借鉴多种版本教材优势，尝试“电阻定律”创新教学

施 坚

 摘要：新课程倡导“用教材，而不是教教材”，但在现实教学中很多教师仍停留于“教材即权威”，不敢越“雷池”半步。在教学中，教师应根据当地学生特点，大胆借鉴多种版本教材优势进行创新教学，文章作者就自身援疆支教期间的“电阻定律”教学参赛课作了很好的尝试。

关键词：电阻定律  教材  借鉴   创新

“电阻定律”是高中物理一个重要的电路定律，国内“人教版”、“鲁教版”、“沪教版”和“粤教版”等多个版本对该内容的处理方式和方法有着较为明显的差异不尽相同，笔者在教学实践中尝试了借鉴多个版本的教材优势来进行创新课堂教学，取得了较为明显的教学效果。

一、多种版本教材的比较

首先，电阻定律虽然从教师角度来看似乎颇为简单，但如何科学地引导学生走过该定律的探究和得出的过程才是本节课的思维精华和教学重点，所以多个版本不容置疑都在实验探究的思路趋于一致，均采用“控制变量法”。

其次，实验方案和电路的选择上多种版本教材的指引详略不一，这也体现了教材对教学的开放性理解的不同。其中沪教版要求学生“设计实验方案，拟定实验步骤”，列出了数据记录表；人教版给出两个探究方案，一个是实验探究方案，另一个是理论探究（逻辑推理）方案，其中实验探究方案给出了简要的实验方法，而理论探究方案则显得非常的消息；粤教版更是一份完整的实验报告，只需学生按照实验步骤操作即可；鲁教版指引学生一步一步操作，包括数据采集、数据记录和数据处理。相比较而言，沪教版和人教版显得更为强调学生的实验创新、设计能力的挖掘，其中人教版还注意到实验探究的局限性，鼓励学生进行理论探究，不过在教材上不惜笔墨地给出详细的理论探究过程颇为少见。而粤教版和鲁教版则似乎关注到了中学生在实验探究和创新的能力有限的现实，更多地是鼓励学生体验实验的过程，其中粤教版的指引最详细，包括诸多基本环节有：提出问题、猜想与假设、制定计划和设计实验、进行实验和分析论证、评估和交流。

再次，多种版本教材对实验数据采集和处理的方法的差异最为显著，也从另一个侧面体现了物理思维的灵活性和多样性。沪教版教材电阻的测量采用多用电表，但没有提供实验电路图。粤教版和鲁教版使用了常规的伏安法(如图1)，而人教版教材则颇具创新的使用了串联电路中的电压比例法(如图2)。而在长度测量、横截面积的测量或者数据处理方法上多种版本教材都或多或少地比例法，都有着追求最小实验繁琐度的目标，其中鲁教版的数据处理方法使用了图像法。而在教材的最后部分都对分析结论做了详细的表述，也就是电阻定律，并对电阻率与温度的关系做进一步的介绍，都引入了高科技与电阻率的相关内容，只是侧重点有所不同，如表一。

表一

最后，多种版本教材在学生学科知识铺垫上也有较大差异。沪教版是在学习了“多用电表”，“探究电流、电压和电阻的原因”两部分内容之后安排学习“电阻定律”，显得知识点和规律的运用比较自然。粤教版和鲁教版安排上则显得有些唐突，或者安排在电路这一章第一节，或者仅安排在电流概念的学习之后；人教版则是在学习了导体中的电场和电流、电动势、欧姆定律、串并联、焦耳定律等5节知识后学习“电阻定律”，但仍在多用表一节之前。

二、多种教材可借鉴之处分析

沪教版的实验探究最具开放性，无论是猜想和假设，还是设计实验和实验操作步骤都由学生来完成，利于学生发散思维和创新能力的培养，所以笔者在教学中大胆实践沪教版的开放性学生实验探究设计。人教版教材处理与中学教学最贴切，人教版在较为详实地叙述后提供两个实验探究案例：探究导体电阻与其影响因素的定量关系、探究导体电阻与材料的关系。既兼顾长度测量、横截面积、电阻测量的方法等知识的全面掌握，也考虑了实验探究和理论探究的多样性，并安排了探究活动的体验方案，切合中学教学的实际，具有极强的可操作性，所以笔者在教学中主要借鉴人教版的教学思路。粤教版教材从呈现的内容来看是让学生体验探究活动，它将实验探究的每一个环节，包括操作步骤都详细地列出来，利于学生在系列的探究活动中领悟和掌握实验探究的要领，但也有不利于学生自主和创新能力培养之嫌，所以笔者在教学中主要是在学生给出实验设计方案后，教师通过学案或多媒体投影的形式指导学生详细操作要领。

