立足生成 彰顯方法 優(yōu)化教學(xué)

孫李軍++周棟梁

摘 要：本文基于我校校本化課程實(shí)施案例與青年教師基本功競(jìng)賽實(shí)錄，從教材與教法兩個(gè)層面分析《電動(dòng)勢(shì)》的教學(xué)策略，點(diǎn)評(píng)部分教學(xué)片斷，探討如何運(yùn)用科學(xué)方法優(yōu)化電動(dòng)勢(shì)這一概念教學(xué)。

關(guān)鍵詞：探究生成；類比方法；優(yōu)化教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）5-0077-4

《電動(dòng)勢(shì)》內(nèi)容本身比較簡(jiǎn)單，但在新課教學(xué)時(shí)，教師卻普遍感到十分棘手，非常難以駕馭，其原因值得深入分析，問(wèn)題解決的策略值得探討。本文擬從教材與教法兩個(gè)層面作一點(diǎn)淺薄的思考，并結(jié)合我校實(shí)際教學(xué)情況，做些討論，以就教于同行。

1 對(duì)教材編寫層面的思考

1.1 人教社的新教材編寫思路

如圖1，教材引導(dǎo)學(xué)習(xí)者用功和能的觀點(diǎn)分析電源的內(nèi)部與外部電路，理解非靜電力在電路中所起的作用，并從能量轉(zhuǎn)化的角度，提出電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置，將電源的概念賦予新的更高層次的理解方式。

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圖1 編寫思路

在此基礎(chǔ)上，教材再進(jìn)一步將功能量化，以期更加科學(xué)、準(zhǔn)確、有效地幫助學(xué)習(xí)者建立電動(dòng)勢(shì)的概念，力求最大化體現(xiàn)物理學(xué)的基本思想：通過(guò)做功研究能量變化的思想、用比值定義物理量的思想。

1.2 關(guān)于教材的幾點(diǎn)思考

（1）電源機(jī)理（非靜電力）→功能（其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能）→表征（運(yùn)用類比方法）

個(gè)人觀點(diǎn)：非靜電力不一定是力（例如，化學(xué)反應(yīng)、光伏發(fā)電等）。因此，用類比于抽水機(jī)來(lái)說(shuō)明，也就是把教材中的類比提前至靜電力部分。

（2）關(guān)于電動(dòng)勢(shì)概念的建立

教材中的類比方式值得商榷，因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)似乎對(duì)應(yīng)的是揚(yáng)程，但學(xué)生對(duì)此概念并不清楚，而很容易對(duì)應(yīng)于功率。

（3）對(duì)非靜電力做功本領(lǐng)的類比——電容（容納電荷本領(lǐng)）

教學(xué)策略：

猜測(cè)（表1）。

表1 猜測(cè)

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理想實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)本文模型部分）。

1.3 結(jié)論

建議對(duì)教材調(diào)整為：類比說(shuō)明（抽水機(jī)）→電源機(jī)理（非靜電力）→功能（其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能）→表征（運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)）。

當(dāng)然，教材編者的意圖旨在傳遞新課內(nèi)容時(shí)，通過(guò)教師的思考，引起學(xué)生的期待；從引起學(xué)生的“期待”進(jìn)而向引發(fā)學(xué)生的“思考”轉(zhuǎn)移。故教師在教學(xué)策略、教學(xué)手段上需要細(xì)分析再思考，以使學(xué)生更加自主地參與教學(xué)過(guò)程。

2 對(duì)教學(xué)層面幾個(gè)片段的思考

2.1 電源

【電容器與電源】

這兩種元件在電學(xué)中應(yīng)用廣泛，且都可以實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。不過(guò)需要區(qū)別的是，其一為電之容器，其二為電之源泉。

如果加入實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比（如圖2），學(xué)習(xí)者則能初步感受電源滿足形成持續(xù)電流的需要，效果比空洞的語(yǔ)言對(duì)學(xué)習(xí)者的刺激更為強(qiáng)烈。

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圖2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比

【電源與水源】

如圖3，本環(huán)節(jié)繼續(xù)采用對(duì)比的方法研究電源的作用，這里突出兩點(diǎn)：一是力的觀點(diǎn)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)K后，高處的水由于重力作用由高處落下，然后通過(guò)抽水機(jī)提供動(dòng)力將低處的水運(yùn)至高處；二是能量觀點(diǎn)，抽水機(jī)消耗電能轉(zhuǎn)化為水的重力勢(shì)能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為水的動(dòng)能，水流循環(huán)往復(fù)。

對(duì)比水源，電源是如何實(shí)現(xiàn)持續(xù)電流的？

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圖3 電源與水源

【靜電力與非靜電力】

如果僅從學(xué)習(xí)知識(shí)的角度看，直接將電動(dòng)勢(shì)這一概念告訴學(xué)生，會(huì)節(jié)省很多教學(xué)時(shí)間。但是，學(xué)生始終不會(huì)對(duì)這一概念有較深的理解。人教社教材多處對(duì)“做功研究能量”的思想有闡述和鋪墊，故此處再次運(yùn)用這種功能關(guān)系的觀點(diǎn)來(lái)學(xué)習(xí)這一知識(shí)。

