探究欧姆定律实验

探究欧姆定律实验

张桂湘

清远市清新区第二中学

摘要：“欧姆定律”是初中物理电学部分核心内容之一，也是较为重要的物理定律，传统教学以理论为主，学生在学习过程中往往缺乏符合认知规律的情境融合。本文以“欧姆定律”为素材，以新课标为指导，创设情境、提出问题、科学探究与论证以及总结拓展知识延伸，在教学中真正落实核心素养要求。

关键词：教学结构；欧姆定律；实验探究

引言

初中物理实验课教学结构是针对初中物理教学中核心素养培养的课程理念而提出的，重在培养学生的科学思维，提高科学探究能力和解决实际问题的能力，形成正确的物理观念和科学态度与责任。下面以“探究欧姆定律”(粤教沪科版)的教学为例，谈谈初中物理实验课教学结构。

一、创设情境，提出问题

创设情景，激发学生的学习兴趣，并结合所创设的情景，提出要研究的主题和学习目标。引入主题可以从实验出发，也可以从生活中的现象开始，与实际生活联系越密切越容易引起学生探究的欲望，要求所创设的情境尽可能切合生活实际，引导学生在情境中提出问题，并能够解决真实的问题。

在探究欧姆定律新课引入时，教师在黑板上按照电路图1连接，将实物图连接成图2一致，移动滑动变阻器的滑片，引导学生观察通过电阻R的电流及其两端电压的变化；保持滑动变阻器滑片不动，更换电阻R，再次观察通过电阻R的电流及其两端的电压的变化。通过观察以上演示实验的现象，引导学生发现电路中的电压或电阻发生变化时，电路中的电流就会发生变化，从而提出主题“探究通过导体的电流跟电压、电阻之间的关系”。学生在观察实验现象的基础上提出问题，同时也明确了本节的学习目标。这样的引入也让学生发现通过改变滑动变阻器滑片的位置可以改变电阻R两端的电压，为后面探究电流与电压关系时的电路设计做好铺垫。从教多年的教学经验发现，学生在设计“探究电流与电压关系”的方案时，会通过改变电池个数来改变电阻R两端的电压，而没有用滑动变阻器电阻的改变来改变电路中的电流，从而改变电阻R两端的电压的知识基础，所以在这里给学生直观的实验现象让学生知道通过移动滑动变阻器的滑片能够改变电阻R两端电压。

图1 图2

二、科学探究与论证

科学探究，让学生在不断的探寻中获得科学知识，通过提出科学问题，结合生活中的现象，进行猜想和假设，通过实验中的数据信息，进行归纳总结得出合理的结论，并对科学过程和结果进行交流、评估、反思，从而确保定律的可靠性。以实验的数据作为基础，利用多组数据进行分析和逻辑推理得出普遍规律，公开研究结果，接受质疑且经受得起质疑，将规律不断更新和深入，是科学探究的特点。

2.1根据已有经验或部分实验现象提出猜想

教师根据所设计的情境或实验演示，引导学生思考问题，培养学生具有科学探究的意识和提出合理的猜测与假设的能力。这包括提出可以通过科学探究解决的问题、根据已有研究进一步探究的科学问题，还包括针对问题提出合理的猜想与假设。

引导学生在观察老师演示实验时发现，移动滑动变阻器时，通过电阻R的电流随着其两端电压增大(或减小)而增大(或减小)的感性认识；通过改变电阻R的阻值，还发现通过电阻R的电流随着其阻值增大而减小。在此基础上提出问题“通过电阻R的电流与其两端的电压及其电阻成什么样的具体关系呢?”组织学生通过刚才的实验现象提出有科学根据的猜想:通过导体的电流有可能与导体两端电压成正比；通过导体的电流可能与导体电阻成反比。这样的猜想过程是基于证据的猜想过程，同时这个环节让学生明确了研究对象是通过这段导体的电阻。

2.2小组协作设计实验方案收集科学证据

以小组合作的方式组织学生协作学习，培养学生合作能力和与人交流能力。根据已有猜想展开小组交流，设计实验探究的方案，正确实施实验方案，采用科学方法来收集证据，以培养学生设计探究方案和获取证据的能力。过程包括收集证据的方案设计、使用各种实验器材的技能和用于记录证据的各种图形和表格的设计等。

根据已有猜想“电流与电压可能成正比；电流与电阻可能成反比”组织学生应用控制变量法进行实验设计，分别探究电流与电压、电流与电阻的关系。在探究“电流与电压的关系”时，以问题串的形式引导学生思考，问题1:探究电流与电压的关系时，应该保持哪个量不变，改变哪个物理量?(九年级学生已基本掌握控制变量法的应用，这里通过提问的形式让学生回忆应用控制变量法来设计实验方案的思维过程)问题2:如何来改变电阻R两端的电压呢?(学生大多数都会想到通过改变干电池的个数来改变电阻R两端的电压，也有部分同学留意到刚才老师的演示实验，串联一个滑动变阻器通过移动滑动变阻器的滑片也能改变电阻R两端的电压，这是老师引导学生对两种方案的选择)问题3:如何设计实验的电路呢?以上3个问题逐层递进，降低学生实验方案设计难度，也激发学生主动思考与交流的兴趣，让学生获取方法的同时也顺利得出可行的实验方案。(这个环节侧重于引导学生实验方案的设计，在得出实验方案后学生分组实验记录相关的实验数据)

