。因此在未探究出欧姆定律之前,根本不可能向学生解释他们提出的这两个问题。更严重的是在课后的作业反馈中,有学生对于这个的实验做出了错误的总结:在电阻一定时,电压和电流成正比。所以这个实验设计在学生探究学习欧姆定律的思维逻辑上存在着错误的引导,必须加以改进。
本人认为问题产生的根本原因就出在滑动变阻器在实验中的引入。
虽然滑动变阻器的联入使实验操作更为方便更为简单,但产生的负面影响是巨大的,导致了学生知识认知逻辑上的混乱,迷惑,弊大于利。本人提出的改进建议是舍去滑动变阻器:
电阻不变时,探究电流与电压的关系的实验中,完全可以舍去滑动变阻器,直接把电阻接入电路,通过直接改变电源电压的方法来进行实验。
电压不变时,探究电流与电阻的关系。而舍去滑动变阻器后,通过固定的电池数目的方法很难实现电阻两端的电压不变。其原因在于电池组存在一定的内阻,就会导致路端电压随外电路电阻的变化而变化(外电路电阻变大路端电压也变大),而不能达到控制电压不变的目的。同时电压表示数的变化也会引起学生的质疑。初中阶段,由于电池的内阻不作要求,因此最合适的方法就是采用输出电压恒定的学生电源进行实验。
综上分析,本人设计这样的探究实验:
实验器材:学生电源,电阻箱(或若干已知阻值电阻),电压表,电流表,导线,开关
实验步骤:按实物图连接好电路:
实验一,先保持电阻R不变,通过调节学生电源的输出电压(电压取值要小),研究电流跟电压的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验二,保持学生电源输出电压不变,调节电阻箱的阻值,研究电流和电阻的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验总结:将两方面结论综合,归纳出欧姆定律。
说课是把执教者的教学设想,教学思想及其理论依据说出来,供同行商榷和交流。今天“说课”的内容是“欧姆定律”一节。下面介绍说这节课的过程。
一、教材分析
“欧姆定律”一课,学生在初中阶段已经学过,高中选修教材安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基础研究方法(即通过实验来探索物理规律);学习分析实验数据,得出实验结论的两种常用方法——列表对比法和图像法;再次领会定义物理量的一种常用方法——比值法。这就决定了本节课的教学目的和教学要求。这节课不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容,重点在于要让学生知道结论是如何得出的;在得出结论时用了什么样的科学方法和手段;在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的,从而让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法。
本节课在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到复习初中知识的作用,另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定基础。本节课分析实验数据的两种基本方法,也将在后续课程中多次应用。因此也可以说,本节课是后续课程的知识准备阶段。
通过本节课的学习,要让学生记住欧姆定律的内容及适用范围;理解电阻的概念及定义方法;学会分析实验数据的两种基本方法;掌握欧姆定律并灵活运用。本节课的重点是成功进行演示实验和对实验数据进行分析,这是本节课的核心,是本节课成败的关键,是实现教学目标的基础。
本节课的难点是电阻的定义及其物理意义。尽管用比值法定义物理量在高一物理和高二电场一章中已经接触过,但学生由于缺乏较多的感性认识,对此还是比较生疏。从教学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量,还是存在着不小的思维台阶和思维难度。对于电阻的定义式和欧姆定律表达式,从教学角度看只不过略有变形,但它们却具有完全不同的物理意义。
二、关于教法和学法