從非靜電力及非靜電力做功的角度引入電動(dòng)勢(shì)的概念，教學(xué)上的設(shè)計(jì)要有層次，以期使學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)理性的、邏輯的科學(xué)思維過(guò)程，并將其思維上的臺(tái)階搭建合理。

臺(tái)階一 電源兩極板上聚集著正負(fù)電荷，內(nèi)部存在靜電場(chǎng)，靜電力阻礙電荷在電源內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)。

臺(tái)階二 電源能維持電荷的流動(dòng)，形成持續(xù)電流是因?yàn)樗哂邪徇\(yùn)電荷的能力，一定存在“非靜電力”作用，克服靜電力的阻礙，充當(dāng)“搬運(yùn)工”，非靜電力由電源提供，方向與靜電力相反（圖4）。

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圖4 非靜電力與靜電力

臺(tái)階三 從功能角度來(lái)看，非靜電力克服靜電力做功把電荷從低電勢(shì)的負(fù)極搬運(yùn)到高電勢(shì)處的正極；靜電力做負(fù)功電勢(shì)能增加，非靜電力做正功其他形式的能量減少。即，從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電源是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它通過(guò)非靜電力做功讓電勢(shì)能增加。

分析：關(guān)于電動(dòng)勢(shì)的引入，的確要比直接給出一個(gè)名詞費(fèi)時(shí)、費(fèi)事、費(fèi)力。但這是值得的，因?yàn)檫@里體現(xiàn)的是物理學(xué)的基本思想——通過(guò)做功研究能量變化的思想、用比值定義物理量、對(duì)比辨析物理量的方法。

不僅如此，背景的鋪墊與臺(tái)階的搭建還有助于學(xué)生建立閉合電路中電荷運(yùn)動(dòng)的圖景，過(guò)程的經(jīng)歷也將對(duì)學(xué)生學(xué)好物理、提高能力有根本性的幫助。

2.2 電動(dòng)勢(shì)概念的建立

【設(shè)計(jì)思路】

關(guān)于電動(dòng)勢(shì)概念建立的流程如下：

建立電源模型→探究W非與q 間的關(guān)系→建立串聯(lián)電源模型→探究W非/q 間的意義。

其中，單個(gè)電源的模型如圖5所示，而兩節(jié)電源串聯(lián)后構(gòu)成新電源，其模型及等效模型分別如圖6（a）（b）所示。新的等效電源模型與單個(gè)電源模型極板帶電情況相同，而其間距是單個(gè)電源模型極板間距的2倍。

【實(shí)施操作】

（1）探究同一電源的W非、q間關(guān)系

對(duì)于圖5所示電源模型而言，非靜電力把電荷q由負(fù)極移至正極時(shí)所做的功為W非，移動(dòng)電量為2q時(shí)做的功可以等效為移動(dòng)兩個(gè)電量為q的電荷做功的代數(shù)和，即為2W非。同理，移動(dòng)n個(gè)電荷所做的功為nW非，由此可得E=W非/q 是一個(gè)與W非、q 無(wú)關(guān)的物理量。

（2）探究不同電源W非/q 的物理意義

對(duì)于圖6 （b）所示的等效電源模型而言，非靜力把正電荷q 從負(fù)極移至正極所做功為2W非，把電量為2q 的正電荷由負(fù)極移至正極時(shí)所做的功為4W非，故有E1=W非/q=2E。顯然，不同電源的E=W非/q 不同。

為說(shuō)明E=W非/q 的物理意義，可對(duì)如下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析：分別用一節(jié)蓄電池對(duì)一個(gè)小燈泡供電和兩節(jié)蓄電池串聯(lián)后對(duì)兩個(gè)串聯(lián)的相同小燈泡供電，用電壓表分別測(cè)量燈泡兩端電壓，說(shuō)明哪個(gè)電源把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)更大？它們間的關(guān)系是什么？

【得出結(jié)論】

設(shè)置實(shí)驗(yàn)的目的是：由實(shí)驗(yàn)得出新的等效電源的供電本領(lǐng)是單節(jié)蓄電池的2倍。而從模型的研究得到的結(jié)論是：W非/q 也是單個(gè)蓄電池的2倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：W非/q 是表征電源供電本領(lǐng)的物理量。

2.3 電動(dòng)勢(shì)與電壓

教學(xué)中還需讓學(xué)生知道電動(dòng)勢(shì)與電壓的關(guān)系，建立表格（表2）。

表2 電動(dòng)勢(shì)與電壓

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（1）如果是靜電力做功，電勢(shì)能減少，移送單位正電荷減少的電勢(shì)能就是電壓。

