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初中物理九年級(jí)《電阻:探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)內(nèi)容分析
從《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》審視,本課位于“運(yùn)動(dòng)和相互作用”主題下的“電磁能”部分,是構(gòu)建完整電學(xué)認(rèn)知體系的關(guān)鍵樞紐。其知識(shí)技能圖譜以“電阻”概念為核心,要求學(xué)生超越“電阻是導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用”的識(shí)記層面,深入理解“電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)”,并探究長(zhǎng)度、橫截面積、材料和溫度對(duì)其的具體影響。這一認(rèn)知過(guò)程,上承電壓、電流概念,下啟歐姆定律、電功電功率的學(xué)習(xí),是串聯(lián)整個(gè)電學(xué)模塊的邏輯支點(diǎn)。課標(biāo)蘊(yùn)含的學(xué)科思想方法——控制變量法和轉(zhuǎn)換法(通過(guò)電流表示數(shù)間接比較電阻大?。?,為本課提供了清晰的探究路徑。課堂將以“探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素”為主線,將科學(xué)探究的完整流程(提出問(wèn)題、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析論證)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的實(shí)踐行動(dòng)。其素養(yǎng)價(jià)值滲透于探究全程:在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中培養(yǎng)科學(xué)探究能力與實(shí)事求是的態(tài)度;在分析“為何不同導(dǎo)體電阻不同”時(shí),滲透物質(zhì)觀與相互作用觀;通過(guò)討論超導(dǎo)等前沿科技,激發(fā)科學(xué)好奇心與社會(huì)責(zé)任感,實(shí)現(xiàn)知識(shí)載體與育人目標(biāo)的深度融合。
基于“以學(xué)定教”原則進(jìn)行學(xué)情研判。學(xué)生已有基礎(chǔ)是清晰認(rèn)識(shí)了電流與電壓,并初步具備連接簡(jiǎn)單電路的能力。生活經(jīng)驗(yàn)中,他們對(duì)“不同材料的導(dǎo)電性能不同”有模糊感知,如知道銅絲比鐵絲更易導(dǎo)電??赡艿恼J(rèn)知障礙在于:一是容易將電阻理解為外部施加的“阻力”,而非導(dǎo)體固有的屬性;二是在探究多因素問(wèn)題時(shí),難以自覺(jué)、規(guī)范地運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。思維難點(diǎn)則在于,如何從“電流變化”這一表象,抽象推理出“電阻差異”這一本質(zhì)。為此,教學(xué)調(diào)適策略是:在導(dǎo)入環(huán)節(jié)制造強(qiáng)烈認(rèn)知沖突,破除前概念;在探究環(huán)節(jié),為思維較弱的學(xué)生提供“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提示卡”作為腳手架,明確控制變量的操作要點(diǎn);為學(xué)有余力者增設(shè)“溫度對(duì)電阻影響”的拓展探究任務(wù)。課堂中,將通過(guò)觀察小組討論、分析學(xué)生設(shè)計(jì)的草圖、點(diǎn)評(píng)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性等形成性評(píng)價(jià)手段,動(dòng)態(tài)把握學(xué)情,即時(shí)調(diào)整教學(xué)節(jié)奏與指導(dǎo)策略。二、教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)方面,學(xué)生將建構(gòu)關(guān)于電阻的層次化認(rèn)知結(jié)構(gòu)。他們不僅能準(zhǔn)確陳述電阻的定義、符號(hào)(R)及單位(Ω),更重要的是,能深刻理解“電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)”這一核心觀念,并應(yīng)用此觀念解釋為何比較導(dǎo)體電阻大小時(shí)需在相同電壓下進(jìn)行。最終,他們能系統(tǒng)闡述長(zhǎng)度、橫截面積、材料和溫度是如何具體影響導(dǎo)體電阻大小的,并辨析這些因素的主次關(guān)系。