根据本节课有演示实验的特点,本节课采用以演示实验为主的启发式教学法。教师边演示、边提问,让学生边观察、边思考,最大限度地调动学生积极参与教学活动。在教材难点处适当放慢节奏,给学生充分的时间进行思考和讨论,教师可给予恰当的思维点拨,必要时可进行课堂提问,让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点,又有利于发挥学生的主体作用,使课堂气氛更加活跃。
通过本节课的学习,要使学生领会物理学的研究方法,领会怎样提出研究课题,怎样进行实验设计,怎样合理选用实验器材,怎样进行实验操作,怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和总结出物理规律。同时要让学生知道,物理规律必须通过实验的检验,从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯。
三、对教学过程的构想
为了达成上述教学目标,充分发挥学生的主体作用,最大限度地激发学生学习的主动性和自觉性,对一些主要教学环节,有以下构想:
1. 在引入新课提出课题前,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么?这样既对学生进行了方法论教育,也为过渡到演示实验起承上启下作用。
2. 对演示实验所需器材及电路的设计可先启发学生思考回答,这样使学生既巩固实验知识,又调动学生积极参与。
3. 在进行演示实验时可请两位学生上台协助,同时让其余学生注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考。
4. 用列表对比法对实验数据进行分析后,提出问题让学生思考回答:为了更直观地显示物理规律,还可以用什么方法对实验数据进行分析?目的是更加突出方法教育,使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更深刻的认识。到此应该达到本节课的第一次,通过提问和画图像使学生的学习情绪转向高涨。
5. 在得出电阻概念时,要引导学生从分析实验数据入手来理解电压与电流比值的物理意义。此时不要急于告诉学生结论,而应给予充分的时间,启发学生积极思考,并给予适当的思维点拨。此处节奏应放慢,可提请学生展开讨论,让学生的主体作用得到充分发挥,使课堂气氛掀起第二次,也使学生对电阻的概念是如何建立的有深刻印象。
6. 在得出实验结论的基础上,进一步总结欧姆定律,这实际是认识上的又一次升华。要注意阐述实验结论的普遍性,在此基础上可让学生先行总结,以锻炼学生的语言表达能力。
7. 为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题进行反馈练习,达到巩固之目的。然后结合教材练习题,熟悉欧姆定律的应用,时间不宜过长,以免冲淡主题。
四、授课过程中注意事项
1.注意在实验演示前对仪表的量程、分度和读数规则进行介绍。
2.注意正确规范地进行演示操作。
3.注意凑示实验的可视度。
4. 定义电阻及总结欧姆定律时,要注意层次清楚,避免节奏混乱。
5.所编反馈练习题应重点放在概念辨析和方法训练上,不能把套公式计算作为重点。
1 结合专业实际特点利用以下手段促进课程改革
1.1 贴近生活。各种家用电器的大量使用,为物理教学提供了丰富的感性材料。如电压、电流、电磁炉等,学生在日常生活中,观察和接触的电现象和应用电的知识的事例,恰当地利用学生已有的感性认识及生活经验,通过举例引导学生提取储存在头脑中的印象。教师在课堂上应密切联系生活实际,注意身边的科学,如学生普遍对现代电子信息技术比较感兴趣,教师可以针对这一问题,有意识地讲述物理知识在电子信息技术中的重要作用等。以日常生活中的电学概念教学,可以增加学生学习的主动性。
1.2 注重实验。物理学是一门以实验为基础的自然学科,物理规律和理论是以实验为基础并验正的。在物理学里,某些性质不同的物理现象都是要通过实验来验证的,运用演示实验或学生亲自做实验来获得感性认识,容易更好的集中学生的注意力,培养学生的观察力,激发学生的学习兴趣。新颖的实验往往更能吸引学生注意,恰当地将教材中的实验加以发展、变化,可以增加学生的好奇心和求知欲。采用演示教学法,在整个教学过程中,教师边演示、边提问、边解答,学生边观察,边考虑问题,把抽象的理论变得具体、生动。使学生在愉悦的教学环境中,深深感受到学习的趣味性和有用性。
