借鉴多种版本教材优势，尝试“电阻定律”创新教学

●施坚

“电阻定律” 是高中物理一个重要的电路定律，国内“人教版”、“鲁教版”、“沪教版”和“粤教版”等多个版本对该内容的处理方式和方法有着较为明显的差异不尽相同。

一、多种版本教材的比较

首先，实验方案和电路的选择上多种版本教材的指引详略不一。 其中沪教版要求学生“设计实验方案，拟定实验步骤”，列出了数据记录表；人教版给出两个探究方案，一个是实验探究方案，另一个是理论探究（逻辑推理）方案，其中实验探究方案给出了简要的实验方法， 而理论探究方案则显得非常的消息；粤教版更是一份完整的实验报告，只需学生按照实验步骤操作即可；鲁教版指引学生一步一步操作，包括数据采集、数据记录和数据处理。 相比较而言，沪教版和人教版显得更为强调学生的实验创新、设计能力的挖掘， 其中人教版还注意到实验探究的局限性，鼓励学生进行理论探究。而粤教版和鲁教版则似乎关注到了中学生在实验探究和创新的能力有限的现实，更多的是鼓励学生体验实验的过程，其中粤教版的指引最详细， 包括诸多基本环节有： 提出问题、猜想与假设、制定计划和设计实验、进行实验和分析论证、评估和交流。

其次，多种版本教材对实验数据采集和处理的方法的差异最为显著，也从另一个侧面体现了物理思维的灵活性和多样性。沪教版教材电阻的测量采用多用电表，但没有提供实验电路图。粤教版和鲁教版使用了常规的伏安法(如图1)，而人教版教材则颇具创新的使用了串联电路中的电压比例法(如图2)。而在长度测量、 横截面积的测量或者数据处理方法上多种版本教材都或多或少地比例法， 都有着追求最小实验繁琐度的目标， 其中鲁教版的数据处理方法使用了图像法。 而在教材的最后部分都对分析结论做了详细的表述， 并对电阻率与温度的关系做进一步的介绍，只是侧重点有所不同（如表1）。

表1

最后，多种版本教材在学生学科知识铺垫上也有较大差异。 沪教版是在学习了“多用电表”，“探究电流、电压和电阻的原因”两部分内容之后安排学习“电阻定律”，显得知识点和规律的运用比较自然。粤教版和鲁教版安排上则显得有些唐突， 或者安排在电路这一章第一节， 或者仅安排在电流概念的学习之后；人教版则是在学习了导体中的电场和电流、电动势、欧姆定律、串并联、焦耳定律等5 节知识后学习“电阻定律”，但仍在多用表一节之前。

二、多种教材可借鉴之处分析

沪教版的实验探究最具开放性，无论是猜想和假设，还是设计实验和实验操作步骤都由学生来完成，所以笔者在教学中大胆实践沪教版的开放性学生实验探究设计。人教版教材处理与中学教学最贴切，既兼顾长度测量、横截面积、电阻测量的方法等知识的全面掌握，也考虑了实验探究和理论探究的多样性，并安排了探究活动的体验方案，切合中学教学的实际，具有极强的可操作性，所以笔者在教学中主要借鉴人教版的教学思路。 粤教版教材从呈现的内容来看是让学生体验探究活动， 它将实验探究的每一个环节，包括操作步骤都详细地列出来，利于学生在系列的探究活动中领悟和掌握实验探究的要领，但也有不利于学生自主和创新能力培养之嫌，所以笔者在教学中主要是在学生给出实验设计方案后， 教师通过学案或多媒体投影的形式指导学生详细操作要领。

三、“电阻定律”创新教学过程

（一）引入

师：演示1 节南孚电池短接两张剪有细窄条的锡箔纸，发现锡箔有燃烧的火星，甚至被点燃。如何解释这一现象（如图 3）？

目的：该情境的引入意在引起学生的好奇，引起认知冲突，并引出课题：电阻定律。

（二）猜想

师：有哪些影响导体电阻的因素？

目的：启发学生猜想导体电阻的决定因素，鼓励学生回忆初中知识，并适当发散其他可能因素，而不局限于长度、横截面积、材料三个因素，为课堂结束时鼓励学生关注高新科技，比如超导、“巨磁电阻”效应等，使物理课堂得到延伸。

