五个版本高中物理教科书中“电路”教学内容的对比研究

2018-04-10

物理之友 2018年3期

关键词：电动势电表教科书

(上海科技教育出版社，上海　200235)

1　课程标准的要求

《普通高中物理课程标准(实验)》(以下简称《课程标准》)对《物理选修3-1》中电路部分的要求是:(1) 观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的作用。

(2) 初步了解多用电表的原理。通过实际操作学会使用多用电表。

(3) 通过实验，探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律。

(4) 知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律。

(5) 测量电源的电动势和内阻。

(6) 知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活、生产中的应用。

(7) 通过实验，观察门电路的基本作用。初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用。

(8) 初步了解集成电路的作用。关注我国集成电路以及元器件研究的发展情况。

2　从宏观上看五个版本彰显的个性与共性

按照《课程标准》编写的五个版本教科书对电路部分的内容都给予了重视，但各版本教科书对该内容的呈现方式不尽相同。

(1) 在整体设计上，沪科教版教科书具有一定的创新性，将《课程标准》中的“电路”主题呈现为“从电表电路到集成电路”“探究闭合电路欧姆定律”两章。第3章“从电表电路到集成电路”以多用电表为探究情景载体，设置了问题串：“多用电表为什么既能测电流又能测电压，还能测电阻？它是通过怎样的电路实现一表多用的功能的？”……首先在让学生认识多用电表，并在学习使用多用电表的基础上，利用多用电表对电路中的电流、电压和电阻进行测量；然后通过观察实验和分析论证，探究电流、电压、电阻的成因以及电阻定律，引导学生使用多用电表测量这些电学量；最后再对多用电表内部电路进行分析，由此过渡到逻辑电路和集成电路。第4章仍以多用电表测量路端电压时产生的疑问为探究情景，采用观察实验和分析论证交替进行的方法等，运用能量守恒的观点，将电源的电动势和内阻、闭合电路欧姆定律和电路中的能量转化与守恒等一系列问题，融入用多用电表测量电学量和分析包含电源的闭合电路的活动中。采用案例分析的方法，论证多用电表测电阻的原理和闭合电路各状态电学量相互之间变化的制约关系，以及能量转化与守恒的问题，进而让学生领悟电路中各电学量相互联系、相互制约，是按照一定的规律变化的。

沪科教版教科书凸显了“做中学”的学习理念，让学生在学会使用多用电表的过程中，认识电路中各电学量的成因和电路的基本知识，知道多用电表为什么具有多个电学量测量的功能；凸显了以多用电表为载体，设计探究情景，以问题串的形式引导探究活动；凸显了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。多用电表是生产实践中测量电学参量时最常用的仪表，该教科书始终抓住多用电表这个载体，用多用电表测量直流电压、直流电流和测量串、并联电路的总电阻，用多用电表判断晶体二极管的极性，用多用电表研究电路中的电压与电势降落，用多用电表探究金属电阻与温度的关系，用多用电表等实验器材探究电阻定律，通过多用电表电路分析与设计学习伏特表和安培表的原理，用伏特表和安培表探究闭合电路的路端电压和内电压的关系，并将多用电表中欧姆表的原理作为闭合电路欧姆定律应用的典型案例。

(2) 人教版教科书“恒定电流”一章最大的亮点是“多用电表的原理”内容的编排与设计。人教版没有把欧姆表作为新知识点来处理，摆脱了原教科书中的单纯理论推导和仪表结构、原理、使用方法的编排顺次，而是基于学生已有经验，从闭合电路欧姆定律的应用入手，通过体验性探究，用例题的方式让学生真切感受并领会欧姆表的工作原理、结构和使用方法，尤其隐含了对欧姆表难点的阐述性讲解，如“欧姆表表盘为什么非均匀”“Rx=0时如何使电路电流达到满偏”等，旨在提高学生灵活运用物理知识解决实际问题的能力。该教科书引导学生根据闭合电路欧姆定律，得出并抓住闭合电路中的电流与外电阻一一对应的关系，将较难测量的电阻转换为容易测量的电流，将电流表上电流刻度换成电阻的刻度，进而渗透了转换的思想。

