促进学生认知发展的课堂教学设计

赵青

摘 要：以人教版“闭合电路欧姆定律”教学为例，阐述在课堂教学中如何在帮助学生完成知识建构的同时提高学生分析问题、解决问题的能力。

关键词：创设情境；自主建构；应用迁移

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）12-0074-3

“閉合电路欧姆定律”是高中新课标人教版物理的重点内容，有着丰富的内涵。如何在课堂教学帮助学生完成知识建构，同时培养学生分析、解决问题的科学素养？下面笔者就此问题，结合自已的教学实践，发表一些看法，就教于同仁。

1 基于学情和课标制定教学目标

心理学研究表明，若教学的内容和方法得当，可以加速认知发展。“闭合电路欧姆定律”是分析和理解部分电路和全电路的交汇点，也是进行复杂电路分析的基础，在教材中具有承上启下的作用。学生通过前面的学习，理解了静电力做功与电荷量、电势差的关系，了解了静电力做功与电能转化的知识，认识了如何从非静电力做功的角度描述电动势，并处理了部分电路欧姆定律的相关电路问题，已经具备了通过功能关系建立闭合电路欧姆定律、并应用这一定律分析问题的知识与技能。故制定了如下的知识与技能方面的教学目标：通过本节课的学习，知道闭合电路欧姆定律及其公式，理解路端电压与负载的关系，熟练应用闭合电路欧姆定律解决有关的电路问题。

2 教学流程

2.1 在已有认知基础上建立闭合电路欧姆定律的概念

环节一 创设情境，引发认知冲突

师：如图1所示，将电压表接在电源两端，电压表上的示数表示哪个物理量？

生：电源电动势。

师：出示实验装置，分别将开关扳向1和2，让学生通过实物投影读出电压表的读数，即为电源的电动势。

生：E1=3 V，E2=6 V。

师：将电压表换成小灯泡，开关接1时，小灯泡很亮，问：开关接2时会发生什么情况？

生：猜测灯泡更亮或是被烧毁。

师：将开关扳向2，提醒学生注意观察现象。（小灯泡还不如接1时亮）

【设计思路】 教学是一个创造性活动的过程，为了能吸引学生的注意，增强课堂教学效果，一开始利用学生的日常生活经验与演示实验的矛盾巧设“悬念”使他们的心理经历一次前概念与物理规律的强烈碰撞，激起学生的求知欲。在课题引入中紧密联系学生的生活实际，充分体现了“从生活走向物理”的新课程理念。

环节二 任务驱动，引导自主建构

师：什么样的电路叫闭合电路？

生：由电源和用电器组成的完整电路。

师：电源有什么重要的参量？

生：电源电动势和内阻。

师：解释闭合电路中的几个基本常识。包括外电路、外电阻、路端电压、内电路、内电阻。

介绍：闭合电路可分为内、外电路两部分，电源内部的电路叫内电路，电源外部的电路叫外电路，如图2所示；接在电源外电路两端的电压表测得的电压叫外电压，即外电阻上电势的降落。

生：相等。

师：怎样根据焦耳定律和能量守恒定律推导出内、外电压与电动势的关系？

教师引导：内电路的非静电力移送电荷的做功过程，除了要克服电场力做功使一部分能量转化为电势能供外电路使用外，同时还有一部分能量消耗在电阻发热上。

生：设通过内外电路的电流强度为I，外电阻为R，内电阻为r 。根据焦耳定律，在时间t 内，外电路中电能转化成的内能为E=I2Rt，内电路中电能转化成的内能为E=I2rt，电池化学反应层在时间t内非静电力做功为W=Eq=EIt。根据能量守恒定律，电路所消耗的能量应等于相同时间电源所产生的电能，即等于相同时间内非静电力所做的功，则有EIt=I2Rt+I2rt。所以有E=IR+Ir。

师：如果我们要探讨电路里电流强度I与哪些因素有关，其关系如何，还需要把公式改变成怎样的形式？

生：可改写为I=E/（R+r）。

师：总结闭合电路欧姆定律的内容与数学表达式。

定律内容：闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与内外电路中的电阻之和成反比。

数学表达式：I=E/（R+r）或E=U+U=IR+Ir。

【设计思路】 探究过程中教师组织、引导不到位，学生会显得很盲目。引导过于具体，就像是给了“实验步骤”来让学生进行验证，学生又会表现出很强的依赖性，束缚了思维的发展。好的教学需要围绕教学目标，系统地给学生提供探索、研究、发现的机会。并在活动过程中，让学生看到自己的智慧和意志，激发学习兴趣。

