从一道习题反思初中物理电压及欧姆定律的教学

彭耀 黄致新

摘 要：欧姆定律是初中物理电学部分的重要内容，掌握欧姆定律对学生学好电学内容具有重要意义。本文从一道习题出发，反思了电压及欧姆定律教学中易出现的两大问题：一是过分强调物理规律的应用；二是忽视欧姆定律中电压和电流的逻辑关系。文章最后针对电压教学中引入“水压”的方法提出了建议。

关键词：欧姆定律；电压；教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）3-0065-3

在最近的中考备考中，出现了一道较为有意思的习题，题目如下：

下列关于电流、电压、电阻的关系，说法正确的是（ ）

A.在电压一定时，导体的电阻跟通过它的电流成反比

B.在电阻一定时，导体两端的电压跟通过导体的电流成正比

C.在电流一定时，导体两端的电压跟导体的电阻成正比

D.通过导体的电流跟导体两端的电压成正比，跟導体的电阻成反比

通过分析及与学生交流，并且与我校部分物理教师交谈，总结出如下问题：

1 过分强调物理定律公式的应用，忽视对物理定律的理解

经数据分析，选择A选项的学生并非都是我们认为的学习成绩较差的学生，经过与这些学生交谈得知，他们是根据欧姆定律的公式：I=U/R变形得到R=U/I，然后根据数学知识判断，当电压一定时，电阻与电流成反比。

我们都知道，电阻是导体本身的一种性质，只与其本身的材料、长度、横截面积、温度等因素有关，与电路两端的电压以及电流是无关的。那为什么有一些成绩不错的学生还会犯这个“低级的”错误呢？

1.1 “应试”思维下犯下的错误

在教学过程中，教师过分强调对于物理公式的运用，而忽视了物理定律公式的理解和内涵的挖掘，从而造成本末倒置，将物理教成了数学。

1.2 没有前后联系帮助学生深刻理解欧姆定律

人教版教参中在欧姆定律的教学完成后，专门提出了对欧姆定律需要注意的点：I=U/R变形得到R=U/I和U=IR 仅仅是欧姆定律的变形，不一定能反映某种条件下物理量成正比或反比的关系。

电阻的大小与其两端电压和流过电阻的电流大小无关。但是在新课教学中，我们没有将这部分内容与前面学过的电阻、电压的内容联系起来，系统地梳理知识结构，从而造成学生对欧姆定律理解不够透彻。

2 教学中忽视欧姆定律中电压和电流的逻辑关系

选择B、C选项的学生特别多，经调查，学生对电路中电压和电流的因果关系没有搞明白，在电学的开篇，电路一节中就对电压做出定义：电压是电路中形成电流的原因。但是，课本没有对这句话进行深入地解析，人教版新教材教参也指出：学生容易把干电池“储备的量”理解为“电压”，这个量的多少决定着能给灯泡多少电流，这既来源于生活中的经验——“新电池供电灯泡亮，电池越多灯泡越亮”，也来源于教材中“电源是提供电能的装置”。同时，学生也容易将电能和电流划上等号，即干电池“储备的量”理解为电流的概念。从而很容易得到电流大那么电压就大的结论。

这样一来就混淆了电路中电压和电流的逻辑关系，也让学生对电路中电流的形成原因没有深刻的认识。

要理清欧姆定律电压和电流的逻辑关系，就必须加强电压的教学。对于电压的教学，当前较为流行的教法，一是引入水压的概念进行类比，二是通过学生对生活的感知直接引入电压的概念。对以上两种教法，反思如下：

2.1 关于电压教学的反思

关于电压的教学，虽然人教版新教材没有提到用水压类比电压的教学，但是在日常的教学中，大部分老师还是采用该办法。究其原因，有如下几点：一是规避高中需要学习的电势概念，便于学生理解；二是水压这个概念学生在生活中接触较多，较为容易接受。