能力目標(biāo)聚焦于發(fā)展物理學(xué)科的核心探究與思維能力。學(xué)生能夠基于生活現(xiàn)象提出可探究的科學(xué)問(wèn)題,并作出有依據(jù)的猜想。他們能夠獨(dú)立或在小組協(xié)作下,運(yùn)用控制變量法和轉(zhuǎn)換法,設(shè)計(jì)出完整的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證猜想,并規(guī)范操作、如實(shí)記錄數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上,他們能從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中歸納出定性規(guī)律,并嘗試用微觀粒子運(yùn)動(dòng)等初步模型進(jìn)行解釋?zhuān)瓿蓮木唧w現(xiàn)象到抽象規(guī)律的思維跨越。
情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)旨在內(nèi)化科學(xué)精神與合作意識(shí)。學(xué)生在小組探究中將表現(xiàn)出積極的協(xié)作態(tài)度,認(rèn)真傾聽(tīng)同伴觀點(diǎn),勇于表達(dá)自己的見(jiàn)解。面對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與預(yù)期不符時(shí),能秉持實(shí)事求是的態(tài)度進(jìn)行反思與復(fù)核,而非簡(jiǎn)單篡改數(shù)據(jù)。通過(guò)了解電阻在電子技術(shù)中的廣泛應(yīng)用及我國(guó)在超導(dǎo)材料領(lǐng)域的成就,增強(qiáng)科技服務(wù)于社會(huì)的意識(shí)與民族自豪感。
科學(xué)思維目標(biāo)重點(diǎn)發(fā)展模型建構(gòu)與科學(xué)推理能力。通過(guò)“導(dǎo)體阻礙自由電子定向移動(dòng)”的類(lèi)比,引導(dǎo)學(xué)生初步建立電阻的微觀模型。在探究多個(gè)影響因素時(shí),強(qiáng)化控制變量的思維模式,將其內(nèi)化為解決復(fù)雜問(wèn)題的通用策略。通過(guò)“如何比較兩根導(dǎo)體電阻大小”的問(wèn)題鏈,訓(xùn)練由果(電流表示數(shù))溯因(電阻差異)的逆向推理能力。
評(píng)價(jià)與元認(rèn)知目標(biāo)關(guān)注學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)控與優(yōu)化。引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)量規(guī)”(是否明確變量控制、電路圖是否規(guī)范等)對(duì)小組及他組方案進(jìn)行互評(píng)與自評(píng)。在課堂小結(jié)階段,鼓勵(lì)學(xué)生反思“本節(jié)課我最關(guān)鍵的收獲是什么”、“哪個(gè)探究環(huán)節(jié)遇到了困難,是如何解決的”,從而提升對(duì)自身學(xué)習(xí)策略的認(rèn)知與調(diào)控能力。三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)確立為:理解電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究歸納影響導(dǎo)體電阻大小的主要因素。其確立依據(jù)源自對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)的深度解構(gòu)。電阻概念是電學(xué)領(lǐng)域的核心“大概念”之一,它不僅是歐姆定律的邏輯前提,更是理解所有用電器工作原理的基礎(chǔ)。從中考考點(diǎn)分析來(lái)看,圍繞電阻概念的理解、探究影響電阻大小因素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)論,是高頻且分值較高的試題內(nèi)容,重在考查學(xué)生的科學(xué)探究能力和基于證據(jù)的推理能力,充分體現(xiàn)了能力立意的命題導(dǎo)向。因此,將此作為重點(diǎn),旨在為學(xué)生后續(xù)電學(xué)學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的觀念與能力基石。
教學(xué)難點(diǎn)在于:引導(dǎo)學(xué)生深刻理解“電阻是導(dǎo)體本身的一種屬性”,與長(zhǎng)度、橫截面積等具體影響因素之間的辯證關(guān)系。學(xué)生常見(jiàn)困惑是:“既然電阻是本身性質(zhì),為什么又說(shuō)它受長(zhǎng)度影響?這不是矛盾嗎?”這一難點(diǎn)成因在于認(rèn)知的抽象性與思維的辯證性。從學(xué)情看,學(xué)生習(xí)慣于具體、直觀的物理量,而“屬性”一詞較為抽象。同時(shí),他們?nèi)菀讓ⅰ皩傩浴崩斫鉃楣潭ú蛔?,難以將“固有性質(zhì)”與“該性質(zhì)會(huì)隨自身?xiàng)l件(如幾何尺寸)變化”統(tǒng)一起來(lái)?;诔R?jiàn)錯(cuò)誤分析,學(xué)生在回答相關(guān)問(wèn)題時(shí),常出現(xiàn)“導(dǎo)體的電阻與長(zhǎng)度有關(guān)”這類(lèi)不嚴(yán)謹(jǐn)表述,而忽略“在材料、橫截面積、溫度相同時(shí)”的前提條件。