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歐姆定律在初中物理電學(xué)知識體系中占有極其重要的地位。作為一個實(shí)驗(yàn)定律，它的得出依賴于實(shí)驗(yàn)探究。初中階段對歐姆定律的探究主要是針對部分導(dǎo)體的歐姆定律。
蘇科版物理教材中歐姆定律處在一章的第三節(jié)，在探究歐姆定律之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)的電學(xué)內(nèi)容有：初始家用電器和電路，電路連接的基本方式（串并聯(lián)電路的認(rèn)識），電流和與電流表的使用，電壓和電壓表的使用，電阻，變阻器。通過這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道改變電流大小的兩種方法：1. 改變電路中的電源電壓；2. 改變電路中的電阻。帶著這樣的知識基礎(chǔ)，進(jìn)行歐姆定律的探究學(xué)習(xí)。
教學(xué)過程中，按照教科書上實(shí)驗(yàn)電路圖，采用控制變量的方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究的一般過程進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)。因此在利用教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)的過程中遇到了一些有待商榷的問題。
問題1：“移動變阻器的滑片，改變滑動變阻器連入電路的電阻，可以改變電路中的電流，但為什么就可以改變加在電阻兩端電壓呢？”
問題2：“調(diào)節(jié)變阻器，使電阻R兩端電壓改變，為什么同樣是調(diào)節(jié)變阻器，卻又是使加在R兩端的電壓不變呢？”
分析：學(xué)生對電流的認(rèn)知是通過教材中用水流做類比，從而知道電壓是形成電流的原因。從認(rèn)知的過程來看，正是因?yàn)橛辛穗妷海艜须娏鞯漠a(chǎn)生。
而在本書歐姆定律的探究實(shí)驗(yàn)中，二次實(shí)驗(yàn)都是通過移動滑動變阻器來改變電流的大小，利用歐姆定律的原理，從而改變了電阻兩端的電壓或使不同電阻兩端的電壓不變。這樣就會給學(xué)生有一個錯誤的印象：“電阻改變電流，電流改變電壓”。使學(xué)生認(rèn)知電流、電壓的因果關(guān)系上容易出現(xiàn)倒置，認(rèn)為電壓的改變是由于電流的變化而引起的。因此在未探究出歐姆定律之前，根本不可能向?qū)W生解釋他們提出的這兩個問題。更嚴(yán)重的是在課后的作業(yè)反饋中，有學(xué)生對于這個的實(shí)驗(yàn)做出了錯誤的總結(jié)：在電阻一定時，電壓和電流成正比。所以這個實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在學(xué)生探究學(xué)習(xí)歐姆定律的思維邏輯上存在著錯誤的引導(dǎo)，必須加以改進(jìn)。
本人認(rèn)為問題產(chǎn)生的根本原因就出在滑動變阻器在實(shí)驗(yàn)中的引入。
雖然滑動變阻器的聯(lián)入使實(shí)驗(yàn)操作更為方便更為簡單，但產(chǎn)生的負(fù)面影響是巨大的，導(dǎo)致了學(xué)生知識認(rèn)知邏輯上的混亂，迷惑，弊大于利。本人提出的改進(jìn)建議是舍去滑動變阻器：
電阻不變時，探究電流與電壓的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，完全可以舍去滑動變阻器，直接把電阻接入電路，通過直接改變電源電壓的方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
電壓不變時，探究電流與電阻的關(guān)系。而舍去滑動變阻器后，通過固定的電池?cái)?shù)目的方法很難實(shí)現(xiàn)電阻兩端的電壓不變。其原因在于電池組存在一定的內(nèi)阻，就會導(dǎo)致路端電壓隨外電路電阻的變化而變化（外電路電阻變大路端電壓也變大），而不能達(dá)到控制電壓不變的目的。同時電壓表示數(shù)的變化也會引起學(xué)生的質(zhì)疑。初中階段，由于電池的內(nèi)阻不作要求，因此最合適的方法就是采用輸出電壓恒定的學(xué)生電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
綜上分析，本人設(shè)計(jì)這樣的探究實(shí)驗(yàn)：
實(shí)驗(yàn)器材：學(xué)生電源，電阻箱（或若干已知阻值電阻），電壓表，電流表，導(dǎo)線，開關(guān)
實(shí)驗(yàn)步驟：按實(shí)物圖連接好電路：
實(shí)驗(yàn)一，先保持電阻R不變，通過調(diào)節(jié)學(xué)生電源的輸出電壓（電壓取值要小），研究電流跟電壓的關(guān)系。將所測數(shù)值填入表格，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。
實(shí)驗(yàn)二，保持學(xué)生電源輸出電壓不變，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，研究電流和電阻的關(guān)系。將所測數(shù)值填入表格，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。
