朱靈俊

[摘要]文章以選修3-1第二章第六節(jié)《導(dǎo)體的電阻》教學(xué)為例，從教材和學(xué)情分析出發(fā)，探討科學(xué)探究、科學(xué)思維在物理教學(xué)中的落實。如在實驗探究環(huán)節(jié)實施解決問題、探究能力素養(yǎng)的培養(yǎng)，用比值定義的思想方法幫助學(xué)生理解電阻率，進而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]高中物理;核心素養(yǎng);導(dǎo)體的電阻

[中圖分類號]G633.7? [文獻標(biāo)識碼]A? [文章編號]1674-6058（2020）02-0049-02

新一輪高中課程改革圍繞“核心素養(yǎng)”展開?！昂诵乃仞B(yǎng)”的落實，要求教師改善教學(xué)方式、豐富教學(xué)手段、構(gòu)建立體式教學(xué)體系，從而讓學(xué)生在接受知識的過程中，不僅以學(xué)習(xí)知識為目的，更重要的是建立正確的人生觀、價值觀，讓學(xué)生在以后的人生道路中能夠適應(yīng)社會以及個人發(fā)展的需要。

核心素養(yǎng)是由于時代的深刻變化和人們的觀點與時俱進而產(chǎn)生的，是對學(xué)生發(fā)展提出的更全面、更綜合的目標(biāo)。它既包括我們常說的知識、能力、態(tài)度等的目標(biāo)要求，也包括國家認(rèn)同、自我管理、國際理解等目標(biāo)。它是知識、能力、態(tài)度或價值觀方面的融合，既包括問題解決、探究能力、批判性思維等認(rèn)知性素養(yǎng)，又包括自我管理、組織能力、人際交往等非認(rèn)知性素養(yǎng)。

下面，以《導(dǎo)體的電阻》教學(xué)為例，談?wù)勗鯓釉谖锢斫虒W(xué)中更好地貫徹和落實核心素養(yǎng)教育。

一、教學(xué)要求分析

學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見里的教學(xué)要求是：①知道用伏安法測量金屬絲電阻的電路，會用伏安法測量電阻。②會用刻度尺測量金屬絲的直徑;會通過實驗探究導(dǎo)體的電阻與長度、橫截面積的關(guān)系。③理解電阻率概念，掌握電阻定律;領(lǐng)會“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”實驗中控制變量的思想。④會推導(dǎo)導(dǎo)體的電阻與長度、橫截面積的關(guān)系;定性了解金屬導(dǎo)體的電阻率與溫度的關(guān)系。

二、學(xué)情分析

影響導(dǎo)體電阻大小的因素，學(xué)生在初中就學(xué)過，多數(shù)學(xué)生知道長度、橫截面積、材料、溫度是影響導(dǎo)體電阻的因素，但僅知道長度長、橫截面積小，電阻就大，材料不同溫度不同，電阻也不同，都是定性、簡單的。

進入高中后，學(xué)生在這之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了電源電動勢、歐姆定律、串聯(lián)和并聯(lián)電路、焦耳定律，會設(shè)計簡單的電路圖，會根據(jù)電路圖連接實物線路，會用伏安法測電阻。

三、基于核心素養(yǎng)的教學(xué)要求

基于學(xué)生已有的知識水平和傳統(tǒng)教學(xué)，要求：

（1）根據(jù)提供的實驗器材，讓學(xué)生用控制變量法，通過小組合作探究影響導(dǎo)體電阻的因素，并分析數(shù)據(jù)，歸納出實驗結(jié)論。

（2）應(yīng)用比值定義的思想理解電阻率的含義。

四、基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)設(shè)計

1.通過演示實驗引入課題

教師給學(xué)生展示兩盞正常工作的白熾燈，規(guī)格分別為“220 V，40 W”和“220 V，200 W”，觀察亮度情況，發(fā)現(xiàn)200 W的燈比較亮。關(guān)燈后再觀察燈絲情況，發(fā)現(xiàn)兩燈的燈絲粗細不同。讓學(xué)生分析原因，得到橫截面積是影響導(dǎo)體電阻大小的因素，再引出研究問題：影響導(dǎo)體電阻大小的因素還有什么？電阻大小和這些因素之間有何關(guān)系？能不能找到相應(yīng)的關(guān)系式？

2.實驗探究影響導(dǎo)體電阻的因素

師：我們通過實驗探究導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體長度、橫截面積以及材料的關(guān)系。如何研究電阻與這三個因素之間的關(guān)系呢？

生：控制變量法。即控制導(dǎo)體的橫截面積以及材料不變，研究導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體長度的關(guān)系……

師：這樣一來，這個問題就等于分別研究導(dǎo)體的電阻與長度、導(dǎo)體的電阻與橫截面積、導(dǎo)體的電阻與材料之間的關(guān)系了。

師：這些探究中，我們要測量導(dǎo)體的電阻值，如何測量電阻？

生：伏安法測電阻。

師：現(xiàn)在提供給大家的器材有：若干粗細不同、硬度不同的鉛筆芯，放置鉛筆芯的支架，電流表，電壓表，滑動變阻器，干電池，導(dǎo)線等，請設(shè)計實驗電路。

為了節(jié)約時間，將全班學(xué)生分成8個小組，其中1?3組研究電阻和長度的關(guān)系，4?7組研究電阻和橫截面積的關(guān)系，第8組研究電阻和材料的關(guān)系。