突破方向在于,通過(guò)類(lèi)比(如“密度是物質(zhì)屬性,但質(zhì)量隨體積變化”)、微觀模型輔助及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)論表述,幫助學(xué)生構(gòu)建完整、辯證的概念體系。四、教學(xué)準(zhǔn)備清單1.教師準(zhǔn)備1.1媒體與教具:交互式電子白板課件(含情境動(dòng)畫(huà)、探究引導(dǎo)流程圖、數(shù)據(jù)記錄表模板);實(shí)物展示臺(tái)。1.2實(shí)驗(yàn)器材(分組,68組):學(xué)生電源、開(kāi)關(guān)、電流表、小燈泡、導(dǎo)線若干;探究電阻器(或配有導(dǎo)線的電阻定律演示板,含長(zhǎng)度、橫截面積、材料不同的金屬絲,如鎳鉻合金絲和康銅絲);酒精燈(用于拓展探究溫度影響);防護(hù)手套。1.3學(xué)習(xí)支持材料:分層學(xué)習(xí)任務(wù)單(含基礎(chǔ)任務(wù)與挑戰(zhàn)任務(wù));實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提示卡(供需要支持的學(xué)生選用);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)量規(guī)卡片。2.學(xué)生準(zhǔn)備
復(fù)習(xí)電流、電壓概念及電路連接方法;預(yù)習(xí)課本關(guān)于電阻的初步介紹;以小組為單位,提前思考“哪些因素可能影響電流通過(guò)的難易程度”。3.環(huán)境布置
教室桌椅調(diào)整為小組合作模式;前后黑板分區(qū)規(guī)劃,前黑板主板書(shū)概念與結(jié)論,側(cè)黑板預(yù)留學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)草圖的空間。五、教學(xué)過(guò)程第一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)1.情境創(chuàng)設(shè)與認(rèn)知沖突:“同學(xué)們,上節(jié)課我們讓電荷在電路中歡快地流動(dòng)起來(lái),形成了電流。今天,我們來(lái)當(dāng)一回電流的‘道路質(zhì)檢員’。請(qǐng)看,我這里有兩條‘路’:一條是長(zhǎng)長(zhǎng)的鎳鉻合金絲,一條是短短的同樣粗細(xì)的銅絲。把它們分別接入同一個(gè)簡(jiǎn)單電路(電源、開(kāi)關(guān)、小燈泡、電流表),大家猜猜,電流走哪條路會(huì)更‘順暢’,小燈泡會(huì)更亮?”(演示連接,先不閉合開(kāi)關(guān))。好,現(xiàn)在見(jiàn)證猜想!(閉合開(kāi)關(guān),學(xué)生觀察燈泡亮度與電流表示數(shù)差異)。咦,大家看到了什么?為什么同樣的電源,電流大小卻明顯不同?1.1問(wèn)題提出與路徑明晰:“看來(lái),導(dǎo)體本身對(duì)電流的‘阻礙作用’大小不一樣!物理上,我們把導(dǎo)體對(duì)電流的這種阻礙作用,叫做電阻。那么,一個(gè)核心問(wèn)題就擺在我們面前:哪些因素決定了導(dǎo)體電阻的大小呢?這就是我們今天要破解的謎題?!蔽覀冞@節(jié)課就像偵探破案,先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出‘嫌疑人’(猜想因素),然后設(shè)計(jì)嚴(yán)密的‘審訊方案’(實(shí)驗(yàn)),最后用證據(jù)(數(shù)據(jù))鎖定‘真兇’(得出結(jié)論)。讓我們喚醒一個(gè)破案法寶——控制變量法,開(kāi)始今天的探究之旅吧!第二、新授環(huán)節(jié)任務(wù)一:建立概念,定性比較電阻
教師活動(dòng):首先明確概念。指著電路說(shuō):“剛才實(shí)驗(yàn)中,電流表示數(shù)大,說(shuō)明電流受到的阻礙小,我們就說(shuō)這根導(dǎo)體的電阻小;反之,電阻大。電阻用字母R表示,單位是歐姆,簡(jiǎn)稱(chēng)歐,符號(hào)Ω。”接著,引導(dǎo)學(xué)生思考比較方法:“現(xiàn)在,如果只給你一個(gè)電流表,怎么比較講臺(tái)上這好幾根金屬絲的電阻大???大家想一想,要注意什么前提才公平?”待學(xué)生思考后,總結(jié):“非常關(guān)鍵的一點(diǎn):必須在電壓相同的條件下比較。因?yàn)殡妷壕拖瘛苿?dòng)力’,推力一樣大,誰(shuí)讓電流過(guò)得小,誰(shuí)的阻礙就大,電阻就大。這個(gè)方法,我們稱(chēng)之為‘轉(zhuǎn)換法’?!?/p>
學(xué)生活動(dòng):聆聽(tīng)并記錄電阻的定義、符號(hào)和單位。思考并討論教師提出的問(wèn)題,嘗試說(shuō)出“要用同一個(gè)電源,或者保持電壓不變”。理解“通過(guò)比較電流大小來(lái)間接比較電阻大小”的轉(zhuǎn)換思想。
即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):1.能否準(zhǔn)確復(fù)述電阻的定義。2.在討論比較方法時(shí),是否能主動(dòng)提及“控制電壓相同”這一條件。3.能否理解“電流大意味著電阻小”的邏輯關(guān)系。
形成知識(shí)、思維、方法清單:
★電阻(R)的定義:導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用。它是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)。教學(xué)提示:強(qiáng)調(diào)“本身性質(zhì)”,為后續(xù)理解影響因素鋪墊。
★電阻的單位:歐姆(Ω)。常用單位還有千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)。認(rèn)知說(shuō)明:類(lèi)比長(zhǎng)度單位,建立數(shù)量級(jí)概念。
▲轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用:在電壓相同的前提下,通過(guò)比較電流表示數(shù)的大小來(lái)判斷導(dǎo)體電阻的大小。思維價(jià)值:這是一種重要的間接測(cè)量思想。任務(wù)二:提出猜想,聚焦核心因素
教師活動(dòng):“偵探辦案,先要圈定嫌疑人。結(jié)合你們的生活經(jīng)驗(yàn)和剛才的觀察,大膽猜想一下,導(dǎo)體電阻的大小可能跟哪些因素有關(guān)?說(shuō)說(shuō)你的理由?!惫膭?lì)學(xué)生暢所欲言,并適時(shí)引導(dǎo):“家里的電線,長(zhǎng)距離輸電用粗電線還是細(xì)電線?這是考慮了哪個(gè)因素?”“為什么電線芯多用銅或鋁,而不用鐵?”將學(xué)生的猜想(長(zhǎng)度、橫截面積/粗細(xì)、材料)板書(shū)在黑板上。對(duì)于可能提出的“電壓”、“電流”等,引導(dǎo)學(xué)生回顧任務(wù)一的結(jié)論進(jìn)行辨析:“電阻是導(dǎo)體本身的性質(zhì),跟加在它兩端的電壓、通過(guò)它的電流有關(guān)嗎?我們剛才比較電阻時(shí),是不是特意保持了電壓不變?”
學(xué)生活動(dòng):積極進(jìn)行小組討論,基于生活實(shí)例(如電線、保險(xiǎn)絲)和導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出猜想??赡芴岢觯洪L(zhǎng)度、粗細(xì)、材料、溫度等。嘗試闡述猜想的依據(jù)。對(duì)其他同學(xué)提出的“電壓、電流”等猜想進(jìn)行辨析,鞏固“電阻是導(dǎo)體屬性”的認(rèn)識(shí)。
即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):1.猜想是否有生活或觀察依據(jù),而非憑空想象。2.能否清晰表達(dá)猜想的理由。3.能否辨析并排除“電阻與電壓、電流有關(guān)”的錯(cuò)誤猜想。
形成知識(shí)、思維、方法清單:
★影響電阻大小的可能因素:導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積(粗細(xì))、材料、溫度。教學(xué)提示:引導(dǎo)學(xué)生用“可能與…有關(guān)”的科學(xué)語(yǔ)言表述猜想。
▲猜想的依據(jù):應(yīng)來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)或觀察,是科學(xué)探究的起點(diǎn)。思維價(jià)值:培養(yǎng)“大膽假設(shè),小心求證”的科學(xué)態(tài)度。
★電阻的屬性重申:電阻是導(dǎo)體本身的性質(zhì),與電壓、電流無(wú)關(guān)。易錯(cuò)點(diǎn)警示:這是易混淆點(diǎn),需反復(fù)強(qiáng)化。任務(wù)三:設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),規(guī)劃探究方案
教師活動(dòng):“嫌疑人確定了,現(xiàn)在要設(shè)計(jì)審訊方案——也就是實(shí)驗(yàn)方案。面對(duì)多個(gè)‘嫌疑人’,我們?cè)趺粗鹨粚弳?wèn),避免它們互相干擾?”引出控制變量法?!耙浴骄侩娮枧c長(zhǎng)度的關(guān)系’為例,我們需要控制哪些因素不變?改變哪個(gè)因素?觀察什么現(xiàn)象?”請(qǐng)一個(gè)小組代表分享初步設(shè)計(jì)。隨后,針對(duì)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)提問(wèn):“如何改變長(zhǎng)度?用同一根導(dǎo)體截取不同長(zhǎng)度,還是用兩根材料、粗細(xì)相同但長(zhǎng)度不同的導(dǎo)體?”“觀察電流表示數(shù)時(shí),如何確保電壓相同?是把不同導(dǎo)體先后接入同一電路嗎?”根據(jù)學(xué)生回答,逐步完善,形成規(guī)范的設(shè)計(jì)思路。分發(fā)“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提示卡”給需要支持的小組。
學(xué)生活動(dòng):小組合作,選擇一個(gè)最想探究的因素(如長(zhǎng)度),嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。在任務(wù)單上畫(huà)出電路圖,寫(xiě)出簡(jiǎn)要步驟。參與全班研討,傾聽(tīng)他組方案,補(bǔ)充或質(zhì)疑。理解控制變量法的具體應(yīng)用:探究R與長(zhǎng)度的關(guān)系,需控制材料、橫截面積、溫度不變,只改變長(zhǎng)度,在相同電壓下比較電流。
