新课程理念下的探究式教学案例——电阻定律

魏学静

1 设计理念

探究性学习的实质是学生在教师的指导下，以一种类似科学研究的方法对问题进行分析和研究，通过自主的探究活动学习物理概念和物理规律，在获取知识的同时，体会科学家研究科学的探究过程，培养学生的科学探究能力、科学态度和科学精神。本文以《电阻定律》一课为例，根据探究性学习的理念，设计了一节探究式教学课——探究哪些因素决定导体电阻。

2 教材内容分析与学情分析

2.1 教材内容分析

《电阻定律》是高中物理新课程选修3-1的第二章《恒定电流》的第六节内容，它是《恒定电流》这一章的基本规律之一，电阻定律反映导体的电阻与导体的长度、横截面积及电阻率的定量关系，由于学生在初中时只知道定性结论，故本节内容属于发展和提高的范畴，也是本章教学的重点内容之一。

2.2 学生情况简单分析

我所教的班级是高二年级的一个平行班，学生学习基础一般，但是多数学生在初中和高一已初步掌握了实验探究的基本程序(观察现象→提出问题→猜想假设→方案设计→实验探究→归纳总结→解释现象)；基本具备了设计实验方案的能力和较强的动手操作能力，具有较好的思考与质疑、交流与合作的学习习惯。

3 案例描述与分析

3.1 学习目标

(1)知识与技能

①进一步深化对电阻的认识。

②理解和掌握电阻定律及电阻率的物理意义，并了解电阻率与温度有关。

③通过实验探究培养学生实验能力；通过理论探究，培养学生逻辑推理能力。

④通过探究过程，培养学生获取知识、发展思维的能力。

(2)过程与方法

通过假设与猜想、设计实验方案、实验操作等一系列探究过程，使学生经历探究过程，了解科学研究的一般程序，掌握通过控制变量和对比、分析解决三个变量之间关系和数据处理等的科学研究方法。

(3)情感、态度、价值观

①通过实验，培养学生实事求是的科学精神，并在探究活动中培养合作精神。

②通过动手合作调动学生的学习主动性，培养他们的探究意识，激发学生学习的热情，体会探究的乐趣。

分析 以上学习目标体现了新课程三维目标的理念，突破了传统课堂教学目标只关注基础知识与基本技能的局限。同时，这些学习目标是学生在教师的指导下通过自己积极、主动的学习能够达成和检测的目标。因此，学习目标所用的动词是具有针对性和可操作性的。

3.2 重难点分析

(1)重点：电阻定律的得出

(2)难点：电阻率的理解

分析 对于重点，主要是通过课堂上师生一起合作探究导出定律。对于难点，主要是通过与电阻的比较，明确电阻反映导体本身属性，电阻率是材料本身的属性；通过介绍金属温度计和半导体温度计，使学生知道电阻率和温度有关。

3.3 教具

(1)教师用具：居民用电插座、灯座、多媒体课件、自制CAI课件、 幻灯片、投影仪等。

(2)学生用具：电阻定律示教板（含金属丝）、学生电源、干电池若干、电流表、伏特表、滑动变阻器、小灯泡、日光灯灯丝、导线、酒精灯、白炽灯（“220V、25W”和“220V、100W”）等。

3.4 教学过程

(1)随堂实验，引入新课

①教师提问：导体的电阻是由导体本身性质决定的，即导体自身的因素决定，那么到底由哪些因素决定呢？（学生猜想：材料、长度、横截面积、温度……）

分析 学生在初中已经学过电阻的决定因素及定性关系，所以大部分学生能回答这个问题。为了巩固这部分内容，教师依据控制变量法（学生已基本掌握）设计了四个演示实验。

②演示实验

a、导体电阻与长度的定性关系

分析 图1为电路图，图2为对应的实物图。首先，我在幻灯片上给出电路图和还没连接的实物图，动画演示导线连接过程（采用滑动变阻器限流式连接）。然后，在讲台上连接好仪器并闭合电键、移动滑动变阻器的触头，要求学生观察小灯泡的亮度变化。最后让学生清楚：灯泡亮度变化→电流变化→电路的总电阻变化→移动滑动变阻器的触头改变其电阻的过程，不难得出定性关系：其他条件不变的情况下，导体长度越长其电阻越大。

b、导体电阻与横截面积的定性关系

分析 首先，让学生观察“220V 25W”的白炽灯和“220V 100W”的白炽灯灯丝的粗细（横截面积）。然后，把导线、灯泡、灯座、插头连接好接入居民用电的插座并要求观察灯泡的亮度。最后，根据观察到的现象和电功率的知识不难得出定性关系：其他条件不变的情况下，导体横截面积越大，其电阻越小。

c、导体电阻与材料的定性关系

分析 电流表为灵敏电流表，L₁为镍铬合金、L₂为猛铜合金（长度、横截面积相同），图3为电路图，图4为对应的实物图。首先，我在幻灯片上给出电路图和还没连接的实物图，动画演示导线连接过程（采用滑动变阻器分压式连接）。然后，闭合电键，让学生观察指针偏转。最后，根据现象得出：导体的电阻与材料有关。

d、导体电阻与温度的关系

分析 图5是电路图，图6是实物图。闭合电键同时用酒精灯加热，可以观察到小灯泡亮度的变化，不难得出：导体的电阻与温度有关。

（2）学生实验探究

探究1 导体电阻与长度的定量关系

①电路图如图7所示，实物图如图8所示。

②数据处理

分析 学生在实验室里2人一组，根据电路图连接实物，用同一电表测量不同长度的金属丝两端的电压并完成表格，在实验误差的范围内，学生根据自己测量的数据得出：R∝L。

探究2 导体电阻与横截面积的定量关系

①电路图如图9所示，实物图如图10所示。

②数据处理

分析 四根金属丝完全相同的镍铬合金，滑动变阻器为分压式接法，用灵敏电流计提高实验精确度，学生根据测量的数据可以分析出：在实验误差范围内，导体的电阻与横截面积的定量关系： R∝1/S。