鉛筆芯是學(xué)生平常學(xué)習(xí)生活中普遍用過的，鉛筆芯的主要成分是石墨和黏土，石墨具有導(dǎo)電性，配合粘土，其電阻又不會很小，可以避免短路。根據(jù)黏土與石墨的調(diào)配，我們可以得到不同型號的鉛筆，豐富了素材的可選擇性，能讓學(xué)生直觀地感受材料對電阻大小的影響。因此本課探究實驗采用鉛筆芯代替金屬絲，不僅增強了認(rèn)同感，更重要的是可以提升科學(xué)實驗素養(yǎng)。

整個實驗過程需要學(xué)生全員參與，這樣就能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用和小組合作探究的作用。教師巡視，指導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究，對學(xué)生在研究中出現(xiàn)的問題進行點撥指導(dǎo)，要求各組把數(shù)據(jù)記錄在實驗報告紙上，并進行分析，引導(dǎo)學(xué)生得出正確的結(jié)論，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

最后，各實驗小組代表進行實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)論的匯報。初步得出結(jié)論：導(dǎo)線的電阻與導(dǎo)線的長度成正比，導(dǎo)線的電阻與導(dǎo)線的橫截面積成反比，電阻與材料的性質(zhì)有關(guān)。

3.結(jié)論的理論分析

在材料一定的前提下，導(dǎo)體的電阻與長度成正比、與橫截面積成反比，根據(jù)串并聯(lián)電路的總電阻規(guī)律也可以得到這樣的規(guī)律：

兩因素合并得到關(guān)系式，假設(shè)正比例系數(shù)為k，得到。

然后和學(xué)生一起對k展開討論，發(fā)現(xiàn)有三個特點：

在實驗探究和理論探究中，沒有規(guī)定用什么材料。說明不論是何種材料，只要是同一種材料，k就是恒定不變的，與長度、橫截面積、電阻大小都無關(guān)。

不同的材料，k的數(shù)值一樣嗎？可以用學(xué)生之前探究的電阻與材料關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)來說明。幾個導(dǎo)體對比，L、S都一樣，只是材料不一樣，那么根據(jù)關(guān)系式可知，若R不同，則k不同。

還發(fā)現(xiàn)，根據(jù)生活經(jīng)驗，k的數(shù)值大小與材料的導(dǎo)電性能有關(guān)，k值小的，導(dǎo)電性能相對好些。

從而確定k可以用來反映材料對導(dǎo)體電阻的影響。物理學(xué)上也是這么做的，把k叫電阻率，用p來表示。這樣，上面的正比例等式變成了電阻定律公式。

類似這樣的理論推導(dǎo)，在必修1《加速度與質(zhì)量、合外力關(guān)系》及選修3-1第一章《電場強度、電容器的電容》的學(xué)習(xí)中接觸過，學(xué)生還是能夠主動思考的。讓學(xué)生在邏輯世界中感悟電阻率的含義，自然引出電阻率。

4.電阻率分析

電阻率與溫度因素相關(guān)的教學(xué)是本節(jié)課的難點，通過一道習(xí)題和一個演示實驗的分析可以巧妙地化解教學(xué)難點。采用課本中的習(xí)題：R₁和R₂是材料相同、厚度相同、表面為正方形的導(dǎo)體，但R₂的尺寸比R₁小很多，通過兩導(dǎo)體的電流方向如圖1所示，試比較R₁和R₂的大小。

和學(xué)生討論明白L如何確定后，學(xué)生很快解出：，所以。

教師引導(dǎo)：體積不同的導(dǎo)體可以通過控制厚度使電阻相同，可以使電路微型化，集成電路的發(fā)展，電阻定律提供了理論支持，但也帶來了新的問題——散熱，散熱不好，電路不穩(wěn)定，為什么溫度對電阻有影響？有什么樣的影響呢？

演示實驗展示：小電珠、學(xué)生電源、敲破玻璃的200 W的白熾燈及開關(guān)串聯(lián)成回路，如圖2所示。合上開關(guān)，小電珠發(fā)光，用打火機燒白熾燈燈絲，發(fā)現(xiàn)小電珠不發(fā)光了。

師生一起討論實驗現(xiàn)象：打火機燒燈絲，使燈絲溫度升高，燈絲電阻變大，回路電流變得很小，所以小電珠不發(fā)光了。結(jié)論是溫度升高，燈絲電阻變大。

再用電阻定律來討論：燈絲的長度不變，橫截面積不變，材料也沒變，但電阻變大了，為什么電阻率變大了。如果用電阻定律來測量某材料的電阻率，在長度、橫截面積、材料都不變的情況下，改變溫度，就能測到不同的電阻率，這就意味著電阻率和溫度具有一一對應(yīng)關(guān)系。展示課本中的電阻率表，純金屬的電阻率隨溫度升高而增大，有的合金的電阻率幾乎是不變的。利用這些特點，可以按需制作不同的電阻。其他材料的電阻率和什么因素有關(guān)呢？與溫度有什么關(guān)系呢？可以課外再研究。

五、總結(jié)

總之，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)鮮活、真實的學(xué)習(xí)情境，帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略物理學(xué)的價值，體驗物理學(xué)研究過程中的科學(xué)精神，從而提升物理素養(yǎng)。

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