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南湖中学林颖-北师大版《欧姆定律的应用》教学设计及教学反思
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一、教学设计思路
备课时,笔者特意对比了人教版初中物理第十七章《欧姆定律》和北师大版初中物理第十二章《欧姆定律》课文内容,发现知识主线是一致的:都是通过实验探究电流与电压、电阻关系从而引出欧姆定律。但是在课程顺序侧重点上稍有区别:人教版的第十七章《欧姆定律》在探究实验过后侧重于理论的建立与理解,进而到实际问题中的应用;北师大版第十二章《欧姆定律》在探究实验过后侧重于用实验结论继续通过实验解决问题,得到更多的结论和解决问题的方法,在反复应用实验结论的过程中,让学生逐步理解“欧姆定律”,形成知识体系。
刚看见北师大版第十二章《欧姆定律》第4节“欧姆定律的应用”课文时,初步印象便是这节内容就是在介绍“单表法”测量未知定值电阻阻值。待仔细研究后发现,本节内容看似测电阻,实则是让学生在只有一个电表及已知电阻的条件下,应用前面所学的伏安法测定值电阻的方法、串并联电路中的电学规律,设计出电路测量未知电阻,在这个设计的过程中达到灵活应用欧姆定律的目的。因此,笔者将教学重点定为“会用一只电压表和一个已知电阻测量未知导体的电阻”、“会用一只电压表和一个已知电阻测量未知导体的电阻”和“熟悉欧姆定律在串并联电路中的应用”三个部分。教学流程以复习引入新问题,教师引导学生自主设计。课堂采用分小组合作形式,让学生更多的展示自己的学习成果。虽然本节课的内容看似实验课,考虑到设计任务量大,要求高,重在运用欧姆定律解决问题的思路,所以不安排学生分组实验。现将几次试讲教学设计、教学实况和教学反思呈现如下,供大家教学时参考。
二、教学设计、课堂实录及教学反思
(一)第一次试讲
1、教学设计及课堂实况简录
复习提问伏安法测电阻的原理,请两名中等偏下的学生上台,一个画出原理电路图,一个连接实物图,其他学生在导学案上画出原理图。
画电路图的学生没有大的障碍可完成,连接实物图的学生连线时有点纠结电表的量程选择情况,忘记将滑动变阻器调到阻值最大处,请其他学生指正。教师评价上台学生表现,给予肯定。
借着黑板上连接好的器材,教师提出问题:如果小静小组的同学在做“伏安法测电阻”的实验时,发现电流表已经损坏(教师随即在黑板上撤下电流表),并且没有其它的电流表可以使用了。请同学们帮助该组同学利用黑板上剩下的器材继续测得未知电阻RX的阻值,同学们先分组讨论一下,看看有没用什么办法能够解决。教师先观察学生反应,大多数学生觉得有点困难,就利用了一个简单的欧姆定律计算题给学生以启发:
例1:如右图所示,已知滑动变阻器R1的最大阻值为20Ω,当R1以最大阻值连入电路时它两端电压为2V,定值电阻R2两端的电压为2.5V,求R2的阻值。
对于这个例题,大多数学生能够自主完成,少数学生也能在其它同学的提醒下解决,从而引发学生思考:在只有电压表没有电流表的情况下,要测得一个定值电阻的阻值,我们还需要一个已知电阻。上述例题提醒了我们,当滑动变阻器调到最大阻值处时,就相当于一个定制电阻。于是学生对照例题的方法,很顺利地就可以在导学案上设计出电路图解决问题了。由于根据这个例题,大多数同学设计出来的电路图是需要拆装一次电压表的,于是教师接着上述情景提问:老师找来了一个开关给小静小组,要求不拆装电路,只通过开关的断开与闭合来测得未知电阻RX。由学生分组开始合作设计,在教师事先准备的展示白纸上画出小组的最终设计方案,教师收集典型方案贴在黑板上展示,小组派代表讲解实验步骤。
