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“问题导学”是以导学案为载体,以解决问题为主线,使学生在问题解决的过程中掌握知识,形成自主学习能力的一种高效课堂教学模式.问题的设计是这种教学模式的核心,而传统的课堂最大的弊端就在于没有问题的生成.下面以“闭合电路欧姆定律”为例,探讨一下如何进行问题的设计.
1背景分析
1.1教材
不同版本的教材对这部分内容的处理方法有所差异,有的从非静电力做功的角度引入,也有的直接从电势升降的角度给出结论.笔者以教科版教材为基础,借鉴人教版教材的一些思路,以问题为线索,重新调整了教学顺序――先介绍电源的内阻,然后通过定量实验探究得到闭合电路的欧姆定律,最后再分析电动势的物理意义.
1.2学情
学生在初中已学过部分电路的欧姆定律,普遍认为电源提供的电压是不变的,也不知道电源有内阻,要打破这个思维定势,仅靠抽象的理论推导是不够的,应尽可能通过实验做到“眼见为实”,让学生真正信服.
2问题设计
问题1如图1,将小灯泡分别接到两节电池和三节电池的两端,猜一猜哪种情况更亮?
设计意图学生们根据初中所学的电学知识,很容易想到两节干电池提供的电压为3.0 V,而三节干电池提供的电压为4.5 V,肯定是接到三节电池上时灯泡更亮.教师在准备时,左侧可用两节新电池,右侧用三节旧电池,让小灯泡接到右侧时反而更暗一些,引导学生思考既然是相同的小灯泡,那么问题应该出在电源上,从而顺势引入外电路、内电路以及电源内阻的概念.这个设计可以激起学生的认知冲突,迅速把学生的注意力吸引到教学内容上来.
问题2依次闭合S1、S2、S3,观察小灯泡L的亮度变化,并阐述原因.
设计意图在初中时,学生们都认为电源提供的电压是不变的,所以即便多并联几盏灯泡,也不会影响到L的亮度,但实验中他们看到的却是L越来越暗,这是又一次思维上的冲突,此时可以让学生讨论现象背后的原因,由于有问题1的铺垫,学生们很容易想到从串联分压的角度来解释L变暗的原因.教师结合问题1,最后做一个归纳:灯泡的亮暗既与电源有关,又与外电路有关,这里面到底满足什么定量规律呢?从而顺势引入本节课的主题――闭合电路的欧姆定律.
问题3外电路以及内电路上电势的降落之和与“可乐电池”正负两极附近电势的上升之和有什么关系?
设计意图在教科版的教材上,焦耳定律放在了本节内容的后面,故暂时还不能用能量守恒定律的方法进行理论推导,只能从电势升降的角度进行探究.为了使实验尽可能精确,笔者用了四个电压传感器分别测量外电压U1、内电压U2,正极附近电势上升的值U3、负极附近电势上升的值U4.将电键闭合后,增大变阻器R,U1增大,U2减小,但是U3和U4基本保持不变,让学生对比U1+U2和U3+U4,很容易得出U1+U2=U3+U4的结论,接着很自然地就可以引出电动势E的概念,电动势即正负两极附近电势上升的值之和,即E=U3+U4.为了让学生能更清楚地认识到闭合电路中电势的变化情况,还可以用以下两幅图加深理解.
最后,假定外电路是纯电阻电路,经过简单的理论推导后,即可得到闭合电路的欧姆定律I=ER+r,整个过程非常自然,一点没有突兀的感觉.
问题4如果外电路出现了短路或者断路的情况,电路中电势的升降情况会如何?
设计意图这两种特殊情况,如果用理论推导的方式去讲解,略显枯燥,借助于问题4中的思路,则非常好理解.在短路情况下,电势的升降全部发生在电源内部,而在断路情况下,外电压Uab就等于电动势,这也是我们用电压表粗测电源电动势的依据.
问题5请用闭合电路的欧姆定律解释问题1和问题2中出现的现象.
设计意图学以致用是师生们共同的追求,在一开始回答问题1和问题2时,学生们多半是连蒙带猜的,并没有十足的把握,现在回过头来重新审视这两个问题,应该底气十足了.正是因为电源有内阻,导致外电压并不等于电动势,教师可在电源两端并联上电压传感器,学生就可以非常清楚地看到接上灯泡后,问题1中的U2
问题6我们常说一节干电池的电压是1.5 V,这种说法对吗?
设计意图通过问题5的分析,学生们非常直观地看到外电压一般是小于电动势的,少掉的那部分是内电压,电动势应等于内外电压之和,或者等于正负极附近上升的电势之和.为了进一步加深学生对电动势E的认识,教师还可以从非静电力做功的角度作进一步阐述,让学生知道电动势E的值等于电源把1C正电荷从它的负极搬运到正极的过程中,非静电力所做功,即E=W非/q.
3案例评析和反思
闭合电路的欧姆定律既是本章的重点,也是难点.笔者利用“问题导学”设计教学流程,前后呼应,环环相扣,使得整个教学过程非常流畅,学生易于理解和接受,取得了较好的教学效果.结合本案例,笔者认为在设计导学案中的问题时,一定要有思维深度,不能是那种不动脑子就能答出的问题;问题要紧扣教学内容和中心环节,注意知识的内在联系及前后衔接;问题要有梯度,由易到难,由简到繁,由小到大,层层推进,逐步深入;问题要考虑大多数学生的认知水平、接受能力;问题要有针对性,针对教材重点、难点、疑点及关键点;问题要思路清晰,切忌含糊不清、要求不明,造成学生思维混乱;问题还要少而精,力求高质量,做到教师问题少而精,学生思考多且深.