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初中电学难学、难教的案例研究

2022-06-08

 摘 要:初中电学难学、难教不光让学生和新教师感到头疼,连长期从事毕业班教学的老师也感到困惑。本文从师生的角度出发,结合相关案例研究电学难学、难教的问题,重演知识的发生过程。教师也只有以生为本,才能让学生信服自己,学好电学。 
  关键词:电学;难学;难教;以生为本 
  中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2016)2-0021-5 
  1 前 言 
  初中电学作为物理学的起始学习知识,难学、难教已成为广大师生的共识。学生从心理上畏惧,教师也感到头疼。苏科版物理教材相比较其他版本的教材,将电学放在初三的第13章到第16章,而不是在初二学习。虽然说初三的学生在智力、心理等各方面都有了极大的发展,但是大部分教师对于如何快速让学生跨入电学的大门,学好初中电学,为后续的高中学习打下坚实的基础,还是感到力不从心,收效甚微[1]。本文以相关教学案例,探究初中电学难学、难教的原因,并提出自己的一些建议。 
  2 教学案例分析 
  2.1 用电器被短路,“强扭的瓜不甜” 
  案例1 苏科版九下第13章的第一节“被短路现象”的教学(如图1)。 
  教师:请同学们注意观察,如果老师将一根导线接在这个正在发光的灯泡两端,会出现什么现象? 
  学生:灯泡不亮了。 
  教师:为什么灯泡不亮了? 
  学生猜想。 
  教师:电流不经过灯泡,从正极出发,直接回到了电源负极。 
  评析 由于电流本身是抽象的,对初中生来说很神秘,学生很难感知电流的流动路径。小灯泡被短路的实验中,学生只看到灯泡不亮了,学生虽然也猜想了,但对电流流动路径的认识是基于老师的说教,单调刻板,无法心服口服。造成了电学的入门困难,这也打击了学生学习电学的信心,不利于后续的学习。 
  建议 学生在学完第二节电路连接的基本方式之后,已经了解了串、并联电路的电流流动路径,对电流已经有了一定的认识。如果将用电器被短路的现象放在本节研究,将会减轻学生的学习难度。如图2,由学生亲自动手将三只灯泡组成一个串联电路,然后教师引导学生:如果将一根导线并联在任意一只灯泡两端,会看到什么现象?学生会看到被并联的灯泡不亮了。灯泡不亮的结果是学生自己实验发现的。学生自然对实验现象没有怀疑,主动去猜想“为什么灯泡不亮了”。教师再展示flash课件,模拟演示电流路径。比如,理解记忆灯泡被短路现象:把用电器比喻为消耗电能的“老虎”,电流比喻为我们,如果我们经过“老虎”,就会被“吃掉”,学生恍然大悟,电流当然不经过小灯泡了! 
  2.2 用电压表测电压的方法不清楚 
  案例2 苏科版电压表使用的教学过程。 
  教师:请同学们自学完成信息快递“使用电压表的注意事项”。 
  教师:电压表如何接入电路的? 
  学生:并联。 
  教师:哪位同学给大家演示一下。 
  学生演示电压表的接法。教师演示电压表反接实验。 
  教师:你看到了什么现象? 
  学生:指针反偏。 
  教师:如果把电压表直接接在电源两端,可以吗? 
