從一道習(xí)題反思初中物理電壓及歐姆定律的教學(xué)

彭耀 黃致新

摘 要：歐姆定律是初中物理電學(xué)部分的重要內(nèi)容，掌握歐姆定律對學(xué)生學(xué)好電學(xué)內(nèi)容具有重要意義。本文從一道習(xí)題出發(fā)，反思了電壓及歐姆定律教學(xué)中易出現(xiàn)的兩大問題：一是過分強(qiáng)調(diào)物理規(guī)律的應(yīng)用；二是忽視歐姆定律中電壓和電流的邏輯關(guān)系。文章最后針對電壓教學(xué)中引入“水壓”的方法提出了建議。

關(guān)鍵詞：歐姆定律；電壓；教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）3-0065-3

在最近的中考備考中，出現(xiàn)了一道較為有意思的習(xí)題，題目如下：

下列關(guān)于電流、電壓、電阻的關(guān)系，說法正確的是（ ）

A.在電壓一定時(shí)，導(dǎo)體的電阻跟通過它的電流成反比

B.在電阻一定時(shí)，導(dǎo)體兩端的電壓跟通過導(dǎo)體的電流成正比

C.在電流一定時(shí)，導(dǎo)體兩端的電壓跟導(dǎo)體的電阻成正比

D.通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比

通過分析及與學(xué)生交流，并且與我校部分物理教師交談，總結(jié)出如下問題：

1 過分強(qiáng)調(diào)物理定律公式的應(yīng)用，忽視對物理定律的理解

經(jīng)數(shù)據(jù)分析，選擇A選項(xiàng)的學(xué)生并非都是我們認(rèn)為的學(xué)習(xí)成績較差的學(xué)生，經(jīng)過與這些學(xué)生交談得知，他們是根據(jù)歐姆定律的公式：I=U/R變形得到R=U/I，然后根據(jù)數(shù)學(xué)知識判斷，當(dāng)電壓一定時(shí)，電阻與電流成反比。

我們都知道，電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，只與其本身的材料、長度、橫截面積、溫度等因素有關(guān)，與電路兩端的電壓以及電流是無關(guān)的。那為什么有一些成績不錯(cuò)的學(xué)生還會犯這個(gè)“低級的”錯(cuò)誤呢？

1.1 “應(yīng)試”思維下犯下的錯(cuò)誤

在教學(xué)過程中，教師過分強(qiáng)調(diào)對于物理公式的運(yùn)用，而忽視了物理定律公式的理解和內(nèi)涵的挖掘，從而造成本末倒置，將物理教成了數(shù)學(xué)。

1.2 沒有前后聯(lián)系幫助學(xué)生深刻理解歐姆定律

人教版教參中在歐姆定律的教學(xué)完成后，專門提出了對歐姆定律需要注意的點(diǎn)：I=U/R變形得到R=U/I和U=IR 僅僅是歐姆定律的變形，不一定能反映某種條件下物理量成正比或反比的關(guān)系。

電阻的大小與其兩端電壓和流過電阻的電流大小無關(guān)。但是在新課教學(xué)中，我們沒有將這部分內(nèi)容與前面學(xué)過的電阻、電壓的內(nèi)容聯(lián)系起來，系統(tǒng)地梳理知識結(jié)構(gòu)，從而造成學(xué)生對歐姆定律理解不夠透徹。

2 教學(xué)中忽視歐姆定律中電壓和電流的邏輯關(guān)系

選擇B、C選項(xiàng)的學(xué)生特別多，經(jīng)調(diào)查，學(xué)生對電路中電壓和電流的因果關(guān)系沒有搞明白，在電學(xué)的開篇，電路一節(jié)中就對電壓做出定義：電壓是電路中形成電流的原因。但是，課本沒有對這句話進(jìn)行深入地解析，人教版新教材教參也指出：學(xué)生容易把干電池“儲備的量”理解為“電壓”，這個(gè)量的多少決定著能給燈泡多少電流，這既來源于生活中的經(jīng)驗(yàn)——“新電池供電燈泡亮，電池越多燈泡越亮”，也來源于教材中“電源是提供電能的裝置”。同時(shí)，學(xué)生也容易將電能和電流劃上等號，即干電池“儲備的量”理解為電流的概念。從而很容易得到電流大那么電壓就大的結(jié)論。

這樣一來就混淆了電路中電壓和電流的邏輯關(guān)系，也讓學(xué)生對電路中電流的形成原因沒有深刻的認(rèn)識。

要理清歐姆定律電壓和電流的邏輯關(guān)系，就必須加強(qiáng)電壓的教學(xué)。對于電壓的教學(xué)，當(dāng)前較為流行的教法，一是引入水壓的概念進(jìn)行類比，二是通過學(xué)生對生活的感知直接引入電壓的概念。對以上兩種教法，反思如下：

2.1 關(guān)于電壓教學(xué)的反思

關(guān)于電壓的教學(xué)，雖然人教版新教材沒有提到用水壓類比電壓的教學(xué)，但是在日常的教學(xué)中，大部分老師還是采用該辦法。究其原因，有如下幾點(diǎn)：一是規(guī)避高中需要學(xué)習(xí)的電勢概念，便于學(xué)生理解；二是水壓這個(gè)概念學(xué)生在生活中接觸較多，較為容易接受。