（3）学生理论探究

由串联知识：R_串=nR₀，

∴R∝L。

由并联知识：R_串=R₀/n

总横截面积：S=nS₀

∴R∝1/S

故由R∝L，R∝1/S，可以写成表达式：

R∝L/S或R=ρL/S

分析 学生已经学过串并联的电阻知识，因此推导上面的结论难度不大。

（4）学生实验探究、深化规律

教师进一步提出问题：如何测量R=ρL/S中的比例系数ρ？如何设计实验？

学生：长度用刻度尺测量，直径用螺旋测微器测量，电阻用伏安法测量。

①图13是电路图，图14是实物图。

③数据处理

材料电压U/V电流I/A长度L/m直径d/m比例系数

分析 学生设计电路图、连接实物图后，可以通过测量出来的比例系数值，发现比例系数与材料有关。

（5）课堂小结、巩固新课

①电阻定律的内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比；导体的电阻与构成它的材料有关。

②数学表达式：R=ρL/S。

③电阻率ρ——描述材料导电性能有关的物理量。

a、单位：Ω•m

b、物理意义：反映物质对电流阻碍作用的物理量。

c、纯金属电阻率小、合金电阻率大（纯金属的电阻率很小，导线常用铝或铜来制作。在20℃时，银的电阻率最小，常用于精密集成芯片；合金的电阻率较大，电炉、电阻器常用合金制作）。

d、金属电阻率随温度升高而增大（常用的电阻温度计就是利用金属这种特性而制成的）。

e、有些材料的电阻率几乎不受温度的影响，利用这种特性常用来制作标准电阻。

（6）课堂思考、课外延伸

通过选取生活中的素材，如集成电路微型化的散热问题、不合格电子产品的检验等，强化学生的实践意识，引导学生从影响电阻的因素出发，思考其中包含的物理原理，培养学生关注现代技术的意识和辩证分析问题的能力。

（7）课外延伸

向学生介绍超导现象以及超导磁悬浮式高速列车，让他们回去查找相关资料，了解什么是半导体，什么是超导体，它们各有什么用途。教师有针对性地拓展学生的知识面，不仅可以扩展学生的视野而且能进一步激发学生的兴趣，培养学生热爱科学，勇于探求的精神。

（7）教学流程图（见图15）

4 教学反思

（1）本案例较成功地体现了新课程理念下的探究教学模式的特点，主要表现在以下几点：

①发挥了学生的主观能动性

本着“以学生发展为本”的教学设计理念对教材内容进行了必要的选择，精心设计有利于学生发展的动态方案，给学生充足的探究问题（包括实验方案的设计，实验过程的探究）的空间。

在本案例的教学过程中，教师重视自己的主导作用和学生的主体地位，教师主导作用体现在：控制课堂教学的进程，引导学生分析、讨论和解决教学中遇到的问题。学生的主体地位体现在：教师引导下学生自己设计方案，通过独立思考和合作学习来获取知识和技能、掌握过程与方法、学会交流与合作，自己动手做实验解决问题，从而获得新知。

②重视科学思想和科学方法的教育

从实际生活中的物理现象出发，创设问题情境引入课题，再由学生利用控制变量法归纳出结论和规律，不仅能提高学生学习物理的兴趣，还能提高学生解决问题、分析问题的能力。在本案例的教学过程中，教师灵活运用观察、实验、分析、归纳等科学方法，这样有利于学生掌握正确的科学思维方式和科学方法。

③注重探究式教学的有效性

通过“提出问题——进行猜想——确定方法——设计方案——实验操作——数据处理——结论汇报”的探究过程，让学生始终置于探索者的位置，使学习过程成为“发现——再发现”的过程，充分发挥学生学习的积极性、主动性，让学生自己从实验中得出结论，体验探索的快乐，成功的喜悦。

（2）本案例的不足之处及建议

①由于学生的探究过程需要设计电路图、连接实物图，这对大部分学生来说难度较大，因此占用了较多时间。有些学生课前没有作充分准备，建议教师让学生课前先预习《电阻定律》这一节，同时在课堂上最好演示滑动变阻器的分压和限流的连接方法。

②由于没有对小组内各成员进行责任分工，导致在实验探究的整个过程中出现了小组内一些学生忙忙碌碌，个别学生无事可做的局面。建议小组内每个成员分配具体任务，如实验操作、记录、汇报等，使每个成员既能各行其事，又能合作学习。

③学生做分组实验的时间不能有效控制，这一部分没有处理好将直接影响到后面的教学。

④由于时间的关系，在课堂上测量电阻方案时只测一组数据是不够的，另外学生在仪表读数时没有注意估读问题。

⑤学生在设计实验方案的过程中也存在一定困难，教师应该给予必要的指导和帮助。

(栏目编辑赵保钢)