“小灯泡功率”教学案例剖析

魏樱

摘 要：本文对“灯泡电功率”中灯泡实际功率的计算、灯泡的亮度由什么决定这两例教学案例进行了剖析。

关键词：电功率；教学案例；案例背景；案例剖析

[案例背景]

教学实践中发现，学生在学习“电功率”一系列学习活动过程中，所表现出来的学习困难主要有：一是灯泡实际功率的计算；二是认为灯泡的亮暗是由灯泡的额定功率或通过灯泡的电流来决定的。因此，在本学期的教学过程中，设计了一些突破这种难点的教学方法。

[案例剖析]

1 课堂片段一：灯泡实际功率的计算

1.1 策略

由简单问题入手，层层递进突破难点。

1.2 过程

师：一个标有“6V 4W”字样的灯泡的参数表示什么？

生A：6V表示灯泡额定电压为6V；4W表示灯泡额定功率是4W。

师：好。那么，该灯泡正常工作时的电阻是多少？

生A：由功率P = U2/R可知，灯泡正常工作时电阻为R=U额2/P额=（6V）2 /4W=9Ω。

师：对。如果将该灯泡接入电压为3V的电源上使用时，它的功率是多少？

生B：根据生A的方法有P实=U2/R =（3V）2 /9W=1W

师：此时灯泡功率为什么与刚才不相同？

生B：电压不同，前者是额定电压，功率为额定功率，此时灯泡功率是實际功率。

师：很好。如果将该灯与6Ω的电阻串联后再接入电压为6V的电源上使用时，其实际功率为多大？

生B：P = U2/（R+R0） = （6V）2/（6Ω+9Ω） = 2.4W。

师：同学们对生B的解答有什么看法？

生C：生B做的不对

师：为什么？

生C：他求的不是灯泡的电功率，而是整个电路的总功率

师：那灯泡的电功率怎么求？

生C：根据串联分压关系可知，灯泡两端电压是3.6V，代入刚才两位同学所用公式得灯泡功率是1.44W。

师：生B，你还有什么想法？

生B：可以先求电流强度，即I = U/（R+R0） = 6V/（6Ω+9Ω） = 0.4A；然后求灯泡实际功率P实=I2R=（0.4A）2×9Ω = 1.44W。

师：你们能说一说运用公式P = U2/R计算功率有什么条件或要求吗？

生B：电压U应当是灯泡两端的电压，而不是总电压。

师：很好，如果将该灯与另一个标有“6V 3W”的灯泡串联后再接入电压为 6V的电源上使用时，其实际功率为多大？

生D：后一个灯泡的R1=U额12/P额1=（6V）2 /3W =12Ω，两灯串联接在6V电压后电路中的电流强度I = U/（R+R1）=6V/（12Ω+9Ω）=0.29A；则原来灯泡功率P实=I2R=（0.29A）2×9Ω = 0.73W。

师：还是刚才两个灯泡串联，那么整个电路允许消耗的最大功率是多少？

生E：老师“允许消耗的最大功率”是什么意思？

师：生E的问题，谁能够帮助解答一下？

生C：我认为随着加在串联电路上电压增大，可能会烧坏灯泡，所以当加在串联电路上电压最大时，电路消耗的电功率最大。

师：是这个道理，那么，电路所加的最大电压是多少？

生C：求电流更方便。

师：为什么？

生C：因为两灯串联，电流相同，用允许电流最小的一个代入求。

师：那么求一求是多少？

学生活动：I额1=0.67A，I额2=0.5A，P大=I额22 （R+R1）= （0.5A）2 ×（12Ω+9Ω）=5.25W.