  学生:可以。 
  评析 教师的授课确已完成了教材中电压表使用的基本教学要求,但没有总结出电压表使用的更深层次的方法。一旦电压表的两个接线柱所接位置改变,学生可能会看不懂电压表测的是哪个用电器两端的电压。将电压表接在电源两极,也只是看到了电压表没有损坏,教师没有引导学生思考:为什么电压表示数接近电源电压。学生由于缺少动手实验的机会,直接解决复杂问题的能力仍然没有形成,需要教师在习题课中反复练习。貌似新课改,实际上还是走的应试教育的老路。并没有有效地培养学生的物理实验探究能力,只是把学生当作学习的机器,为考试而学习。 
  建议 电压表教学中多给学生布置有阶梯的实验任务。如图3,首先测量简单电路中灯泡L1两端的电压,然后将电压表的接线柱由位置A改接到位置C。观察电压表指针的偏转情况,明白电压表不可反接的原因。再例如:2014年江苏宿迁中考试题的第9题(如图4所示),将电压表左边的负接柱沿着导线移动到L2的左边,电压表右边的正接线柱沿着导线移动到L2的右边,这样电压表的两个接线柱就是并联接在了L2的两端,测L2两端的电压。注意:移动只能沿着导线移动,不可越过电源和用电器。 
  ■ 
  图3 学生实验任务电路图 图4 题图 
  2.3 运用类比建构电阻概念 
  案例3 电阻的教学,教材是通过直接给出概念,介绍电阻表示符号R和单位欧姆(Ω)。然后,教师要求学生按照影响电阻的因素(材料、长度、粗细)分组研究。温度对电阻的影响只通过“白炽灯不通电时的电阻大约为100欧,而通电时电阻高达1200欧”进行简单的比较。教师直接告诉学生,灯丝的电阻随着温度的升高,也随之变大。有少数学生通过其他课外资料的学习,小声地讲“半导体的电阻不是这个特点”,但教师“充耳不闻”,继续介绍不同物质的导电性能。 
  评析 电阻概念抽象,学生很难理解,直接告知学生,不作或只有很少地就“如何改变电流”作为铺垫,会对部分学生造成这样的错误认识:改变电源电压,也能改变电流大小,电阻与电压有关。电阻实验教师只是简单地介绍了控制变量法,就把实验时间交给了学生,没有对学生的实际认知水平有足够的认识。学生盲目地做实验,浪费了宝贵的课堂时间,不易留下深刻印象。特别是当有的同学提出“有些材料随着温度的升高,电阻变小”的结论时,教师为了按照自己的设计方案,选择性地忽视学生的观点。整个教学节奏太快,师生缺少互动的时间,学生被老师撵着走。 
  建议 学生之前已经掌握了运用类比方法认识电流、电压,对类比研究方法并不陌生。教师应充分利用学生的已有认知突破现有的电阻概念的学习。以笔者所在学校为例,每当周五放假的时候,学校门前的智慧路拥堵异常,学生对此苦不堪言,印象很深刻。将电阻和学生放学时候的交通拥堵进行对比,能够很好地起到理解电阻概念的作用。比如:把学生看作电流,问学生如果这条路一直堵到你家门口,你觉得阻碍作用如何?学生立刻就理解了其他条件相同时,长度越长,阻碍作用就越大的结论。再比如,问学生如果这条路扩宽为现在的10倍,对你的阻碍作用又怎样呢?同样,也很好地理解了其他条件相同时,导线越粗,电阻越小的结论。苏科版教材虽然对“温度对电阻的影响”降低了要求,但是当有学生提出不同观点的时候,教师同样可以采用类比冲突加深学生对温度影响电阻的理解。2.4 欧姆定律实验难探究 
  案例4 通过如何改变电流启发学生,引入电压、电阻对电流的影响教学不成功。 
  教师:如果电源电压超过小灯泡能承受的最大电压,我们怎么办? 
  学生:串联一个电阻。 
  教师:大家知道串联一个电阻,灯泡中的电流变小了,灯泡两端的电压也改变了。那么,影响电流的因素有哪些呢? 
  学生:影响电流大小的因素有电压、电阻。 
  教师:有哪些生活经验支持你的猜想呢? 