有了探究“电流与电压的关系”的基础后，在探究“电流与电阻的关系”时可放手学生进行实验设计（说明：实验电路图与图1相同，实物图也一致，只是更换不同的电阻）。在前面教师的演示实验中，学生已观察过老师通过更换定值电阻R来改变定值电阻的阻值，学生在设计探究电流与电阻的关系时很容易想到改变定值电阻R的方法。笔者多年的教学发现，问题较多的是学生不知道怎么保证定值电阻两端电压不变，或者是在实验操作时总是没有通过调节滑动变阻器来保持定值电阻两端的电压不变。因此，在学生实验操作之前，选择一个典型错误方案(更换定值电阻后没有调节滑动变阻器来保证定值电阻电压不变的实验方案)进行演示，让学生来发现问题，在达成共识后再进行实验和收集数据。

实验探究方案的设计是科学探究成败的关键，只有设计出科学合理的实验方案才能获取科学的证据，才能得出科学的结论；同时，引导学生设计实验探究方案的过程也是科学思维、科学方法培养的过程。因此，在初中物理实验课中引导学生设计实验方案显得特别重要，是实验课教学中的重要环节，需要教师花费心思精心设计。

2.3基于证据进行分析解释得出结论

基于证据，分析相关的现象，利用多种技术手段或数学手段对数据进行分析来论证之前的猜想，得出正确的结论。这个过程培养学生的分析论证能力，学生在数据分析过程中学习数据处理的方法和手段，学习如何描述和解释证据，基于证据得出合理的结论，从中也形成科学的物理观念和实事求是的科学态度。

如学生通过实验获取以下实验数据:

探究电流与电压的关系：保持电阻R不变，R=10Ω。

表1

探究电流与电阻的关系:保持电压U不变，U=3V。

表2

基于表1的实验数据，引导学生发现在保持电阻不变的情况下，电流跟电压成正比关系。即电压增大多少倍，电流也增大相同倍数，通过直接观察得出结论；也可以通过画出图像(下图3）的方法，以得到电阻一定时电流与电压成正比的图像，从而得出科学的结论，也论证了猜想。同理引导学生对表2数据进行分析处理，组织小组讨论，自主总结并表达出科学的结论，得出保持电压不变的情况下，电流跟电阻成反比关系。进而得出欧姆定律：一段导体中的电流，跟这段导体两端的电压成正比例关系，跟踪这段导体的电阻成反比例关系。不断培养学生数据分析能力和表达能力。

图3

2.4精讲点拨，疑难解惑

在通过小组交流与讨论后，还有一些问题全班同学都没有搞清楚，这时教师用简洁明了的语言进行点拨，为学生解惑；或是对本节内容进行简单的梳理归纳帮助学生建立一个较为系统的知识体系。在实验探究过程中很多同学遇到灯泡不亮的故障，学生通过自己讨论是很难准确地归纳和表达其原因的。笔者实践中发现这时演示实验进行分析归纳灯泡故障的问题，有让学生恍然大悟的效果。教师连接好电路后，闭合开关，将小灯泡拧松，让学生观察实验现象，然后总结:小灯泡断路，灯泡不亮，电压表示数接近电源电压，电流表示数为零。再演示用一根导线接在灯泡两端接线柱，学生观察实验现象得出结论:小灯泡短路，灯泡不亮，电压表示数为零，电流表满偏。在交流与评估之后，教师对刚才的实验结论进行总结和归纳，得出欧姆定律的内容。

3. 
   

4. 结束语

综上所述，设置针对性强的题目，以简单题为主，以巩固当堂学习的知识点为目的，进行当堂小测，收集反馈学生达标情况，教师对学生容易出错的题目，统一讲解。引导学生对课堂开始时引入主题的情景进行分析与回顾，帮助学生梳理本节所学知识，建立学科知识体系；也梳理实验研究课的学习过程中所用的科学方法，让学生体会到自己通过实验的探究带来的自身发展。

参考文献

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2. “电源电动势和内阻、闭合电路欧姆定律”的教学优化[J].赖佳颖.物理教学.2015(06)

3. 提供直观素材培养学科素养——以“闭合电路欧姆定律”为例[J].谢忠良.物理通报.2019(01)

4. 注重体验拓展教材——关于“欧姆定律”的教学设计与思考[J].詹先斌.中学物理教学参考.2019(06)

5. 在活动中做真探究——以“闭合电路欧姆定律”为例[J].张心悦，康建波，张丽萍.物理教学探讨.2019(02)

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