實(shí)驗(yàn)總結(jié)：將兩方面結(jié)論綜合，歸納出歐姆定律。
一、歐姆定律發(fā)現(xiàn)歷程溯源
2.相同之處
歐姆定律適用于線性元件，如金屬等，不適用于非線性元件，如氣態(tài)導(dǎo)體等。
三、三點(diǎn)質(zhì)疑
1.線性元件存在嗎
材料的電阻率ρ會隨其他因素的變化而變化（如溫度），從而導(dǎo)致導(dǎo)體的電阻實(shí)際上不可能是穩(wěn)定不變的，也就是說理想的線性元件并不存在。在實(shí)際問題中，當(dāng)通電導(dǎo)體的電阻隨工作條件變化很小時，可以近似看作線性元件，但這也是在電壓變化范圍較小的情況下才成立，例如常用的炭膜定值電阻，其額定電流一般較小，功率變化范圍較小。
2.對所有非線性元件歐姆定律都不適合嗎
在上述所有表述中都有歐姆定律適用于金屬導(dǎo)體之說，又有歐姆定律適用的元件是線性元件之說，也就是說金屬是線性材料，而我們知道，白熾燈泡的燈絲是金屬材料鎢制成的，也就是說線性材料鎢制成的燈絲應(yīng)是線性元件，但實(shí)踐告訴我們燈絲顯然不是線性元件，因此這里的表述就不正確，為了避免這種自相矛盾，許多資料上又說歐姆定律的應(yīng)用有“同時性”，或者說“歐姆定律不適用于非線性元件，但對于各狀態(tài)下是適合的”，筆者總覺得這樣的解釋難以讓學(xué)生接受，有牽強(qiáng)之意，給教師的教造成難度，既然各個狀態(tài)下都是適合的，那就是整個過程適合呀。
3.對歐姆定律適合的元件I與R一定成反比嗎
I與R成反比必須有“導(dǎo)體兩端的電壓U相同”這一前提，在這一前提條件下改變導(dǎo)體的電阻R，那么通過導(dǎo)體的電流就會發(fā)生變化，因而導(dǎo)體的工作點(diǎn)就發(fā)生了變化，其制作材料的電阻率 ρ就隨之變化，因此導(dǎo)致電阻又會發(fā)生進(jìn)一步的變化，這樣又會導(dǎo)致電流產(chǎn)生進(jìn)一步的變化，所以實(shí)踐中多數(shù)情況下I與R就不會成嚴(yán)格的反比關(guān)系，甚至相差很大。
四、兩條教學(xué)對策
1.歐姆定律的表述需要改進(jìn)
其實(shí)早就有一些老師對歐姆定律的表述進(jìn)行過深入的分析，并結(jié)合他們自身長期的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)提出了歐姆定律的表述的后半部分“I與R成反比”是多余的，應(yīng)該刪除，筆者也贊成這種做法，因?yàn)檫@種說法本身就是不準(zhǔn)確的，這也是在上述三種大學(xué)普通物理教材中都沒有出現(xiàn)這個說法的原因。
通過對歐姆定律發(fā)現(xiàn)歷程的溯源，可知?dú)W姆當(dāng)時發(fā)現(xiàn)這一電路定律時也沒有提出“反比”這一函數(shù)關(guān)系，只是定量地給出了一個等式，因此，筆者認(rèn)為歐姆定律的現(xiàn)代表述有必要改進(jìn)，既要傳承歐姆當(dāng)時的公式，也要符合實(shí)際情況，所以筆者認(rèn)為歐姆定律應(yīng)該表述為：通過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度等于導(dǎo)體兩端的電壓與導(dǎo)體此時的電阻之比。
那么，為什么連“I與U成正比”也省去呢？當(dāng)R一定時，I與U成正比是顯然的，但如果在歐姆定律的表述中一旦出現(xiàn)“I與U成正比”的說法，學(xué)生就會很自然地想到“I與R成反比”，而這種說法是不對的，所以表述中最好不要出現(xiàn)“I與U成正比”和“I與R成反比”這兩種說法。
2.線性還是非線性元件的區(qū)分不能以材料種類為判斷標(biāo)準(zhǔn)
同樣是金屬材料，鎢絲的伏安特性是非線性的，而一些合金材料導(dǎo)體的伏安特性卻是非常接近理論線性，如標(biāo)準(zhǔn)電阻。所以我們在區(qū)分線性元件還是非線性元件時，不能以導(dǎo)體的材料種類作為判斷的標(biāo)準(zhǔn)，而只能通過實(shí)驗(yàn)測定，得到I-U圖象，以此來作為判斷依據(jù)。
《閉合電路歐姆定律》是高中物理電學(xué)部分中各種電路的基礎(chǔ)內(nèi)容，同時也是高中物理電路部分的重點(diǎn)內(nèi)容，深刻理解并掌握本節(jié)內(nèi)容對今后電路學(xué)習(xí)具有極大的幫助。在高中物理課堂教學(xué)活動開展中，為了有效提高《閉合電路歐姆定律》教學(xué)設(shè)計(jì)的有效性，下面本文首先簡單分析了《閉合電路歐姆定律》教學(xué)目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上提出創(chuàng)設(shè)“問題情境”的教學(xué)設(shè)計(jì)為方法的課堂教學(xué)實(shí)踐，以供參考。
高中物理《閉合電路歐姆定律》教學(xué)主要是圍繞定律的推導(dǎo)和定律的應(yīng)用這兩個問題展開的。教材在設(shè)計(jì)中意在從能量守恒的觀點(diǎn)推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律，從理論上推出路端電壓隨外電阻變化規(guī)律及斷路短路現(xiàn)象，將實(shí)驗(yàn)放在學(xué)生思考與討論之中。為了有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，我們特提出在《閉合電路歐姆定律》教學(xué)中創(chuàng)設(shè)“問題情境”的教學(xué)設(shè)計(jì)。