2.1.1 關(guān)于水壓類比電壓教學(xué)的反思

下面兩幅圖是用水壓類比電壓教學(xué)的課件，接下來具體分析一下這兩種教學(xué)輔助方法在教學(xué)中的注意事項(xiàng)。

在圖1中可以觀察到水管的粗細(xì)會影響水流的大小。結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)可知，如果管道越細(xì)，其對水流的阻礙作用越明顯，這樣學(xué)生可以形象地理解電阻對電流的影響。同時(shí)老師要指出，無論兩個(gè)水龍頭的水流大小如何變化，管道的粗細(xì)均不會變化，即管道對水流的阻礙作用不會發(fā)生變化，從而深刻理解電阻是導(dǎo)體本身的性質(zhì)，與電壓和電流的大小是無關(guān)的。

圖2中，教師經(jīng)常把水流比作電荷，學(xué)生能快速地理解水能夠流動(dòng)的原因是左右兩邊液面有高度差，遷移生活中的經(jīng)驗(yàn)，他們就會把圖2中的水杯比作電源，水杯中的水比作電流，這樣就會在他們的大腦中形成電源是提供電流的裝置，顯然這樣的理解是不對的。

教師要讓學(xué)生理解抽水機(jī)的作用才相當(dāng)于電源的作用，其不斷地將正電荷從電源負(fù)極運(yùn)到電源的正極，從而在電源的正負(fù)兩極形成電壓，進(jìn)而形成電流。如果電池越多，電池越新，其運(yùn)送電荷的能力就越強(qiáng)。而管道中的水相當(dāng)于導(dǎo)線中的自由電荷，如果管道中沒有水，即使有了抽水機(jī)也不會形成水流，即將絕緣體連接在電源兩端，不會形成電流。

2.1.2 關(guān)于人教版教材建議通過生活中的實(shí)例幫助學(xué)生感知電壓的存在及作用的教學(xué)反思

按照人教版新教參的建議，引入電壓概念時(shí)，通過展示生活中的實(shí)例：用幾節(jié)電池串聯(lián)起來給燈泡供電，如果串聯(lián)的電池越多，燈泡就會越亮。通過該實(shí)例學(xué)生容易得到：電路中電流的強(qiáng)弱與電源有關(guān)，電源就是給用電器提供電流的裝置，這個(gè)錯(cuò)誤的理解不利于學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)。

該方法沒有對形成電流的微觀機(jī)制作出解釋，串聯(lián)的電池越多，電流越大，會讓學(xué)生理解為電池越多，提供的電能越大，電流就越大。同時(shí)，結(jié)合新舊電池的效果，學(xué)生容易混淆了電能和電壓的概念，當(dāng)然也弄不明白電壓和電流的關(guān)系。

那么，如何幫助學(xué)生從電能過渡到電壓呢？這需要進(jìn)一步探討并設(shè)計(jì)合理的教學(xué)情景。

3 關(guān)于歐姆定律教學(xué)的反思的總結(jié)

歐姆定律的教學(xué)是基于兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)：探究電流和電阻的關(guān)系及探究電流和電壓的關(guān)系。教師在教學(xué)過程中往往直接進(jìn)行學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，卻忽視了學(xué)生心底的疑問：為什么是探究電流和電壓、電阻的關(guān)系而不是其他？因而在實(shí)驗(yàn)前教師需要引導(dǎo)學(xué)生思考電流、電壓、電阻三者之間的關(guān)系，幫助學(xué)生認(rèn)識要讓電路中形成電流，其兩端必須要有電壓。電流是隨電壓和電阻的變化而變化的[3]。

同時(shí)，在歐姆定律學(xué)習(xí)完后，除了對歐姆定律的同一性、同時(shí)性作出解釋，針對歐姆定律還需要補(bǔ)充：

①歐姆定律只是電路中電壓、電流、電阻三者遵從的關(guān)系，是計(jì)算公式，并非其定義式。

②在一段電路中，電阻是一定的，其大小與電壓和電流的大小無關(guān)。

③在電路中，電流形成的原因是電壓推動(dòng)電子的定向移動(dòng)。因而，在一段電路中，電壓決定了電流的大小，電壓是因，電流是果。

綜上所述，歐姆定律教學(xué)在初高中的電學(xué)教學(xué)中都是難點(diǎn)，如何幫助學(xué)生掌握電流、電壓的概念，理解電路中電流形成的原因，從而掌握歐姆定律是值得探討的。

同時(shí)，在初中教材中對電壓概念的深入探討，造成了學(xué)生對歐姆定律的理解存在盲點(diǎn)。因而，教學(xué)目標(biāo)對初高中生對歐姆定律的理解程度應(yīng)該也有較為清晰的區(qū)分，或在初中一步到位，解決掉學(xué)生對電壓的理解問題，避免初中歐姆定律的教學(xué)成為學(xué)生高中物理學(xué)習(xí)時(shí)錯(cuò)誤的前概念。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖伯琴.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂依據(jù)、原則、與實(shí)施建議[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]人民教育出版社物理課程教材研發(fā)中心.義務(wù)教育教科書九年級物理 教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2013.

[3]李龍星.用水壓類比電壓的演示實(shí)驗(yàn)[J].天津教育，1992（4）：46.

[4]陳 峰.新修訂義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)的變化與貫徹與落實(shí)[M].北京：人民教育出版社.