即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):1.設(shè)計(jì)的方案是否明確指出了控制變量和改變變量。2.電路圖繪制是否規(guī)范,能體現(xiàn)“電壓相同”的比較條件。3.小組內(nèi)分工是否明確,討論是否有序。
形成知識(shí)、思維、方法清單:
★控制變量法在本探究中的應(yīng)用范式:若要探究電阻與因素A的關(guān)系,需控制其他可能因素(B、C、D…)保持不變,只改變因素A。方法精髓:這是物理學(xué)乃至許多科學(xué)領(lǐng)域研究多變量問(wèn)題的核心方法。
★實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn):如何實(shí)現(xiàn)變量的控制與改變。例如,用同一根導(dǎo)體的不同段落實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度變化;用相同材料、長(zhǎng)度但直徑不同的導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)橫截面積變化。操作指導(dǎo):這是將抽象方法轉(zhuǎn)化為具體操作的關(guān)鍵。
▲電路設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性:為便于比較,建議采用將不同導(dǎo)體先后接入同一電路(電源電壓不變)的方案。優(yōu)化建議:此設(shè)計(jì)最能直觀體現(xiàn)“電壓相同”的前提。任務(wù)四:動(dòng)手探究,收集證據(jù)
教師活動(dòng):“方案已定,證據(jù)收集開(kāi)始!各小組請(qǐng)根據(jù)選定的探究因素,領(lǐng)取相應(yīng)器材,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行操作。老師巡視中會(huì)關(guān)注幾個(gè)要點(diǎn):連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)是否斷開(kāi)?電流表量程選擇是否合適?更換導(dǎo)體時(shí)是否斷開(kāi)開(kāi)關(guān)?數(shù)據(jù)記錄是否及時(shí)、真實(shí)?”走到學(xué)生中間,進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo):“你們組探究材料,別忘了長(zhǎng)度和粗細(xì)要選一樣的哦?!薄坝涗洈?shù)據(jù)時(shí),除了記下電流值,別忘了標(biāo)注對(duì)應(yīng)導(dǎo)體的參數(shù)?!?/p>
學(xué)生活動(dòng):小組分工協(xié)作,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。一人連接電路,一人檢查,一人記錄,一人操作更換導(dǎo)體。規(guī)范使用電流表,讀取并記錄數(shù)據(jù)。在任務(wù)單的表格中如實(shí)填寫(xiě)不同導(dǎo)體對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)。探究材料因素的小組,會(huì)用到鎳鉻絲和康銅絲(或銅絲)。部分小組在完成基礎(chǔ)探究后,可嘗試用酒精燈加熱金屬絲,探究溫度對(duì)電阻的影響(拓展任務(wù))。
即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):1.實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范、安全(如通電前檢查、斷開(kāi)開(kāi)關(guān)更換元件)。2.是否嚴(yán)格按照控制變量的要求選擇和使用器材。3.數(shù)據(jù)記錄是否清晰、完整、真實(shí)。
形成知識(shí)、思維、方法清單:
★實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范:連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi);電流表要串聯(lián)、正進(jìn)負(fù)出、試觸選量程;每次讀數(shù)前確保電路穩(wěn)定。安全與素養(yǎng):規(guī)范操作是獲得可靠數(shù)據(jù)和保障安全的基礎(chǔ)。
★數(shù)據(jù)記錄要求:設(shè)計(jì)合理的表格,記錄所改變的變量(如長(zhǎng)度值)及其對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)。科學(xué)態(tài)度:實(shí)事求是,即使數(shù)據(jù)與預(yù)期不符也不隨意修改,而是分析原因。
▲溫度對(duì)電阻的影響(初步):大多數(shù)導(dǎo)體,溫度升高,電阻增大。拓展認(rèn)知:此為一般規(guī)律,有少數(shù)例外(如半導(dǎo)體、超導(dǎo)體),可激發(fā)課外探究興趣。任務(wù)五:分析論證,得出結(jié)論