（三）定性演示验证学生的猜想

装置：水槽、两块铜片、一个带有两夹子的多用电表、盐水、硫酸铜溶液（如图4）。

现象：当铜片也部分没在盐水中，向槽中继续加盐水时，可以明显的看出欧姆表上的示数在变小。

解释： 向槽中加盐水引起了导体横截面积的变大，说明导体的横截面积越大，电阻越小。

现象：当两铜板间距增大时，可以明显的看出欧姆表上的示数在变大。 解释：铜板间距增大就是导体变长了，说明导体的长度越大时，电阻越大。 并要求同学记下当时的阻值。

现象： 当把盐水更换为等体积的硫酸铜溶液， 电阻明显不同，说明与材料有关。

目的：让学生体会猜想需要实验的验证，而按照人类的认知规律，应该先是定性验证，该实验都增加学生的定性感受，增加学生的物理体验和兴趣度， 避免一上来就是冷冷的数据性实验。因为笔者已前置安排多用电表及其应用的学习，学生对该实验探究并不显得陌生。

（四）二次猜想

师：请大家猜想导体的电阻与长度、横截面积之间可能存在怎样的定量关系呢？

目的：引导学生从长度和横截面积两个角度猜想，即是 R∝L 还是 R∝L2或者 R∝L3，等等；是 R∝或者等等。 有了前面定性验证实验，到此的二次猜想显得自然而有据。

（五）定量探究实验

师：导体的电阻与几个因素有关，那我们应该使用什么方法进行探究呢？ 并具体说明探究方案。

目的：引导学生回忆讨论某应变量与其他多个变量间的关系时要使用控制变量法， 并能据此联想到伏安法（图1）或万用表测量法。

目的：让学生灵活应用前面刚学过的串并联知识，联想在串联电路中电阻之比等于电压之比(图2)，简化实验测量，真正做到学以致用。

师：请同学们分成两大组分别设计测量数据的记录表（如表2），并简述测量步骤。

表2

目的：让学生领悟和掌握实验探究的要领，教师并注意倾听并予以悉心指导，比如实物展示电阻丝的串联可以通过电阻板背面连接导线来实现器材的改良（图5），和用学案或多媒体投影的形式呈现实验电路图（图6）和操作步骤。

师：除开同学们利用传统实验器材设计的实验方案外，还可以使用先进的传感器来完成探究。

目的：安排“用传感器探究电阻定律”的学生实验，让学生亲身体会高科技应用于物理教学的便捷，即用电压、电流传感器快速获得各次实验的电压、电流数据，并应用传感器附带软件或EXCEL 快速处理获得电阻R 的数值以及1/D、1/D2等数值， 并绘制R_L（如图 8）、R_D、R_1/D、R_1/D2的关系图像。并通过测得数据的对比得出电阻R 与材料有关的结论。

师：绘制R_D 图像后，同学们发现有点像双曲线的一支，但也有可能R_D2才是双曲线的一支，我们需要更能说明问题的图像来体现正、反比关系？当然也有学生首先讨论的即是R_D2图像，因为可能联想到截面积是

目的：让学生体会数据处理中的图像特征，尤其是说明反比关系最好的方法设置变量的倒数，并通过过原点的直线的正比图像来体现。 比如让学生从R_D 联想到R_1/D，而当学生看到R_1/D 是一条过原点的类抛物线，比较容易想到离正确的结论不远了，完全可能去试探R_1/D2是不是一条过原点的直线（如）图9。 探究的过程意在让学生最终得出R_L和R_1/S 的结论，并写出为比例系数）。

(六)理论探究

师：实验能让我们发现很多物理规律，但有限的数据有其局限性，要让结论更具说服力和普遍性，需要理论验证，或者说逻辑推理。

目的：培养学生对事物的辩证观点，并用前面所学串并联知识创造性地得出电阻定律规律， 教师最后把逻辑推理过程加以投影：

（1）将一根长L 的导体均分为若干等份，等效于若干个电阻串联，则R=R1+R2+R3+…Rn。

?

(2)将若干个完全相同的导体并在一起，等效于若干个相同电阻并联，则

?

（七）电阻率

目的：让学生联想到材料是K 这个比例系数真正原因， 而物理意义显然是不同的材料对电流有不同的阻碍能力，据此教师可引入电阻率的概念。

师：很多时候某种材料的电阻率并非确定不变，随着材料所处环境的温度、 电磁环境不同电阻率可能出现改变， 而金属的电阻率随温度的改变我们通过一个传感器实验来展示。

目的：通过传感器电压、电流采集器软件每隔两秒钟自动实时获取加热的金属丝的电压、 电流数据（如图10），并使用传感器软件得出实时阻值（R=U/I）来体现温度对金属的电阻率的影响， 克服了以往灯泡亮暗的定性感受，转化为定量数据更具说服力。至此，投影各种材料温度影响电阻率的表格，阐述标准电阻和电阻温度计的由来。 并鼓励学生课后关注和收集有关超导、半导体、巨磁，阻的相关材料，更多地了解各种材料的电阻率及其影响因素， 并投影相关网址，让课堂得到延伸和拓展。