1.3 利用多媒体课件模拟演示。物理概念和原理是比较抽象的,有些现象在传统的实验中也是无法展示的,所以仅靠形象、表象和想象对初学者来说是不容易理解和掌握的。但是,利用多媒体课件可以较好地解决这一难点。例如“电流”概念比较抽象,可以利用多媒体模拟电路中电流的流动,看到正电荷从正极向负极运动,这样将电流转换成电荷的流动,让本来看不见的电流变成动态的画面,将课本中不动的图形变为电荷不断流动的动画。遵循学生的思维由浅入深、由表及里,从具体到抽象,由现象到本质的循序渐进的思维过程,可以比较容易地解决这一教学难点。加深学生对电流的感观认识,从而为建立电流概念打下基础。
1.4 在公式分析。讲解公式时,注重公式推理、得出过程,注重公式的使用条件,主要学习公式的如何使用。这是物理式正确使用的前提,前期学不好,后期无法正确应用。中职学生在初中物理中已学过的部分电路欧姆定律,它只适用于电路中某个导体或某一部分电路的电压、电流和电阻三者之间的关系。《电工基础》中引入了全电路欧姆定律新知识,进一步完善电路中内、外电路的电流、电压(电动势)和电阻间的关系,使知识由“部分电路”向“全电路”深化和发展。教学中可以充分利用部分电路欧姆定律的概念和相关知识,引入全电路欧姆定律的概念。如在课本电路中,将全电路分解为外电路和内电路两部分,在外电路中,根据部分电路欧姆定律可知负载R两端的电压降为:U=IR.在内电路中,电源电动势E与内阻r的电压降Ur和电源端电压的关系是:U=E-Ir。在全电路中,负载两端电压U与电源端电压U相等,且内外电路电流相等,则可得:I=E/R+r即为全电路欧姆定律。通过实例的讲解,注意强调部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律两种概念的共同点、不同点以及相互联系,使学生对新知识能进一步理解和掌握。
2 提高基础学力,促进科学素养可持续发展
学力,是指通过学习获得的能力。物理教育在提高学生科学素养的同时,还要提高学生的学力水平,并使更多的学生对物理产生兴趣。学力是教育的内核,是学校课程设计的前提。任何一门学科教学的目标大体有四个组成部分:①知识、理解;②技能;③思考力、判断力;④关系、动机、态度。前两部分为显性学力,后两部分为隐形学力。就犹如浮在水面上的冰山,浮出水面的仅仅只是冰山一角,而更多的、隐匿在水面下的才是支撑浮出水面部分的基础,四部分做为一个整体反映了一种学力观。
3 结合学生、学校或专业的特定环境和特点,开展适合专业特点和学生实际的校本课程开发,是培养学生专业素养的必要补充
高中物理课堂开展探究性学习是符合现代社会的发展需求的。只有具备有创新思维、能够独立解决问题的人才才能真正适应未来社会发展,在激烈的社会竞争中脱颖而出,而探究性学习能够有效培养学生的创新意识与解决问题的能力。高中物理课堂开展探究性学习是物理学科自身的需求。物理学习具有非常强的实践性,主要通过实验、观察、数据分析开展学习,而探究性学习是教师在进行环境创建的基础上引导孩子记性合作探究学习,将知识学习与生活学习密切结合在一起,二者具有一致性。高中物理课堂开展探究性学习是新课程改革所要求的。在高中物理新课程改革中鼓励教师以科学探究为出发点开展教学引导,用探究性学习渠道过往的传统灌输教学,培养学生探究问题、处理问题的能力。
二、物理课堂探究性学习中存在的问题
1.让学生提出问题的困难
如何让学生主动在学习中提问一直是物理探究学习的一个教育难题,因为只有当学生正确提出自己的问题后,学生才是真正感兴趣,才愿意真正全心全意的投入到问题探究中去。但是高中阶段的学生在经历了小学到初中多年的传统教学方式熏陶,更习惯老师提问自己回答的教学模式,缺乏提问的主动性,偶尔能提出问题,也并不是真正具有研究价值的问题。
2.分析与论证中的困难
高中阶段学生在接触到物理知识后,对于如何去进行有效的分析很难把握,主要是因为学生在分析问题、研究问题层面的积累不够,很难深入有效的开展研究分析论证。