教師活動(dòng):“數(shù)據(jù)在手,真相大白!各小組先內(nèi)部分析:你們的數(shù)據(jù)說(shuō)明了什么?能用一句完整的話概括結(jié)論嗎?”給時(shí)間討論后,組織全班匯報(bào)?!罢?qǐng)?zhí)骄块L(zhǎng)度的小組先來(lái)。當(dāng)材料、粗細(xì)相同時(shí),長(zhǎng)度越長(zhǎng),電流越___,說(shuō)明電阻越___?所以結(jié)論是?”引導(dǎo)學(xué)生得出“材料、橫截面積相同時(shí),導(dǎo)體長(zhǎng)度越長(zhǎng),電阻越大”的定性結(jié)論。同理,引導(dǎo)其他小組匯報(bào)橫截面積、材料的結(jié)論。最后,進(jìn)行整合升華:“大家看,長(zhǎng)度、粗細(xì)、材料,這些都是導(dǎo)體自身的條件。所以,電阻大小最終是由導(dǎo)體自身的這些條件決定的,這再次證明了——電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)。而且,不同材料電阻不同,說(shuō)明電阻大小還與物質(zhì)的種類(lèi)有關(guān)?!?/p>
學(xué)生活動(dòng):小組內(nèi)分析數(shù)據(jù),嘗試用語(yǔ)言描述規(guī)律。派代表向全班匯報(bào)探究結(jié)論,要求表述完整,包含控制條件。傾聽(tīng)其他小組結(jié)論,完善自己的知識(shí)體系。在教師引導(dǎo)下,將各因素結(jié)論整合,深刻理解“電阻是導(dǎo)體本身性質(zhì)”的內(nèi)涵。
即時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):1.結(jié)論表述是否科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn),是否包含“在…條件下”的前提。2.能否從具體數(shù)據(jù)中合理歸納出定性規(guī)律。3.能否將多個(gè)結(jié)論整合,形成對(duì)電阻性質(zhì)的完整認(rèn)識(shí)。
形成知識(shí)、思維、方法清單:
★影響導(dǎo)體電阻大小的因素(定性結(jié)論):①材料、橫截面積相同時(shí),長(zhǎng)度越長(zhǎng),電阻越大。②材料、長(zhǎng)度相同時(shí),橫截面積越大,電阻越小。③長(zhǎng)度、橫截面積相同時(shí),材料不同,電阻一般不同。核心結(jié)論:這是本節(jié)課需要掌握的核心規(guī)律。
★電阻的決定性:電阻的大小由導(dǎo)體本身的長(zhǎng)度、橫截面積、材料和溫度決定。觀念升華:將具體結(jié)論上升為物理觀念,深化對(duì)電阻“屬性”的理解。
▲結(jié)論的表述規(guī)范:必須指明“在…條件下(控制變量),…,則…”??茖W(xué)語(yǔ)言:訓(xùn)練嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確的科學(xué)表達(dá)習(xí)慣。第三、當(dāng)堂鞏固訓(xùn)練
基礎(chǔ)層(全體必做):1.判斷:導(dǎo)體電阻越大,表示其對(duì)電流的阻礙作用越小。()2.選擇:在“探究導(dǎo)體電阻與長(zhǎng)度的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,必須保持不變的物理量是()A.導(dǎo)體兩端的電壓B.導(dǎo)體的長(zhǎng)度C.導(dǎo)體的橫截面積和材料D.通過(guò)導(dǎo)體的電流。
綜合層(大多數(shù)學(xué)生完成):3.情境應(yīng)用:工程師為遠(yuǎn)距離輸電線路選擇導(dǎo)線時(shí),為了減小電能在輸電線上的損耗,在電阻率(材料特性)一定的條件下,應(yīng)從長(zhǎng)度和橫截面積兩個(gè)因素上如何綜合考慮?請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明。4.實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià):某小組探究電阻與材料的關(guān)系,選取了長(zhǎng)度相同、粗細(xì)不同的銅絲和鐵絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)指出其設(shè)計(jì)不當(dāng)之處,并說(shuō)明應(yīng)如何改正。
挑戰(zhàn)層(學(xué)有余力選做):5.開(kāi)放推理:有A、B兩根粗細(xì)相同的銅導(dǎo)線,A比B長(zhǎng)。將它們串聯(lián)在同一電路中,通過(guò)哪根導(dǎo)線的電流更大?哪根導(dǎo)線兩端的電壓更大?請(qǐng)嘗試用本節(jié)課知識(shí)解釋原因,這為我們下節(jié)課學(xué)習(xí)歐姆定律埋下了一個(gè)伏筆。