  学生讲述生活经验。 
  评析 欧姆定律的引入采用教师诱问的方式,学生顺着教师的思路,貌似联系生活实际,却紧紧地硬拽着学生,将学生的思维空间限制在教师自己的教学设计中。电流的变化与电压、电阻的思辨关系并未详细涉及。学生乐于效仿物理学家,重演物理知识的产生过程。但是,教师采用简单的“问答式教学”缺乏实验探究,束缚了学生对欧姆定律知识的学习。 
  建议 影响电流大小的因素有电压和电阻。让学生亲力亲为,通过实验探究引入如何改变电流大小,有利于培养学生的科学兴趣和热情。有的同学认为设计电路如图5(改变电池节数),也有的同学认为设计如图6。 
  学生自己亲自完成实验并观察现象,会产生这样的认识:选择不同的电源电压从而造成电流大小改变(图5);改变整个电路的阻值,也会造成电流大小改变,并且发现方案2的优点是能连续调节电路中的电流大小。学生通过动手实验发现改变电流的方法是改变电压和电阻,这是学生自己探究的,不是教师用语言强加的,自然对影响电流大小的因素认识更深刻。 
  案例5 学生在探究电流与电阻的关系时(如图7),教师提醒学生如何改变电阻?甲同学:只要调节滑动变阻器就可实现改变电阻从而改变电流大小。学生这样想,有其“合理”的原因,但教师并没有继续分析,而是让另外一位成绩较好的学生回答:将原来5欧姆的电阻换下来,再接上10欧姆的电阻。接下来教师要求学生按照控制变量法完成实验探究。 
  评析 学生通过调节滑动变阻器,发现确实改变了电流表的示数,于是认为调节滑动变阻器就可实现改变电阻从而改变电流大小。教师对学生的这一认识并没有作详细分析,而是选择成绩较好的同学来回答自己的问题,回避了学困生的思维障碍。看似教学过程很流畅,但学生的疑惑并没有得到解决,对于改变电阻影响电流的变化规律并不能让学生心悦诚服。 
  建议 研究电流与电阻的关系,需要控制电阻两端的电压不变[2]。改变电阻教师可打比方“狸猫换太子”,狸猫和太子是不同的个体,改变电阻就是把原来的电阻R拿掉,换上新的电阻,再引导学生:“滑动变阻器在电路中有什么作用呢?”学生恍然大悟,改变电阻不是改变滑动变阻器的阻值,调节滑动变阻器的目的是要控制电阻两端的电压不变。然后,再让学生重演实验过程。通过教师的引导,降低了研究电流与电阻关系的难度,对于学困生,能有效地保护他们学习电学的信心。 
  2.5 欧姆定律习题课分压、分流规律难记忆 
  案例6 如图8所示,若甲、乙两表均为电压表,闭合开关S,两表示数之比是4:1。若甲、乙两表均为电流表,断开开关S,两表示数之比是多少? 
  评析 此题涉及到电路连接方式,能否识得电表的作用是本题的第一个难点。学生在课堂上仅仅是看过教师对分压、分流规律的板演过程,没有亲自推演,教材也没有安排实验探究分压、分流规律。表面上看,分压、分流规律被淡化了,但江苏省13市中考题每年都有,在当前的考试大环境下,学生也只能硬着头皮死记硬背。 
  建议 准确理解分压、分流规律,关键还是在于对欧姆定律知识的理解与掌握。串联电路中的电流处处相等,所以通过每一个电阻的电流都是一样的。根据欧姆定律I=U/R,可知U1/R1=U2/R2=U3/R3=……所以,串联电路的电压之比等于电阻之比,即串联电路有分压的特点(如图9)。 
  为了便于学生记忆,还可以这样类比,如一家有兄弟好几个,只有一锅饭,当然是长得结实的兄弟多分点。各个电阻看作兄弟们,这锅饭看作电源电压,分压和分饭进行类比,能活跃课堂气氛,降低记忆难度。并联电路各支路两端的电压是一样的,同样也可以将电流与河流类比,主干河道的水流进入各支流,分减了水流,并联电路的电流有着同样的分流规律。通过化抽象为形象,把看似刻板的分压规律内化为学生有意义的记忆。 
  2.6 焦耳定律规律抽象,学生有抵触情绪 
  案例7 
  教师:电流通过导体时会发热,将电能转化为内能[3]。同学们能举出生活中相关的例子吗? 