3.评估阶段的困难
学生对探究学习的评估工作并不重视,经常在完成实验验证后,错误的认为学习过程已经晚了,忽略了对整个学习过程的评估,常常草草结束。
4.学生在交流与合作时的困难
过去的物理教学中,学生发言表达的机会很少,教师也很少对学生的交流与合作能力进行专门的训练,因此在进行探究性学习过程中,学生的表达能力不到位,词不达意的现象很普遍,在与同学、教师进行沟通时存在一定问题。
三、物理课堂中实施探究性学习的方向
1.积极创建民主和谐的课堂教学环境
课堂教学实际上在在充分尊重学生课堂主体地位的基础上开展的在学生与教师、学生与学生之间的思想、知识与情感的深度交往过程。在进展物理探究性学习过程中,学生才是进行学习的主体,直接决定了最终课堂教学成果如何,而教师知识课堂教学额组织者以及引导学生开展探究学习的引导者。好的教学环境能够更好的激发学生学习的积极性以及参与的热忱度,学生的学习积极主动性能否得到更好的启发很大程度上取决了教师能否在课堂中创设好一个民主和谐的教学环境,为学生更好的进行探究学习提供环境支撑。
2.有选择的确定探究学习的课题
物理虽然是一门研究自然的科学,高中物理中也存在很多知识点都和学生的日常生活息息相关,但是需要教师注意的是,并不是所有的知识点都需要开展探究性学习,因为并不是每个知识点都适合进行探究教学,因此在备课过程中需要进行选择。比如在进行欧姆定律的研究中,有些教师为了开展探究性学习,在课堂中在保持整个电路中电阻不变的情况下改变导体两端的电压使得电路中的电流出现变化,利用电压表和电流表进行电流和电压数据测试,研究数据,这实质上犯了一个错误,欧姆定律正是电压表和电流表被发明出来的理论基础,用电压表、电流表来参与实验实质上已经承认了欧姆定律,在承认欧姆定律的基础上验证欧姆定律,这明显存在逻辑错误。
3.教师适时参与指导学生的探究性学习
教师要想更好的对学生进行教学引导,需要做好自身知识的积累。因为在学习过程中学生提出的问题并不一定是教材中的知识点,甚至可能是教师并不擅长的东西,如果教师自身物理不够功底深厚,很难适应课堂中的瞬息万变。与此同时,教师需要把握好如何引导学生进行探究性学习的方法,不能直接将自己的知道或者教学目标所要求的知识点直接告诉学生,而需要做好课程教学设计,预设教学问题,引导学生在思考中获得知识,通过独立自主的去实验、研究、调查等去验证知识,通过交流合作去深化对知识的认识。只要把握号引导方法,才能达到让学生在探究学习的过程中获得知识,学会研究问题,掌握解决问题的办法,并体验到平常学习生活中感受不到的情感体验。
4.教师要注重评价的激励性和发展性
教学评价是课堂教学的重要组成部分,教师在教学过程中对学生的探究性学习进行凭教师要注意评价是否对学生具有激励性,能够实现学生的进一步发展,不仅要关注当前学生在课堂中的表现,还需要关注学生在接下来的物理学习中的发展性,给予学生更多的关心与爱护,不仅要借助评价的作用实现学生物理学习水平的提升,以实现高中物理教学的具体教学目标,还要不断对学生的潜力进行挖掘,帮助学生正确认识自己,培养学好高中物理的自信心。在评价中要多给学生一定信心,充分发挥评价的鼓励作用,启发学生更深入的进行思考,不断提升自己。
5.教师需要及时进行教学观念以及教学角色的转换
在高中物理教学中开展探究性学习,教师扮演着学生学习中的导师橘色,不仅是学生的合作者,还是教学的重要参与者,要充分利用教师的引导作用将课堂打造成一个集合师生纵向交流、生生横向交流的多层交流空间,组织师生共同进行教学研究,使课堂发展成极具有个性的创造发展过程。根据新一轮教学改革的要求,教师需要不断对自身的教学理论体系进行不断调整,与教学实践中发现的教学规律有机结合,提升自我物理教学专业知识,借助更现代化的教学技术开展教学,使自身的素质与不断变化的教育对象以及教学方式更好的匹配。当改革与发展成为世界教育的主题,各国的教育模式都开始从智力型人才向技术性创新人才转变,在高中物理课堂教学中开展探究性学习成为教学改革的主要方向。但是探究性学习是一个相当大的课题,很多相关的理论还需要不断在教学实践中进行探索。
参考文献:
[1]郑渊方等.探究式教学的模型建构探讨[J].学科教育,2001(5).