2.1.1 关于水压类比电压教学的反思

下面两幅图是用水压类比电压教学的课件，接下来具体分析一下这两种教学辅助方法在教学中的注意事项。

在图1中可以观察到水管的粗细会影响水流的大小。结合生活经验可知，如果管道越细，其对水流的阻碍作用越明显，这样学生可以形象地理解电阻对电流的影响。同时老师要指出，无论两个水龙头的水流大小如何变化，管道的粗细均不会变化，即管道对水流的阻碍作用不会发生变化，从而深刻理解电阻是导体本身的性质，与电压和电流的大小是无关的。

图2中，教师经常把水流比作电荷，学生能快速地理解水能够流动的原因是左右两边液面有高度差，迁移生活中的经验，他们就会把图2中的水杯比作电源，水杯中的水比作电流，这样就会在他们的大脑中形成电源是提供电流的装置，显然这样的理解是不对的。

教师要让学生理解抽水机的作用才相当于电源的作用，其不断地将正电荷从电源负极运到电源的正极，从而在电源的正负两极形成电压，进而形成电流。如果电池越多，电池越新，其运送电荷的能力就越强。而管道中的水相当于导线中的自由电荷，如果管道中没有水，即使有了抽水机也不会形成水流，即将绝缘体连接在电源两端，不会形成电流。

2.1.2 关于人教版教材建议通过生活中的实例帮助学生感知电压的存在及作用的教学反思

按照人教版新教参的建议，引入电压概念时，通过展示生活中的实例：用几节电池串联起来给灯泡供电，如果串联的电池越多，灯泡就会越亮。通过该实例学生容易得到：电路中电流的强弱与电源有关，电源就是给用电器提供电流的装置，这个错误的理解不利于学生后续的学习。

该方法没有对形成电流的微观机制作出解释，串联的电池越多，电流越大，会让学生理解为电池越多，提供的电能越大，电流就越大。同时，结合新旧电池的效果，学生容易混淆了电能和电压的概念，当然也弄不明白电压和电流的关系。

那么，如何帮助学生从电能过渡到电压呢？这需要进一步探讨并设计合理的教学情景。

3 关于欧姆定律教学的反思的总结

欧姆定律的教学是基于两个探究实验：探究电流和电阻的关系及探究电流和电压的关系。教师在教学过程中往往直接进行学生分组实验，却忽视了学生心底的疑问：为什么是探究电流和电压、电阻的关系而不是其他？因而在实验前教师需要引导学生思考电流、电压、电阻三者之间的关系，帮助学生认识要让电路中形成电流，其两端必须要有电压。电流是随电压和电阻的变化而变化的[3]。

同时，在欧姆定律学习完后，除了对欧姆定律的同一性、同时性作出解释，针对欧姆定律还需要补充：

①欧姆定律只是电路中电压、电流、电阻三者遵从的关系，是计算公式，并非其定义式。

②在一段电路中，电阻是一定的，其大小与电压和电流的大小无关。

③在电路中，电流形成的原因是电压推动电子的定向移动。因而，在一段电路中，电压决定了电流的大小，电压是因，电流是果。

综上所述，欧姆定律教学在初高中的电学教学中都是难点，如何帮助学生掌握电流、电压的概念，理解电路中电流形成的原因，从而掌握欧姆定律是值得探讨的。

同时，在初中教材中对电压概念的深入探讨，造成了学生对欧姆定律的理解存在盲点。因而，教学目标对初高中生对欧姆定律的理解程度应该也有较为清晰的区分，或在初中一步到位，解决掉学生对电压的理解问题，避免初中欧姆定律的教学成为学生高中物理学习时错误的前概念。

参考文献：

[1]廖伯琴.义务教育物理课程标准修订依据、原则、与实施建议[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]人民教育出版社物理课程教材研发中心.义务教育教科书九年级物理 教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2013.

[3]李龙星.用水压类比电压的演示实验[J].天津教育，1992（4）：46.

[4]陈 峰.新修订义务教育物理课程标准的变化与贯彻与落实[M].北京：人民教育出版社.