  学生纷纷给出自己的例子。 
  甲学生:电流流过电热油汀、电水壶等会发热。 
  乙学生:电流流过取暖器会发热。 
  评析 以上的教学过程出现在很多焦耳定律教学的公开课上。表面上看活用学生的生活经验引入电流热效应的学习,但是考虑到学生的实验能力水平,后续的焦耳定律规律的得出,教材改为了定性实验。学生只能了解影响电流热效应的因素,对焦耳定律的认识还是会“心存芥蒂”。如何让学生愉悦地融入教学过程,减弱对焦耳定律学习的“抗拒”情绪,是值得广大物理教师思索的重要课题。 
  建议 物理教学离不开实验,没有实验的物理课绝不是成功的物理课。电流热效应现象留给学生自我完成,更能凸显过程与方法教育,学生实验热情高涨,这也为焦耳定律规律的学习减少了心理障碍。电流热效应的引入采用学生身边的器材——铅笔芯,为了现象更明显,可以将电源电压设置大一些(比如12 V),这样流过两只铅笔芯的电流也会很大,电流热效应更明显。将两只铅笔芯轻轻摩擦,还会看到耀眼的闪光,看到铅笔芯上冒出的浓烟。当然,还可以安排课后实验将铅笔芯替换为包口香糖的锡箔纸,利用锡箔纸导电性好和着火点低的特点,通电自燃。直观的视觉刺激比任何强大的语言都更具有说服力。 
  3 结 语 
  综上所述,初中电学难学、难教的原因主要有以下两个方面。 
  首先,学生的心理因素。刚进入电学的大门,学生满怀着好奇心,对电学充满了神秘感。但是,接下来的电路图以及实物连接图会让学生一筹莫展,不知道电流是如何流动的。学习的困惑如果得不到老师及时的帮助,学生的心理就会滋生对电学学习的挫败感,不利于电学的入门。有的老师说,学好欧姆定律、学好电功率就等于学好了初中电学,观点是有点偏颇的。试想如果在迈入电学的大门口,学生就心生怯意,欧姆定律、电功率的学习也就不是在学生自己内驱力的作用下进行的,只是为了学习而学习,谈不上兴趣,学习效果也就事倍功半了。 
  其次,教师对教材的处理水平不同。虽然新课改理念都强调以生为本,教师也确实朝着这个方向努力了,但由于个人的理解程度,在激发学生兴趣,保持高昂的学习热情方面做得还不够。甚至有的教师为了实现自己最初的教学设计,当课堂上学生提出自己的看法或观点时,若自己一时无法解释清楚就刻意回避。学生的问题依然没有得到解决,对教师的评价就会降低。“亲其师,信其道”,由于对教师的怀疑、不信任,电学的学习必将是一个煎熬的过程。 
  历经数代科学家的探究才得出的电学规律,却要求学生在短短的两三个月里熟练掌握并会运用它来解决问题,这对物理教师是一个巨大的挑战。因此,在教学中教师只有有效地运用实验重演当初科学家的探究过程,才能让学生知其所以然,对于抽象的电学概念不妨多用类比方法教学,毕竟这也是我国古代科学家常用的研究方法。只有让学生乐学电学,情感上喜爱电学,才能培养学生的质疑、创新精神,实现电学的有效教学。 
  参考文献: 
  [1]苗元秀.初中电学内容放在八年级的可行性研究[J].课程·教材·教法,2008(1):55—59. 
  [2]梁建.大数据视野下物理实验教学的研究[J].江苏教育,2015(7):38—39. 
  [3]梁建.激发内驱力 打造快乐课堂[J].中国现代教育装备,2011(16):61—62

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