反饋機(jī)制:基礎(chǔ)題采用全班齊答或手勢(shì)反饋,快速診斷全體掌握情況。綜合題邀請(qǐng)不同層次學(xué)生講解思路,教師側(cè)重點(diǎn)評(píng)其是否準(zhǔn)確運(yùn)用了控制變量思想及結(jié)論表述的嚴(yán)謹(jǐn)性。挑戰(zhàn)題鼓勵(lì)學(xué)生跨組討論,教師提供關(guān)鍵點(diǎn)撥(如串聯(lián)電路電流處處相等),并將優(yōu)秀解答通過(guò)實(shí)物投影展示,作為思維范例。第四、課堂小結(jié)
“旅程接近尾聲,誰(shuí)能用一句話告訴我,今天我們共同揭開(kāi)了電阻的什么秘密?”引導(dǎo)學(xué)生從知識(shí)(定義、單位、影響因素)、方法(控制變量法、轉(zhuǎn)換法)、觀念(電阻是導(dǎo)體屬性)等多維度進(jìn)行自主總結(jié)。鼓勵(lì)學(xué)生用思維導(dǎo)圖的形式在黑板上或筆記本上快速梳理?!拔覀儾粌H知道了電阻‘是什么’,更學(xué)會(huì)了‘怎么研究’它。物理學(xué)家就是這樣,從一個(gè)個(gè)具體問(wèn)題出發(fā),通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄?,揭開(kāi)自然規(guī)律的面紗?!弊鳂I(yè)布置:必做(基礎(chǔ)性):1.整理本節(jié)完整筆記,包括概念、探究過(guò)程、結(jié)論。2.完成課本本節(jié)課后基礎(chǔ)練習(xí)題。選做(拓展性):3.(拓展性)調(diào)查家用電器(如白熾燈、電飯煲)的說(shuō)明書(shū)或銘牌,看看哪些參數(shù)與電阻有關(guān)?它們是如何影響電器工作的?寫(xiě)一份簡(jiǎn)要調(diào)查報(bào)告。4.(探究性/創(chuàng)造性)查閱資料,了解“超導(dǎo)”現(xiàn)象。想象一下,如果常溫超導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,我們的世界會(huì)發(fā)生哪些革命性變化?寫(xiě)一篇200字左右的科幻短文或繪制一幅設(shè)想圖。六、作業(yè)設(shè)計(jì)1.基礎(chǔ)性作業(yè)(全體必做)
(1)背誦并默寫(xiě)電阻的定義、符號(hào)及單位。
(2)完成教材配套練習(xí)冊(cè)中關(guān)于電阻概念辨析和影響電阻大小因素的基礎(chǔ)填空題與選擇題。
(3)畫(huà)出“探究電阻與導(dǎo)體橫截面積關(guān)系”的電路圖,并寫(xiě)出簡(jiǎn)要實(shí)驗(yàn)步驟。2.拓展性作業(yè)(建議大多數(shù)學(xué)生完成)
(4)【情境應(yīng)用題】小明家裝修,需要從門(mén)口總開(kāi)關(guān)拉一條電線到客廳的空調(diào)插座。電工師傅提供了兩種方案:方案一,使用截面積為2.5mm2的銅芯線;方案二,使用截面積為4mm2的銅芯線。請(qǐng)你從電阻的角度,結(jié)合本節(jié)課知識(shí),分析哪種方案更優(yōu),并說(shuō)明理由。(提示:考慮電線長(zhǎng)度相同、材料相同,電阻與橫截面積的關(guān)系,電阻越小,電能損耗越少)
(5)【微型項(xiàng)目】利用家庭可得的材料(如鉛筆芯、干電池、小燈泡、導(dǎo)線),設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易裝置,演示“導(dǎo)體長(zhǎng)度變化可以改變電路中的電流(即改變電阻)”。用照片或視頻記錄過(guò)程,并附上簡(jiǎn)要原理說(shuō)明。3.探究性/創(chuàng)造性作業(yè)(學(xué)有余力學(xué)生選做)
(6)【深度探究】資料顯示,金屬的電阻率(反映材料導(dǎo)電性能的物理量)隨溫度升高而增大,但碳(如鉛筆芯的主要成分石墨)的電阻率隨溫度升高而減小。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)方案(寫(xiě)出思路即可),驗(yàn)證鉛筆芯電阻與溫度的關(guān)系。你預(yù)測(cè)現(xiàn)象會(huì)與金屬有何不同?
(7)【跨學(xué)科聯(lián)系】電阻的概念在生物學(xué)中也有類(lèi)似體現(xiàn),例如神經(jīng)纖維的軸向電阻。請(qǐng)查閱資料,簡(jiǎn)要比較物理中的“電阻”與神經(jīng)傳導(dǎo)中“電阻”的異同點(diǎn),寫(xiě)一篇不超過(guò)300字的小短文。七、本節(jié)知識(shí)清單及拓展
★1.電阻(R):導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用。它是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),與是否接入電路、外加電壓大小、通過(guò)電流大小無(wú)關(guān)。教學(xué)提示:此“屬性”觀念是理解一切電阻相關(guān)問(wèn)題的基石。
★2.電阻的單位:國(guó)際單位是歐姆,簡(jiǎn)稱(chēng)歐,符號(hào)Ω。常用單位有千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)。換算:1MΩ=10^3kΩ=10^6Ω。
★3.電阻的符號(hào):在電路圖中用長(zhǎng)方形框“□”或鋸齒線“〓〓”表示。
★4.比較電阻大小的方法(轉(zhuǎn)換法):在電壓相同的情況下,通過(guò)比較通過(guò)導(dǎo)體的電流大小來(lái)判斷。電流大,電阻??;電流小,電阻大。