有的小组设计出了正确的电路图,利用了串联电路的电压规律解决,如下图:
有的小组设计有点问题,如下图:
上图的出现,恰好可以借此让学生回顾一下电压表的使用的注意事项,并结合上面正确的图,总结出在这个方案的设计中,S2和电压表的位置可以互换,但是电压表一定不能接道两个电阻中间的那条导线上,以免出现电压表正负接线柱接反的情况。最后,教师引导学生总结出在没有电流表的情况下,不能直接测量电流,于是想到利用串联电路电流特点,间接测量已知电阻的电流来解决,而在测量已知电阻电流的过程中,我们实际就是运用欧姆定律去间接测量电流的,进行点题。
解决了教师上面提出的两个问题,教师话锋一转,又回到当初伏安法测定值电阻阻值的问题中,如果小静组坏掉的仪器是电压表而非电流表,其他条件一样(教师将电流表重新展示出来,换掉黑板上的电压表),又应该如何设计电路图测得未知电阻阻值?全班同学再次分组讨论,合作给出设计方案。
有了刚才的总结,一定有学生会想到没有电压表就利用并联电路电压特点来解决这个问题。这个时候教师还是准备一个与例1类似的并联电路的欧姆定律简单计算题,如果学生遇到困难可以再次引导思维。
经过小组讨论,教师巡视发现已经有4、5组学生设计出了简单的方案,请其中一个学生代表上台画出电路图并讲解实验步骤及原理,结果依旧需要把电流表进行拆装分别测得两条支路的电流。教师接着发问:再多给你一个开关,大家觉得把它安放在哪里可以不用拆装电路?马上有学生想到并联电路的电流规律可以利用,短暂思考后,有学上举手上台添加了开关,学生一片赞赏,教师给予肯定,引导总结,当我们没有电压表,不能直接测未知电阻的电压时,要应用并联电路的电压特点,间接策略与未知电阻并联的已知电阻的电压,再利用已有的电流表,即可计算出未知电阻阻值。
下面进行课堂练习,练习题设置了较困难的单刀双掷开关参与的电路,由学生识别电路,说出实验步骤。最后留一个课后思考题,待下节物理课解决:如果小静组同学电流表坏了,但是老师也没有新的开关,利用剩下的器材要求只连接一次电路,她们应如何设计实验?引导学生思考滑动变阻器的变化。
2、教学反思
第一次试讲看似很顺利,学生在老师的引导下逐步设计出了方案解决了问题。首先,结合课本,本节内容重在运用欧姆定律解决问题,而非简单的想办法测未知电阻。这次试讲感觉教师没有将思维过程具体化,应该借着引导思维的过程将方法理论化,具体化的呈现在黑板上,给学生以形象的感受。其次,课本内容上使用的已知电阻是定值电阻,教师在设计时的初衷是创设在“伏安法测电阻”这个实验过程中遇到的问题,所以器材中出现的是滑动变阻器,这个器材给部分学生的设计思路带来了障碍,可在情景创设中,用一个阻值与滑动变阻器最大阻值相同的定值电阻替换,至于滑动变阻器的问题,依旧可以留作下节课去解决。第三,课本有一个“科学窗”的内容,介绍的是“电流表与电压表的电阻”,为了紧扣课本,体现本节内容重在知识应用而非实验操作,可在解决问题后设置一道练习,要求计算电表的内阻,目的一是将总结的方法进行练习巩固,二就是让学生通过问题了解了电表实际也是有各自的内阻的,回归课本。
(二)第二次试讲
1、教学设计及课堂实况简录
复习提问伏安法测电阻的原理,请两名中等偏下的学生上台,一个画出原理电路图,一个连接实物图,其他学生在导学案上画出原理图。
画电路图的学生顺利完成,连接实物图的学生花的时间稍久一点,连好后要求他读出一组数据,并在黑板上计算得到了未知电阻的阻值,复习了伏安法测电阻的内容。教师评价上台学生表现,给予肯定。
