基于电子表格的初中物理“欧姆定律”内容优化及教学建议

李昱静 钱长炎 周胜林

摘 要：“欧姆定律”是初中物理课程的重要内容之一，长期以来备受物理教育研究者和广大教师的关注，然而就如何将现代信息技术融入该内容及其教学过程，尚未见有过较深入的探讨.本文将电子表格与初中物理“欧姆定律”及相关内容有机融合，改进科学探究过程，以期提高教学质量.

关键词：初中物理;电子表格;科学探究;“欧姆定律”

文章编号：1008-4134（2020）02-0061 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

作者简介：李昱静（1996-），女，山东博兴人，硕士研究生，研究方向：中学物理教学;

钱长炎（1964-），男，安徽枞阳人，博士，教授，研究方向：中学物理课程与教学;

周胜林（1995-），男，安徽枞阳人，硕士研究生，研究方向：中学物理教学.

在初中物理课程中“欧姆定律”处于电学部分的独特位置，具有承上启下的作用.根据初中学生学习的心理特点，在教科书内容的选择、编排和教学中融入现代信息技术更有助于学生学好“欧姆定律”.

随着社会的发展，现代信息技术也呈现快速更新的特点，本文对普及性较强的电子表格在该部分知识的教科书内容及教学实施中的应用作较为深入的探讨，以期为该内容的教学提供一些有益的借鉴.

1 初中物理“欧姆定律”内容的主要特点及教学要求

为了深入探讨电子表格在初中物理“欧姆定律”及相关内容的优化和教学中的应用，有必要对该内容的主要特点及教学要求加以概括说明.

在我国现行初中物理课程中，“欧姆定律”是“电磁能”主题的重要组成部分.该定律揭示电路中电流、电压和电阻三者之间的关系，既是学生已学电学知识的综合和深化，又是后续相关内容学习的基础和前提.同时，该内容既包含定性描述与定量研究，又综合理论分析与实验探究，更凸显其既是初中物理教学的重点，又是学生学习的难点.

对于“欧姆定律”，物理课程标准要求学生达到“理解”的水平[1].课标解读对此作了进一步说明，指出必须通过实验探究引导学生发现各物理量之间的关系，掌握科学探究方法，归纳科学规律[2].这些要求不仅对教科书内容的选择与编排作了明确规定，而且为教学实施过程的组织和安排提出了建议.此外，有关研究表明，学生在实验时不明确实验数据的描绘方式，不理解“图像法”引入的意义，在绘制图像时更不知道该如何确定横纵坐标的物理量[3].

因此，在初中物理“欧姆定律”及相关内容的教科书编排与教学实施中必须寻求合适的现代信息技术手段来进行优化，而电子表格恰可担此重任.

2 运用电子表格优化初中物理“欧姆定律”及相关教学内容

电子表格因其具有强大的数据记录与数据处理功能，所以广泛应用于教学等领域.对于“欧姆定律”及其相关内容而言，在教科书编排时，可以利用電子表格对实验数据及实验结果进行直观展示，使教科书插图的编排更加优化.在教学过程中，电子表格能将实验探究过程以动态的形式呈现出来，帮助学生学习、理解物理规律.因此，根据“欧姆定律”内容的主要特点，运用电子表格对教科书中的数据记录表、数据图像等内容进行适当优化.

实验数据的记录是探究各物理量之间关系的基础，但在进行探究实验，尤其是“探究电流与电阻的关系”实验时，学生往往忽略保持电阻两端的电压不变，因此建议在数据记录表格中添加“电压”一栏并加深颜色以示提醒，如图1所示.同理，在“探究电流与电压的关系”时数据记录表也应依此处理.运用电子表格对数据记录表进行呈现，不需要重新设置实验编号，以竖排的形式进行记录，又为教科书节省大量的空间.

“图像法”的运用既能培养学生选择合适的方式表达数据间关系的能力，又能将实验结果直观地展示出来.但在绘制图像时对于横纵坐标的确定方式并没有明确的规定，代表性教科书则直接给定图像，要求学生描点划线，如图2（a）所示[4].我们认为应当遵循“横坐标为自变量，纵坐标为因变量”的数学原则，在“探究电流与电压的关系”实验中，首先对U-I图进行绘制，同时为了使结果更具说服力，再引导学生设计I-U图，如图2（b）、（c）所示.由于电子表格自带网格且本身就具有图像绘制的功能，作为插图运用于教科书中，与数据记录表和实验数据结果图相承接，使编排具有一致性，并且以可视的方式对内容进行推进.