关键词:CAI KCL定律 教学设计
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)08(a)-0139-01
1 教学设计方案
(1)设计理念:KCL定律(基尔霍夫第一定律)是电路的基本定律,反映的是电路中各支路电流之间的约束关系,既适用于直流电路,也适用于交流电路,可以说它是分析计算后续复杂电路的重要依据。在教学过程中教师只是凭借教科书直接讲授知识点及相关的例题,学生很难理解,我对学生感到难学难懂的内容进行了探讨和分析,发现只要学生理解了支路、节点、回路、网孔这几个术语的含义,就容易理解基尔霍夫定律的内容,理解了定律的内容,就可以做到熟练掌握和运用有关理论来解决实际电路问题。根据上述分析,针对KCL定律这种包含抽象概念的专业理论知识,笔者制定了CAI教学模式。CAI(Computer Aided Instruction计算机辅助教学)是在计算机辅助下进行的各种教学活动,以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。CAI为学生提供一个良好的个人化学习环境。综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术,克服了传统教学方式上单一、片面的缺点。它的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率,实现最优化的教学目标。
(2)设计思路:CAI模式进行教学设计,构建理论实践一体化教学模式,如图1所示。
本课内容的地位和作用:本课的内容选自《煤矿电工学》第一章第四节“复杂直流电路分析”,学生在前面学习了运用电阻串、并联化简和欧姆定律来解决简单直流电路的基础上,进一步学习KCL定律分析复杂电路,既符合认知规律,有遵循技能习得过程的知识结构网,笔者结合CAI教学模式设计这节课,旨在培养学生透过现象归纳事物本质,将感性认识提升为理论知识,进而把知识转化为技能。
教学目标的确定:根据教学大纲要求,结合教材内容和学生当前的心理特点及认知水平,笔者拟了如下三个教学目标:(1)专业知识目标:掌握支路、节点、回路、网孔等基本概念;理解KCL定律的内容。(2)能力技能目标:培养学生能够掌握应用KCL定律列节点电流方程的方法,提高学生分析和解决电路问题的能力。(3)情感素质目标:通过类比图形的引入,激发学生的学习兴趣,调动学生的思维,从而促进学生积极思考,主动学习;培养学生透过现象归纳事物本质,锻炼学生的查阅能力、自学能力、表达能力和评价能力,将感性认识提升为理论知识的能力;提高学生的参与竞争和团队协作精神,养成良好的职业道德。
确定教学重难点:(1)教学重点:支路、节点、回路及网孔的理解与区分;运用基尔霍夫第一定律列节点电流方程。(2)教学难点:电流参考方向与实际方向的判断。
教法和学法的运用CAI课件辅助教学模式,直观教学类比引入,引导学生积极思考;采用设问情境,启发学生大胆回答;采用比喻法,使学生容易理解;采用归纳、总结的方法,讲练结合,使学生加深认识。处理问题由浅入深,并结合具体例题对问题进行总结,充分体现教师的主导作用和学生的主体地位。
2 教学实施过程
2.1 导入新课
回顾串、并联电路。给出两个电路,请同学分析两电路的不同之处,有且仅有一条有源支路,可用电阻的串并联进行化简,是简单电路;分析简单电路的方法是欧姆定律。有两条及两条以上的有源支路,不能用电阻的串并联进行化简,是复杂电路;解答复杂电路的方法是什么?导入新课――KCL定律。
2.2 新课讲解
讲解几个基本术语支路:由一个或几个元件首尾相接组成的无分支电路。节点:三条或三条以上支路所联接的点。回路:电路中任何一个闭合路径叫做回路。网孔:内部不包含其他支路的回路,即中间无支路穿过的回路。电路实例分析(提示:回路和网孔之间存在什么关系?有什么区别?)动动脑筋:给出的电路有几条支路、几个节点、几个回路、几个网孔?
讲解KCL定律。
(1)内容:流入任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和,即∑I入=∑I出,定律讨论的对象:节点电流(故又称节点电流定律)。
(2)习题:通过习题导出基尔霍夫第一定律的另一种表述。用KCL定律列出图2的节点电流方程:I1+I2=I3+I4+I5可得:I1+I2-I3I4-I5=0。若规定流入节点的电流为正,流出节点的电流为负,可得基尔霍夫第一定律的另一种表述:电路中任一节点上电流的代数和恒等于零,即∑I=0。
(3)KCL定律的应用(任务进阶)。
电流I为负值引出参考方向的概念,参考方向:任意假定的方向。若计算结果为正值,表明电流的实际方向与参考方向相同;计算结果为负值,表明电流的实际方向与参考方向相反。
(4)基尔霍夫第一定律的推广:①对于电路中任意假设的封闭面来说,节点电流定律仍然成立(三极管引脚电流关系);②对于电路之间的电流关系,仍然可由节点电流定律判定(安全用电)。
2.3 归纳总结
2.4 练习作业、板书
笔者在探讨、总结前面教学经验的基础上,采用CAI模式进行教学设计,突破了传统的教学设计方法,这样的教、学情境让学生通过一系列的思维加工过程发展自己的创新思维和自主探究能力,以解决自己面对的问题。学生不仅能够迅速理解、掌握知识和技能,更能将知识、技能灵活应用与实践中,充分体现了学生作为学习的主体,在教师的引导下进行实践教学活动,实现了最优化的教学方案设计,对今后教学的改善和提高具有一定的实际意义。
参考文献
[1] 全国煤炭技工教材编审委员会.煤矿电工学[M].煤炭工业出版社,2002:9.
[2] 杨剑锋.轴承部件单元教学设计及反思[J].职业教育研究,2013(2):101-102.