（2）如果是非靜電力做功，電勢(shì)能增加，將單位正電荷從電源的負(fù)極移動(dòng)到正極所增加的電勢(shì)能就是電動(dòng)勢(shì)。

2.4 內(nèi)阻

教材用“電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的，所以也有電阻，這個(gè)電阻叫做電源的內(nèi)阻”引入內(nèi)阻概念，但考慮內(nèi)阻在閉合電路歐姆定律學(xué)習(xí)中很重要，因而不可忽略其鋪墊作用。

相比較電動(dòng)勢(shì)概念建立過(guò)程，內(nèi)阻概念要簡(jiǎn)單得多，摘取部分教學(xué)片斷如下：

教學(xué)片段一

如圖7，首先，用高內(nèi)阻電壓表測(cè)量水果電池兩極間的電壓，說(shuō)明電動(dòng)勢(shì)大于額定電壓；其次，將燈泡與水果電池構(gòu)成回路后并不發(fā)光，說(shuō)明除了電動(dòng)勢(shì)外，還有其他因素影響，進(jìn)而引入內(nèi)阻概念。

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圖7 引入內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)

教學(xué)片斷二

首先，使用一節(jié)干電池與小燈泡構(gòu)成回路進(jìn)行演示，現(xiàn)象是發(fā)光；接著將銅片和鐵片插入一只蘋果構(gòu)成的水果電池后與小燈泡構(gòu)成回路演示，不發(fā)光的原因是什么？幾乎所有同學(xué)都回答是水果電池的電動(dòng)勢(shì)低于1.5 V（表3）。

表3 探究燈泡發(fā)光原因

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其次，在找到水果電池不發(fā)光的“原因”后，用兩只甚至更多的水果電池串聯(lián)后對(duì)小燈泡供電，在增加了電動(dòng)勢(shì)后結(jié)果仍然。至此，與干電池相比，水果電池不能使小燈泡發(fā)光的原因到底是什么？電動(dòng)勢(shì)是否是決定小燈泡不發(fā)光的唯一因素，引發(fā)所有同學(xué)的思考。

最后，教師帶上環(huán)保手套，拆開(kāi)干電池，切開(kāi)水果，觀察比較內(nèi)部結(jié)構(gòu)，建立內(nèi)阻的概念。

分析思考

教學(xué)片斷一看似簡(jiǎn)單易操作，但在明確電動(dòng)勢(shì)測(cè)量方法之前，用此操作易導(dǎo)致一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)（例如，電動(dòng)勢(shì)等于電壓等），并且錯(cuò)誤的前概念建立對(duì)后續(xù)閉合電路歐姆定律的學(xué)習(xí)極為不利。

相比片斷一，優(yōu)化后的片斷二注重對(duì)比方法，密切聯(lián)系學(xué)生思維，通過(guò)學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)研究工作相近或相似的過(guò)程，從中獲取技能和建立概念，體驗(yàn)其中的樂(lè)趣和曲折，感悟物理科學(xué)思想。

2.5 生活中的電池

教材用較大的篇幅分析了生活中的電池種類及其應(yīng)用，教師可以指導(dǎo)學(xué)生說(shuō)一說(shuō)各種電池上所標(biāo)參數(shù)的物理意義，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)容量算一算儲(chǔ)存的能量等。

為了進(jìn)一步體現(xiàn)新教材所致力的“輕松感覺(jué)與厚重思想”的統(tǒng)一理念，安排圖9案例自然成為必要。通過(guò)電池正面利用與負(fù)面危害的對(duì)比分析，體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的雙刃劍功能，情感態(tài)度與價(jià)值觀的養(yǎng)成也無(wú)須語(yǔ)言激勵(lì)便可潛移默化地達(dá)成。

3 總結(jié)反思

（1）過(guò)去教材基本上是敘述知識(shí)，要求老師在教學(xué)過(guò)程中要把知識(shí)講清楚?，F(xiàn)在的教學(xué)體現(xiàn)的是自主探究、展示過(guò)程和方法。教師必須引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)討論或?qū)嶒?yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)新的規(guī)律，通過(guò)閱讀來(lái)了解前人的研究過(guò)程，跟著教學(xué)設(shè)計(jì)一環(huán)套一環(huán)地接受新的概念。唯有如此，方能找回“格物致知”在教育中的地位和作用。

（2）情感態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)絕不是書(shū)寫教學(xué)目標(biāo)時(shí)的文字、課堂教學(xué)時(shí)的口號(hào)。物理學(xué)科也絕非只在學(xué)生頭腦中打上公式的烙印。喚醒學(xué)生關(guān)注社會(huì)的意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的能源、環(huán)保意識(shí)可能就在我們教育工作者的微設(shè)計(jì)下就能產(chǎn)生大功效。

參考文獻(xiàn)：

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[3]呂盛烈.關(guān)于電源電動(dòng)勢(shì)的幾點(diǎn)討論[J] .物理通報(bào)，1993，（7）：7.

（欄目編輯 鄧 磊）