各版本教科书在课标的要求下，大都以先进行实验探究后推导“欧姆定律”的顺序进行设计，有的教科书基于难点分散的考虑选择将实验探究与规律总结及应用分为两节进行编排.但在对物理规律进行推导时都缺乏必要的实验材料支撑，因此建议插入适当的实验数据结果图对内容进行过渡，如图3所示.这样不仅可以帮助学生回忆实验探究内容，而且可以根据图表顺理成章地推导出物理规律.

电子表格的数据记录与图像绘制功能与该部分内容巧妙契合，用其进行教科书插图的绘制简单明了，既可与科学探究相融合，又符合教科书插图刺激回忆、采取多重方式呈现的原则[5].

3 电子表格在初中物理“欧姆定律”教学主要环节中的应用

教科书在编排初中物理“欧姆定律”及相关内容时恰当使用电子表格可使内容在呈现方式上得到优化.同时由于电子表格具有图线拟合仿真模拟物理规律的功能，将其运用于教学实施的主要环节中更能帮助学生构建科学规律，提高教学质量[6].

首先，回忆探究实验，进行新课引入.“欧姆定律”内容与公式的推导离不开探究实验的支撑，因此在构建物理规律之前，有必要带领学生回忆探究实验的主要内容.如图4所示，运用电子表格展示探究实验中的实验电路图与部分实验数据记录表，在实验电路图中通过插入滚动条的方式来表示滑动变阻器的可调节性. 通过图表带领学生复习探究实验的原理、过程及实验数据记录的方式，为“欧姆定律”的推演作铺垫.

其次，展示实验结果，构建物理规律.在结束对探究实验的复习后，利用电子表格的图线拟合功能，对电流、电压与电阻之间的线性关系进行展示，如图5所示.通过分析图像不难发现“I∝U”与 “I∝1R”的比例关系，更可以直接得到“欧姆定律”的数学表达式.进行图像展示，既能直观展现各物理量之间的关系，建立物理规律，又能促使学生理解引入“图像法”的意义.

由于电子表格具有一个文件同时建立多个工作表的功能，因此在开展以上两步教学环节时，物理知识是以动态的、可视的形式连贯展出的，如此一来学生的思维过程是连续的、不间断的，对于抽象逻辑思维还未完全建立的初中学生来说，这样的教学方式更有助于学生理解并掌握物理规律.

最后，呈现测评试题，进行教学评价.鉴于“欧姆定律”的重要性，在教学结束后有必要对知识进行及时的复习与巩固，测评试题如图6所示.在对知识进行复习时运用电子表格进行问题的展示不受时间地点的限制，测评形式多样，真正做到实时测评.

将电子表格融入物理规律教学，既为科学探究开拓了新的手段，又能激发学生的科学探究情感，不仅帮助学生在学习物理知识的同时培养信息技术素养，而且充分体现科学探究既是教学内容又是学生学习的主要方式.

综上所述，我们发现运用电子表格既能在很大程度上改善初中物理“欧姆定律”及相关内容教科书中插图的选择，进一步利用其提高物理教学水平，又能在学生的日常学习中潜移默化地渗透信息技术素养.在信息技术高速发展的今天，聚焦最前沿的技术手段改善物理教学的同时，还应重视普及性广泛的信息技术手段的教学改进功能，它们更容易使教学改进的成果得到大范围的推广与利用.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011版）解读[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3]符东生.关于初中"欧姆定律"教学的思考[J].物理教学，2014，36（08）：41-43.

[4]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.义务教育教科书物理（九年级全一冊）[M].北京：人民教育出版社，2013.

[5]吴迪青.用Excel仿真模拟中学物理规律[J].物理教师，2017，38（03）：63-65.

[6]于国宏. 初中物理电学部分知识教学研究[D].苏州：苏州大学，2013.

（收稿日期：2019-10-15）