1.3 剖析

由于学生对电功率的概念刚刚建立，对实际功率的计算还不够熟悉，也缺乏一定的方法指导。教学设计时，通过简单问题引入，引导学生区别额定功率与实际功率，然后逐步复杂化，把教学细节拉长，不断追问灯泡实际功率的计算，让学生在足够时间和空间下，丰富体验。最后，学生在实践过程体验，归纳出策略性知识：

（1）当加在灯泡两端电压已知，我们可以利用灯泡电阻不变，先求出电阻，然后利用P实=U实2/R求出灯泡的实际功率；

（2）当两灯泡串联在电路中，求其中一个灯泡的电功率时，第一步先根据电源电压和总电阻求出电流，再利用P实=I2R求出其中一个灯泡的实际功率；

（3）当两灯串联，要使灯泡不损坏，应该选择灯泡最小的额定电流作为电路中的最大电流，当两灯并联，要使灯泡不损坏，应该选择灯泡最小的额定电压作为电路中的最大电压。如果简略了这一过程，学生原有的理解与抽象的算法之间会出现断层，算法建构与已有经验无法建立一种实质性的联系。

2 课堂片段二：灯泡的亮度由什么决定

2.1 策略

由实验入手，以演绎推理突破难点

2.2 过程

师：现将L1标有“PZ220-100”和L2标有“PZ220-60”两只灯泡接在220V的电压上，哪只灯泡亮？

生F：L1亮

师：为什么？

生：因为L1的额定功率大。

师：我们现在用实验来验证生F的观点。

教师活动：将两灯泡串联接入电路中，闭合开关后。

学生活动：观察现象。

实验现象：L2比L1亮。（学生惊讶）

师：通过实验现象，同学们来分析一下，生F观点错误的原因是什么？

学生活动：分小组进行讨论。

教师活动：深入小组参与学生讨论，不给结论性评价，可以通过提问或提示的方式帮助学生认识的深化。

师：大家讨论后，是否还认为灯泡的亮度是由额定功率？

生：（齐）不是。

师：那么，由什么决定？

生D：我认为由电流大小决定。

师：道理何在？

生D：因为通过L2的电流大，所以L2更亮一些。

师：你判断的根据是什么？（学生没有回答）

实验：取下L1，现象：L2同时熄灭。

师：两只灯泡是串联还是并联？

生：（齐）串联

师：既然是串联，那么通过L1、L2的电流什么关系。

生：（齐）相等

师：灯泡的亮度是由电流决定吗？

生：（齐）不是。

师：那由什么决定呢？

实验：将两只灯并联（外表与前例一样，但内部连接方式不同），闭合开关。

现象：现L1比L2亮。

师：通过观察实验，你认为灯泡亮度由什么决定？

生：（齐）灯泡的亮度由实际功率决定。

师：你能否比较出两灯串联和并联时，灯泡实际功率的大小？

生G：由于L2的电阻大于L1的电阻，串联时，根据P=I2R得出L2的实验功率大，灯更亮；并联时，根据P=U2/R得出L1的实验功率大，灯更亮。

结论：灯泡的亮度取决于实际功率，与额定功率无关。

2.3 剖析

教学过程中，设置冲突情景，纠正学生对知识的错误理解是一种有效的教学策略。教师向学生提供丰富的信息源以供其逻辑分析，当学生的旧有知识、经验、前概念等与教师提供的材料产生矛盾冲突、产生悖論时，学生认知形成了冲突，产生进一步探究形成新的认知欲望，为前概念的修正、拓展提供了心理条件。本案例中，通过实验让学生两次产生认知冲突，再次提出“灯泡的亮暗究竟由什么因素决定的问题”，学生在冲突认知的心理驱使下，借助教师的实验展示及自身的理论分析，思维豁然开朗，从而顺利建构了“灯泡的亮暗是由实际功率”决定的科学概念。

教学过程中，突破学生学习难点，要根据学生学习水平层次，物理知识结构特点灵活选择相适应的方法来进行教学，这就是所谓的“教学有法，但无定法”的道理。要做到这一点，必须深入地钻研教材，深层次地了解教学目标，对教材内容进行合理的重构；教师还必须认识分析学情，了解学生掌握了什么，会什么，思维能力层次与水平；教师还必须从多方面、多角度设计教学情境，运用不同的策略进行教学；实施过程中，还必须设身处地为学生着想，问题设计要充分考虑学生的知识结构，情景创设要充分暴露学生的认识冲突，并营造一种轻松、愉快的学习氛围，不断帮助学生突破难点，使学生学到初步的物理知识，得到观察、分析、概括和应用等能力的培养。