人教版的亮点二是“简单的逻辑电路”一节，通俗易懂，可读性强。该教科书分别从体现“与”“或”和“非”逻辑关系的三个生活事例出发，介绍三种逻辑电路的逻辑关系，并鼓励学生从生活中寻找相关事例，然后在此基础上介绍表示三种逻辑关系的真值表。这种编排设计顺畅，以帮助学生理解三种门电路。

(3) 粤教版教科书的亮点有二：① 其“电路”一章的编写较简明，在初中所学知识的基础上，对直流电路的概念和规律进行进一步的探讨。

② 在课程内容上体现了时代性的要求，其他版本均将《课程标准》要求的门电路和集成电路合编在一节中，而粤教版设有“走进门电路”和“了解集成电路”两节。通过实验探究与门、或门和非门电路的特点，加深学生对对各逻辑电路的功能的理解。

(4) 教科版教科书仍按传统编排了“欧姆定律”和“伏安法测电阻”两章，是在初中物理基础上的提升与升华，介绍了电流的形成机理，用实验探究元件的伏安特性曲线。在“用伏安法测电阻”一节中，让学生采用比较的方法来探索伏安法测电阻的两种接法，实验完毕后再组织学生讨论书上提出的问题。通过这种比较讨论，能使学生更清楚地理解哪一种接法更适宜于测量阻值大小不同的电阻，使其测量误差更小。比较是人们认识事物的一种有效的方法。通过比较我们可以知晓不同事物在性质、属性、结构、适用范围、精确程度等方面的异同，在此基础上进一步探索其中的原因，完成从现象到本质的探索。这种比较的方法能够给学生留下更深刻的印象。该教科书注重设置问题情景，以问题为线索展现教学进程。

(5) 鲁科版教科书将“电路”主题按“恒定电流”“闭合电路欧姆定律和逻辑电路”两章来编排，每章开篇都有可读性强的“导入”语和“本章要求”，在“电路”一章的结尾部分，附有与电路内容有关的专题探究，主要涉及实验与制作和调查研究两个方面的内容。实验与制作专题旨在了解实验制作所依据的物理原理，安全规范地进行实验操作，如实记录实验数据，科学地分析、处理实验数据，能对自己的探究活动进行反思并与他人交流。调查研究专题旨在引导学生发现问题、从物理学的角度提出问题，利用图书馆、互联网等查找并收集有关资料，进行实地调查，学习整理、分析调查信息及有关数据，从中得出结论，完成调查报告。

(6) 五个版本教科书对“通过实验，探究决定导线电阻的因素”的处理方法不相同。教科版、粤教版、鲁科版采用伏安法，这种方法比较传统，探究过程长，实验花时多。人教版将该实验细化为“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”和“探究导体电阻与材料的关系”，而对前者还提供了两套方案，其中一个方案采用同步对比实验探究，另一个方案是理性探究。而沪科教版则是利用多用电表直接测出不同导体的电阻，重点引导学生对多用电表测电压电路的分析与设计，放开让学生自主对多用电表测电流的电路分析与设计，以期达到让学生举一反三、触类旁通的学习效果。五个版本教科书均将欧姆表的原理作为闭合电路欧姆定律应用的典型案例。

(7) 五个版本教科书中对电源、电动势的表述如下表。

版本人教版教科版粤教版沪科教版鲁科版电动势定义电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功,定义式E=Wq。电动势是表示电源内部非静电力把单位数量的正电荷从负极移到正极过程中做功多少的物理量。电源的电动势数值上等于不接用电器时电源正负两极间的电压。电源的电动势就是电源内部非静电力移送单位正电荷所做的功。电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压。解读E=U内+U外电动势等于内外电路的电势降落之和。电源电动势E等于内外电路两个电阻上电压之和。电动势等于U外和U内之和。

粤教版、鲁科版教科书是从电源特性的角度出发，通过实验来研究电动势、外电压、内电压三者之间的定量关系，在此基础上再定义电动势，其建构过程亲和力强，学生易于接受，但通过实验的方法建构电动势，只能反映电源的电动势跟外电路无关，而不能反映电源的电动势是由电源中非静电力的特性决定的，没有较好地凸显物理问题的核心。从接受知识的角度看是速效的，但从培养能力和解决物理问题的本质的角度看，教与学的有效性并没有得到很好的凸显。因此，采用何种表述，要根据学生的情况进行有效选择。