1.《閉合電路歐姆定律》教學(xué)目標(biāo)分析
《閉合電路歐姆定律》教學(xué)目標(biāo)主要有以下幾個方面：一是，經(jīng)進(jìn)閉合電路歐姆定律的理論推導(dǎo)過程，體驗(yàn)?zāi)芰哭D(zhuǎn)化和守恒定律在電路中的具體應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生推理能力；二是，了解路端電壓與電流的U-I圖像，培養(yǎng)學(xué)生利用圖像方法分析電學(xué)問題的能力；三是，通過路端電壓與負(fù)載的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律的科學(xué)思路和方法；四是，利用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。高中物理《閉合電路歐姆定律》教學(xué)主要是圍繞定律的推導(dǎo)和定律的應(yīng)用這兩個問題展開的，其中涉及到了“電動勢和內(nèi)阻”、“用電勢推導(dǎo)電壓關(guān)系”、“焦耳定律”以及“歐姆定律”等諸多內(nèi)容，這些內(nèi)容之間具有一定的聯(lián)系， 只要能夠?yàn)槠錁?gòu)建一個完善的體系，將這些知識有機(jī)的結(jié)合起來，就能夠得出閉合電路的歐姆定律。以建構(gòu)主義教學(xué)思想為基礎(chǔ)，采用創(chuàng)設(shè)“問題情境”的教學(xué)設(shè)計(jì)，對于提高課堂教學(xué)有效性具有積極意義。
2.創(chuàng)設(shè)“問題情境”的教學(xué)設(shè)計(jì)具體實(shí)踐
首先，通過問題的提出激發(fā)學(xué)生的求知欲。例如：將一個小燈泡接在已充電的電容器兩極，另一個小燈泡在干電池兩端，會觀察到什么現(xiàn)象？并展示生活中的一些電源，演示手搖發(fā)電機(jī)使小燈泡發(fā)光和利用紐扣電池發(fā)聲的音樂卡片實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)行思考這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。通過觀察學(xué)生會發(fā)現(xiàn)手搖發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的過程，停止搖動就沒有電能，燈泡就不會亮，而干電池、蓄電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，其化學(xué)能能夠?yàn)楦呻姵靥峁┏掷m(xù)供電的功能，因此小燈泡能夠持續(xù)發(fā)光。然后教師再在這個基礎(chǔ)上提出問題：什么是電源的電動勢？之后指出電源電動勢的概念，幫助學(xué)生認(rèn)識電源的正負(fù)極，并畫出等效的電路圖，利用學(xué)生已知的知識，如電勢相當(dāng)于高度，電勢差則相當(dāng)于高度差，這樣學(xué)生就能夠很好的對電勢差以及電源電動勢的內(nèi)電壓和外電壓等概念進(jìn)行理解了。
其次，在教學(xué)中可采用類比、啟發(fā)、多媒體等多種方法進(jìn)行教學(xué)。教師在課堂教學(xué)匯總可借助于多媒體播放flash課件， 借助于升降機(jī)舉起的高度差或者兒童滑梯兩端的高度差，幫助學(xué)生更好的理解電源電動勢。另外還可以從能量的角度引導(dǎo)學(xué)生對其進(jìn)行理解，例如小花去買衣服，共有100元，其中10元用于打車，90元用于買衣服，在這里，100元就相當(dāng)于電源的電動勢，車費(fèi)相當(dāng)于內(nèi)電壓（必要的無用功），買衣服的費(fèi)用就相當(dāng)于外電壓（有用功），從而使學(xué)生掌握內(nèi)外電壓的本質(zhì)屬性。
最后，要通過實(shí)驗(yàn)來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，觀察和實(shí)驗(yàn)是提出問題的基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)鼓勵學(xué)生觀察要細(xì)致人微，要善于從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，直觀、形象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能激發(fā)學(xué)生思考。可以讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來探究路端電壓與外電阻（電流）的關(guān)系，得出路端電壓與外電阻（電流）的關(guān)系，再從理論上進(jìn)行分析。然后演示電動勢分別為3V和9V（舊）的電源向一個燈泡供電實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)習(xí)進(jìn)行討論，解釋現(xiàn)象原因。通過這種方式能夠讓學(xué)生很容易就明白流過燈泡的實(shí)際電流不僅與電源的電動勢有關(guān)，還與電路中的總電阻有關(guān)，從而順理成章的得出閉合電路歐姆定律，完成課堂教學(xué)任務(wù)。
3.總結(jié)語