同时，笔者认为，相较而言，人教版教材就电阻定律的编写和前期知识的铺垫等均比较符合人的认知规律，从逻辑性、知识的完整性、准确性和教材的可读性等方面值得学习和借鉴。笔者在教学实践中又借鉴沪教版教材把部分电路欧姆定律、多用电表及其应用两节知识进行了前置，使学生比较轻松地完成实验探究活动，教学比较顺利，效果也不错。

三、“电阻定律”创新教学过程

新课程标准特别强调要重视物理课程对学生情感方面的教育功能，关注学生的兴趣和好奇心。笔者在授课中用学生熟悉的材料自制教具，创设问题情境，引发学生认知冲突，实现“电阻定律”教学内容的展开和深入。

（一）引入

师：演示1节南孚电池短接两张剪有细窄条的锡箔纸，发现锡箔有燃烧的火星，甚至被点燃。如何解释这一现象？

目的：该情境的引入意在引起学生的好奇，引起认知冲突，并引出课题：电阻定律。

（二）猜想

师：有哪些影响导体电阻的因素？

目的：启发学生猜想导体电阻的决定因素，鼓励学生回忆初中知识，并适当发散其他可能因素，而不局限于长度、横截面积、材料三个因素，为课堂结束时鼓励学生关注高新科技，比如超导、“巨磁电阻”效应等，使物理课堂得到延伸。

（三）定性演示验证学生的猜想

装置：水槽、两块铜片、一个带有两夹子的多用电表、盐水、硫酸铜溶液。

现象：当铜片也部分没在盐水中，向槽中继续加盐水时，可以明显的看出欧姆表上的示数在变小。

解释：向槽中加盐水引起了导体横截面积的变大，说明导体的横截面积越大，电阻越小。

现象：当两铜板间距增大时，可以明显的看出欧姆表上的示数在变大。解释：铜板间距增大就是导体变长了，说明导体的长度越大时，电阻越大。并要求同学记下当时的阻值。

现象：当把盐水更换为等体积的硫酸铜溶液，电阻明显不同，说明与材料有关。

目的：让学生体会猜想需要实验的验证，而按照人类的认知规律，应该先是定性验证，该实验都增加学生的定性感受，增加学生的物理体验和兴趣度，避免一上来就是冷冷的数据性实验。因为笔者已前置安排多用电表及其应用的学习，学生对该实验探究并不显得陌生。

（四）二次猜想

师：请大家猜想导体的电阻与长度、横截面积之间可能存在怎样的定量关系呢？

目的：引导学生从长度和横截面积两个角度猜想，即是还是或者，等等；是还是或者，等等。有了前面定性验证实验，到此的二次猜想显得自然而有据。

（五）定量探究实验

师：导体的电阻与几个因素有关，那我们应该使用什么方法进行探究呢？并具体说明探究方案。

目的：引导学生回忆讨论某应变量与其他多个变量间的关系时要使用控制变量法，并能据此联想到伏安法（图1）或万用表测量法。

师：伏安法的测量在本实验需要多次测量，而且还要通过公式算出阻值，而万用表测量法引入的误差可能比较大。能否借助串并联电路的知识减少数据的测量并快速得出电阻与相关因素的关系？

目的：让学生灵活应用前面刚学过的串并联知识，联想在串联电路中电阻之比等于电压之比(图2)，简化实验测量，真正做到学以致用。

师：请同学们分成两大组分别设计测量数据的记录表（类似于表二），并简述测量步骤。

表二

目的：让学生领悟和掌握实验探究的要领，教师并注意倾听并予以悉心指导，比如实物展示电阻丝的串联可以通过电阻板背面连接导线来实现器材的改良（图5），和用学案或多媒体投影的形式呈现实验电路图（图6）和操作步骤。

师：除开同学们利用传统实验器材设计的实验方案外，还可以使用先进的传感器来完成探究。

目的：安排“用传感器探究电阻定律”的学生实验，让学生亲身体会高科技应用于物理教学的便捷，即用电压、电流传感器快速获得各次实验的电压、电流数据，并应用传感器附带软件或EXCEL快速处理获得电阻R的数值以及1/D、1/D²等数值，并绘制R_L（如图8）、R_D、R_1/D、R_1/D²的关系图像。并通过测得数据的对比得出电阻R与材料有关的结论。

