贯穿科学思维方式的《闭合电路欧姆定律》教学设计

杨金 刘文 赵佳喜

摘 要：在教学中正确运用科学思维方法，贯穿实验探究的基本内涵，培养学生的学科素养是当前中学物理教学改革的一项重要任务，在教学过程中充分体现教师的主导作用，学生的主动地位，从而真正将物理核心素养落在实处。

关键词：科学思维；方式；教学设计

根据本节的特点，我采取在教学中贯穿科学思维方式的培养下的“逻辑推理加实验探究”的教学模式。首先借助课堂探究实验，通过测量电压值，进而引出电势，接着以这一问题为引，指出内、外电路上电势的变化，思索内外电路上能量的转化情况，功率变化情况，得出闭合电路的欧姆定律。接着又以探索問题为基础，设计课堂分组实验，引导学生进行实验探究，让学生注意观察，讨论与交流，让学生积极主动地探求科学结论，在新知识的探索和学习过程中不断提升学生的科学思维的能力与水平。

一、 教材分析

《闭合电路欧姆定律》是高二物理选修3-1第二章恒定电流第七节的内容。本节课是在学习了部分电路欧姆定律、电阻定律、焦耳定律基础上进行的，既是对初中所学的部分电路欧姆定律的延伸，也是分析直流和交流电路的基础，同时又是本章知识拓展的重要理论和实验的基础，也就是本章的教学重点。对于大多数电学问题只有放在闭合电路这一框架之下，才能完全说清楚，所以本节在教材中的作用是极其重要的。而且，本节教材充分展示了物理学科的特点——理论推导与实验探究相结合，体现了用理论加实验的手段研究物理问题的思想方法。本节课我计划共用两个课时完成。

二、 学情分析

根据以上对该节在教材中地位、作用的理解，高二学生经历了一年多的高中物理学习，已经具有一定的理论推理能力，在知识储备（初中学习过部分电路欧姆定律）、实验技能、思维方法方面等都得到一定锻炼，因此通过教师的引导和配合可以帮助学生通过逻辑推理加实验的办法来探究闭合电路的欧姆定律。

三、 教学目标

（一） 知识与技能

1. 运用科学思维方式经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程，体验用能量转化和守恒的思想来探究在电路中的能量转化关系，并理解内、外电路的能量转化。

2. 通过对电势的思考，理解内、外电路的电势降落，理解闭合电路的欧姆定律。

3. 通过实验得出路端电压与电流（或外电阻）的关系，知道这种关系的公式表达和图线表达，并能从中得出闭合电路欧姆定律及公式。

（二） 过程与方法

1. 学会用逻辑推理加实验探究的办法来揭示新的物理规律的方法。

2. 通过研究路端电压与电流关系的公式、图线及图线的物理意义，培养学生用多种方式分析物理问题能力。

（三） 情感、态度与价值观

通过亲历理论推理加实验探究的科学思维品质，培养学生学习物理规律的能力，从中理性地体会物理思维方法。

（四） 教学重点和难点

教学重点：闭合电路的欧姆定律的推导及理解

教学难点：路端电压与电流（或外电阻）的关系，能进行相关的电路分析和计算

实验器材：干电池两节、电压表、电流表、滑动变阻器、坐标纸、导线若干、开关等

课时安排：2课时

四、 教学过程

一、 知识回顾

电动势E：在数值上等于 。

焦耳定律Q： 。

功率P： 。

设计意图：1. 带领学生回顾上节内容，以便使学生思维顺利衔接到本节内容。

2. 迅速集中学生学习的注意力。

二、 引入新课

设计实验测量电源（两节干电池串联后）两端电压，左图中U= V，右图中U= V。

设计意图：通过演示实验引出本节课所要探究的问题，接着明确内、外电路，进而引出是电压由于在内、外电路上存在电势差所导致的，接着梳理闭合电路中电势的变化情况。

三、 新课学习

（一） 探究内、外电路中能量、功率转化关系

【思考与讨论】设电源电动势为E，内阻为r，外电路电阻为R，闭合电路的电流为I，

（1）试写出在t时间内，外电路中消耗的电能E外的表达式；

（2）试写出在t时间内，内电路中消耗的电能E内的表达式；

（3）试写出在t时间内，电源中非静电力做的功W的表达式；

（4）试写出在内、外电路中的功率关系.

教师引导学生进行讨论与分析并得出结论：闭合电路的欧姆定律。

（1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，这个结论叫作闭合电路的欧姆定律。

（2）公式：I=ER+r

（3）适用条件：外电路是纯电阻的电路。

根据欧姆定律，外电路两端的电势降落为U外=IR，习惯上成为路端电压，内电路的电势降落为U内=Ir，代入E=IR+Ir

得E=U外+U内

该式表明，电动势等于内外电路电势降落之和。

设计意图：通过学生分组探究学习，教师分析并引导学生总结并得出内、外电路上能量、功率的转化情况，进而得出闭合电路的欧姆定律。

（二） 探究路端电压U、电流I与外电阻R之间的关系

【实验探究】调节滑动变阻器，改变外电路的电阻，观察路端电压怎样随电流（或外电阻）而改变。

【得出结论】

（1）路端电压、电流都与外电阻有关，外电阻R越大，U越大；

（2）路端电压U与电流I的关系图像是 ；二者成一次函数关系，即 。

【思考与讨论】

（1）从图中可以看出，路端电压U是随电流I的增加而 。

（2）纵截距（即图像与纵轴的交点）表示此时电流为 ，此时电路处于 状态。路端电压U= 。

（3）横截距（即图像与横轴的交点）表示电路处于 状态，此时I短= 。

（4）该图像斜率k的绝对值为 。

设计意图：对闭合电路的欧姆定律进行拓展延伸，深化学生闭合电路欧姆定律的认识和学习。

（三） 针对训练

设计意图：强化学生对本节知识的掌握情况，通过训练引导学生掌握方法技巧，规范学生的答题步骤。

五、 作业

课本习题2、5题

设计意图：引导学生利用所学知识分析习题，巩固所学知识，通过学生的作业反馈、了解学生对本节内容的掌握情况，以便较好地设计下一节课的教学内容。

六、 小结

通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题：

1. 推导并学习了闭合电路的欧姆定律的内容及其公式。

2. 结合实验探究及理论分析得出路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小。

3. 贯穿科学思维方式理解路端电压与电流的关系式：U=E-Ir，其U-I图线是一条倾斜的直线。

参考文献：

[1]赵青.促进学生认知发展的课堂教学设计——以“闭合电路欧姆定律”教学为例[J].物理教学探讨，2017（12）：10.

[2]张艳.《闭合电路的欧姆定律》两种教法分析与建议[J].中学教学参考，2018（7）：11.

[3]王昌.浅析闭合电路欧姆定律教学[J].中学物理教学参考，2018（3）：28.

作者简介：

杨金，刘文，赵佳喜，甘肃省武威市，天祝藏族自治县第一中学。