2.2 在物理实验中探究路端电压与负载的关系

环节一 利用实验数据，得出结论

师：从实验上探讨U随R变化的规律，如何设计一个简单的实验方案？（引导学生模仿设计实验的方法来设计实验方案）

生：让学生自己画电路图，如图4。

师：点评学生的电路图，指导学生进行实验。

生：出示实验数据，得出结论。U随R的增大而增大，U随R的减小而减小。

【设计思路】 在前面的教学过程中，教师按照“提出问题→猜想→实验验证”这一研究问题的思路和方法来展开教学。引导学生模拟科学探究的过程，模仿运用科学方法，自己动手、动脑设计实验，使学生在获取知识的过程中领略科学研究问题的思路和方法，当学生的猜想被实验验证后，能够获得成功的快乐。

环节二 理论分析，引领深度理解

师：我们能否从理论上来分析一下为什么会这样？

生：（先讨论，然后请代表发言）R↑→I↓→U↓→U↑；R↓→I↑→U↑→U↓。

师：我们从实验和理论上探讨了U随R变化的规律。当外电阻很小时，会发生什么情况？endprint

生：外电阻很小，电流很大。当外电阻减小到零时，会发生短路现象。

师：短路时电流有多大？

生：短路时R=0，U=0， I=E/r。

师：由于r一般很小，所以短路电流很大。例如，蓄电池的内阻大约为0.1 Ω，所以短路时电流就会很大。很大的电流会造成什么后果呢？

生：电流太大不但会烧坏电源，还可能引起火灾，要注意避免发生。

师：实际的电路安装了保险丝，若发生短路，通常会烧断保险丝。如果没有保险丝，短路时过大的电流长时间通过电路就有可能烧坏电源，还可能引起火灾。所以，在实验操作和日常生活、生产中要注意避免短路，不能图省事用铜丝或铁丝代替保险丝。

师：一旦发生短路，保险丝烧断，该如何使电路恢复呢？

生：（教师引导学生）先排除短路故障，再换保险丝。

师：当外电阻很大时又会发生什么现象呢？

生：R→∞，I=0，U=E。（引导学生得出这种现象叫断路）

师：电压表并接在电源两端测电动势就是利用这一道理。

【设计思路】整个探究过程始终把学生放在主体地位，教学以学生的需求为目标，教师能很好地树立服务意识，并发挥学习方法的多样化，使学生的积极性持续发挥效能。同时，让学生在对实验现象的感知中发现问题，提出问题，再通过相互讨论、交流、探索知识。在活动过程中学到科学研究的方法，提高了学习能力，并且在活动中体验到成功的愉悦。

2.3 在应用中感悟闭合电路欧姆定律

回首演示实验，解释现象

师：同学们再思考一下，谁来解释一下开始上课时做的演示实验的现象？

生：（学生纷纷举手发言）电源E2的内阻很大，因而内阻分压也很大，第二次加在灯泡两端的电压没有第一次的大。

师：你们的解释是否正确，实际去测量一下就知道了。

实际测量发现第二次加在灯泡两端的电压确实没有第一次的大。

生：似有所悟。

【设计思路】 让学生利用学过的知识去分析、解决实际问题，真正达到学以致用的目的。同时，也让学生体会到学习的快乐，让学生充分体验成功解决问题带来的喜悦感和满足感，也进一步激发学生学习的欲望。

3 教学反思

本设计结合学生的具体情况进行情境创设，活动步步为营，问题环环相扣，引导学生自主建构闭合电路欧姆定律的概念，极大地发挥了学生的主动性，激发了学生的学习兴趣。本设计引人入胜，知识水到渠成，引发学生认知冲突是开端，自主建构是發展，应用迁移是高潮，有效地提升了学生分析问题、解决问题的能力。

参考文献：

[1]张瑄.闭合电路的欧姆定律教学设计[J].教育教学研究，2013（37）：37-38.

（栏目编辑 邓 磊）endprint