师：绘制R_D图像后，同学们发现有点像双曲线的一支，但也有可能R_D²才是双曲线的一支，我们需要更能说明问题的图像来体现正、反比关系？当然也有学生首先讨论的即是R_D²图像，因为可能联想到截面积是。

目的：让学生体会数据处理中的图像特征，尤其是说明反比关系最好的方法设置变量的倒数，并通过过原点的直线的正比图像来体现。比如让学生从R_D联想到R_1/D，而当学生看到R_1/D是一条过原点的类抛物线，比较容易想到离正确的结论不远了，完全可能去试探R_1/D²是不是一条过原点的直线（如）图9。探究的过程意在让学生最终得出R_L和R_1/S的结论，并写出（为比例系数）。

(六)理论探究

师：实验能让我们发现很多物理规律，但有限的数据有其局限性，要让结论更具说服力和普遍性，需要理论验证，或者说逻辑推理。

目的：培养学生对事物的辩证观点，并用前面所学串并联知识创造性地得出电阻定律规律，教师最后把逻辑推理过程加以投影：

（1）将一根长L的导体均分为若干等份，等效于若干个电阻串联，则。

(2)将若干个完全相同的导体并在一起，等效于若干个相同电阻并联，则：

结论：，。

师：表达式中的是一个比例系数，而这个比例系数又应与哪个因素有关，而这个因素也体现出了怎样的物理意义？

（七）电阻率

目的：让学生联想到材料是这个比例系数真正原因，而物理意义显然是不同的材料对电流有不同的阻碍能力，据此教师可引入电阻率的概念。

师：很多时候某种材料的电阻率并非确定不变，随着材料所处环境的温度、电磁环境不同电阻率可能出现改变，而金属的电阻率随温度的改变我们通过一个传感器实验来展示。

目的：通过传感器电压、电流采集器软件每隔两秒钟自动实时获取加热的金属丝的电压、电流数据（如图10），并使用传感器软件得出实时阻值(R=U/I)来体现温度对金属的电阻率的影响，克服了以往灯泡亮暗的定性感受，转化为定量数据更具说服力。至此，投影各种材料温度影响电阻率的表格，阐述标准电阻和电阻温度计的由来。并鼓励学生课后关注和收集有关超导、半导体、巨磁，阻的相关材料，更多地了解各种材料的电阻率及其影响因素，并投影相关网址，让课堂得到延伸和拓展。

（八）前后呼应和课堂小结

师：刚上课始，锡箔纸为何会被点燃？尤其为何要剪成窄条？

目的：让学生联想锡箔具有导电性，并明白剪成窄条是为了增加接触处的电阻，让接触处产生更多的热量从而被点燃。前后呼应增强课堂的亲和力，并让学生体会物理学习的成就感。

师：电阻定律是一节典型的物理规律探究课，你能否小结一下本节课的探究思路。

目的：让学生体会很多物理规律都是经过猜想、定性验证、再猜想、定量验证（实验验证、理论验证）、结论，而电阻定律在实验验证中应用了常用的控制变量法。

四、授课后的两点感想：

本节“电阻定律”是笔者在新疆支教参加伊犁州青年教师教学大赛的教学设计，获得了评委和听课老师的一致好评，其中新课的引入、自制教具演示实验、传感器的应用、对EXCEL软件的使用、教学设计对教材处理的多处创新，等等，都是被提及的课堂亮点。

（1）借鉴和重组教材是教师专业能力的体现

随着教育改革在全国各地不断推广和深人，教材的多样性已经成为常态。我们要跳出一纲一本的框框，按照新课程标准的要求，将不同版本的同一内容进行重组，优化教学内容、教学过程，提高教学效率。在本案例中，即借鉴了沪教版倡导的学生自主建构实验方案，又借鉴了人教版电阻定律的逻辑推理过程，还借鉴了粤教版的实验设计过程详细陈列，如何合理的重组这些内容，并把万用表等知识适当前置则体现了教师物理专业素养和能力。

(2)重视信息技术在教学中的运用

DIS数字实验系统已经在全国各地逐步地进入了课堂教学与学生实验，合理的应用这一实验平台能大大放大实验现象和简化实验过程以及数据处理，利于培养学生良好的情感和正确的价值观，。在本案例中，运用DIS系统电压、电流传感器记录数据，让学生运用计算机作图研究，突显了计算机软件作图的优越性，大大减少了实验数据的处理时间，并让教师和学生的想象力和创造力得到彰显。

（本文被人大复印资料《中学物理教与学》2015年第3期全文转载）