借着黑板上连接好的器材,教师提出问题:如果小静小组的同学在做“伏安法测电阻”的实验时,发现电流表已经损坏(教师随即在黑板上撤下电流表,并用一个阻值与滑动变阻器最大阻值相同的定值电阻替换掉滑动变阻器,提醒学生将滑动变阻器当作定值电阻使用),并且没有其它的电流表可以使用了。请同学们帮助该组同学利用黑板上剩下的器材继续测得未知电阻RX的阻值。问题这样一抛出,由于有2个器材与“伏安法测电阻”时情况不一样,学生感觉很突然,有困难。教师停顿数秒后,组织学生一起来解决这样一个问题来热身,并请一名学生上台写出完成解题过程:
小练习:已知条件如图所示,请求出RX的阻值。
大多数的学生能够解决,演板学生解答:
∴
∴
教师给予学生肯定,指出格式上应注意的问题,在解题步骤旁边批注关键字:串联、相等的量、最终求解公式等。
教师边播放PPT边进行思维引导:
得出方法:在没有电流表的时候,我们需要串联一个已知电阻来利用欧姆定律间接测量电流。请同学们在自己的导学案时设计出电路图并写出实验主要步骤。这时,绝大多数的学生已经可以独立完成了,教师巡视发现个别同学有障碍,给予指导。
接着设问多给一个开关,要求一次连接电路完成问题,学生分组讨论设计,在教师事先准备的展示白纸上画出设计的电路图,教师收集方案,演板展示。此处效果与第一次试讲类似。最后教师引导学生总结出解决此类问题的一般方法:
当我们只用电压表和一个已知阻值的定值电阻测量未知电阻时;
1)将待测电阻RX与已知电阻R0串联;
2)根据串联电路中的电压规律:U=U1+U2,利用电压表测得UX、U0、U源中的2个量,即可求出未知的电压;
3)利用 串联电路中的电流规律:I=I1=I2,列出等式,解决问题。
教师进行课堂拓展:如果在实际应用中,只有一个电流表,和一个已知阻值的电阻,又应该如何测得RX的阻值呢?此时学生已经会将知识进行对比迁移,能够独立画出两次连接电路的电路图。教师再次追问,多给一个开关,只连一次电路如何设计,再次讨论后在自己的导学案上记下实验电路图及方案。请2个同学上台演板,正确解决的学生画出了下面的电路图:
结合上面的设计思路,教师引导学生对比只有电流表的情景中总结的方法,得出只有电压表解决问题的方法:
当我们只用电流表和一个已知阻值的定值电阻测量未知电阻时;
1)将待测电阻RX与已知电阻R0并联;
2)根据并联电路中的电流规律:I=I1+I2,利用电流表测得IX、I0、I中的2个量,即可求出未知的电流;
3)利用并联电路中的电压规律:U=U1=U2,列出等式,解决问题。
通过上面的两次总结,学生已经对欧姆定律在串并联电路中的应用稍有体会和感触了,接下来教师指导学生进行拓展延伸,阅读课本“科学窗”内容,课下完成导学案上的拓展延伸内容:
实验室有一种小量程的电流表叫毫安表,用符号mA表示 ,在进行某些测量时,其电阻不可忽略。在电路中,我们可以把毫安表看成一个定值电阻,通过它的电流可以从表盘上读出。利用下图示电路可以测量一个毫安表的电阻,电源的电阻不计,电压不变,R1=140Ω,R2=60Ω.当开关S1闭合、S2断开时,毫安表的读数为6mA;当S1、S2均闭合时,毫安表的读数为8mA,求毫安表的电阻RA和电源的电压U。
2、教学反思
相对于第一次试讲,改动之后的教学教学设计更为贴合教材编写意图,更注重了方法的提升,学生学习过后深刻体会到自己实实在在掌握到了方法,能够独立解决这一类问题了。课堂展示环节,可能有部分同学上台演板不那么顺畅,甚至出现错误,教师一定要迅速引导回来,避免纠结浪费时间。最后一部分拓展延伸内容的设置由于教材的提及,必不可少,但是没有进行完全,可作为课后思考留给学生,以作课堂时间调节功能,在下节课时,可一并解决“伏安法测电阻”单表情况下如何通过调节滑动变阻器来测得未知电阻的问题,并讨论对于设计的方案如何减小误差。
作者简介:
林颖 武汉市南湖中学物理教师 武昌区物理优质课比赛一等奖、武汉市优质课比赛二等奖的获得者