★5.影響導(dǎo)體電阻大小的因素(實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論):
①材料與長(zhǎng)度、橫截面積相同時(shí),導(dǎo)體越長(zhǎng),電阻越大。
②材料與長(zhǎng)度相同時(shí),橫截面積越大,電阻越小。
③長(zhǎng)度與橫截面積相同時(shí),材料不同,電阻一般不同。
★6.電阻的決定性:電阻大小由導(dǎo)體本身的長(zhǎng)度、橫截面積、材料和溫度決定。這四點(diǎn)都是導(dǎo)體自身的條件,故電阻是其屬性。
▲7.電阻率:反映材料導(dǎo)電性能的物理量,用ρ表示。不同材料電阻率不同。它是決定電阻大小的內(nèi)因(材料因素)的量化體現(xiàn)。拓展認(rèn)知:電阻R=ρL/S(高中深入學(xué)習(xí)),是本節(jié)定性結(jié)論的定量表達(dá)。
▲8.溫度對(duì)電阻的影響:對(duì)于大多數(shù)金屬導(dǎo)體,溫度升高,電阻增大。對(duì)于半導(dǎo)體(如硅、鍺)、絕緣體和某些合金,可能呈現(xiàn)相反規(guī)律。前沿聯(lián)系:超導(dǎo)現(xiàn)象(溫度降到某一臨界溫度時(shí),電阻突降為零)是當(dāng)今物理學(xué)研究熱點(diǎn)。
★9.控制變量法在本課的應(yīng)用:探究多因素問(wèn)題時(shí),控制其他因素不變,只改變一個(gè)因素,研究該因素對(duì)電阻的影響。這是核心科學(xué)方法。
★10.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn):如何實(shí)現(xiàn)變量的控制(如用同種材料、同直徑導(dǎo)線研究長(zhǎng)度)與改變(如用不同直徑導(dǎo)線研究橫截面積);采用將不同導(dǎo)體先后接入同一電路以保持電壓不變的比較方法。
▲11.滑動(dòng)變阻器原理的雛形:通過(guò)改變接入電路中電阻絲的長(zhǎng)度來(lái)改變電阻,正是基于“電阻與長(zhǎng)度有關(guān)”的結(jié)論。承上啟下:為下一節(jié)學(xué)習(xí)變阻器做好鋪墊。
▲12.常見(jiàn)導(dǎo)體電阻排序(定性):銀<銅<鋁<鎢<鐵<鎳鉻合金。生活應(yīng)用:解釋為何導(dǎo)線多用銅或鋁,而電爐絲用鎳鉻合金。八、教學(xué)反思
(一)目標(biāo)達(dá)成度評(píng)估本節(jié)課預(yù)設(shè)的知識(shí)與能力目標(biāo)基本達(dá)成。通過(guò)課堂觀察和當(dāng)堂訓(xùn)練反饋,絕大多數(shù)學(xué)生能準(zhǔn)確說(shuō)出電阻的定義及三個(gè)主要影響因素,并能用控制變量思想分析簡(jiǎn)單問(wèn)題。證據(jù)體現(xiàn)在:基礎(chǔ)層練習(xí)正確率高;在綜合層問(wèn)題“指出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)”中,超過(guò)80%的學(xué)生能準(zhǔn)確識(shí)別“未控制橫截面積相同”的錯(cuò)誤。情感目標(biāo)方面,小組探究過(guò)程中,學(xué)生表現(xiàn)出較高的參與度和協(xié)作意愿,特別是在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)預(yù)期外波動(dòng)時(shí),多數(shù)小組能主動(dòng)檢查電路、重復(fù)測(cè)量,體現(xiàn)了初步的求真態(tài)度。然而,科學(xué)思維目標(biāo)中的“微觀模型解釋”環(huán)節(jié)因時(shí)間所限展開(kāi)不充分,僅少數(shù)學(xué)生能?chē)L試用“道路長(zhǎng)短、寬窄”類(lèi)比,深度不夠。
(二)環(huán)節(jié)有效性分析導(dǎo)入環(huán)節(jié)的“認(rèn)知沖突”設(shè)計(jì)效果顯著,燈泡亮暗對(duì)比瞬間抓住了學(xué)生注意力,驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題自然生成。新授環(huán)節(jié)的五個(gè)任務(wù)構(gòu)成了邏輯清晰的探究閉環(huán)。任務(wù)三(設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn))是承上啟下的關(guān)鍵,也是思維含金量最高的部分。巡視中發(fā)現(xiàn),約三分之一的小組初始設(shè)計(jì)存在變量控制不明確的漏洞,通過(guò)組間互評(píng)和教師追問(wèn),這些問(wèn)題得到有效暴露和糾正。這個(gè)過(guò)程比直接給出完美方案更有價(jià)值。任務(wù)四(動(dòng)手探究)中,提供的“探究電阻器”大大提高了效率,使學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)能完成至少兩個(gè)因素的探究。但部分小組在記錄數(shù)據(jù)時(shí),只記電流值,忽略
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