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关键词：数学推理；科学探究；问题情境；科学方法；理论联系实际
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）1-0019-3
人教版高中物理选修3-1第二章第七节《闭合电路的欧姆定律》是电学知识的核心内容，其中包含了许多科学思想方法，是学生学习和体会科学思想方法的好素材。作为一节典型的规律探究课，本节内容较抽象，学生在学习时，对电源内电路认识模糊，难以理解电源有内阻；对内外电路的电压与电源电动势的关系及路端电压与负载关系感到疑惑，对其中蕴含的科学方法未能深刻领会。“如何有效突破这些教学难点？”“如何设计好闭合电路欧姆定律的探究过程，有效实施三维目标教学？”一直是广大物理教师研究的重要课题，本文试图通过对本节课的教材、教法的分析，探究形成学生认知困难的主要原因以及在本节课中如何有效实施探究教学，培养学生的核心素养。
1 教材、教法分析
人教版教材是把《闭合电路的欧姆定簟钒才旁诘缭础⒌缍势、欧姆定律、串并联电路、焦耳定律和导体的电阻之后来学习的。很显然，这种安排的意图是在承接“从做功角度认识电动势”的基础上，引导学生从功能关系角度来建立闭合电路的欧姆定律，体现了循序渐进的教学原则。顺应这种构想，教材对本节内容以如下方式呈现：先直接给出闭合电路的概念，然后从功能关系出发， 根据能量守恒，理论推导出闭合电路的欧姆定律和U+U=E，再根据闭合电路的欧姆定律，理论分析路端电压与负载的关系。这种呈现方式的好处是：既充分体现了功和能的概念在物理学中的重要性，又有利于学生从理论角度理解闭合电路的欧姆定律。从教材体系来看这种呈现方式具有一定的合理性和科学性。
笔者曾多次参与“闭合电路的欧姆定律”的观摩教学，领略了执教老师们的各种处理方法，比较有代表性的是以下两种教法：
第一种教法是沿用原教材的思路，采用比较传统的方式，注重理论探究，先从理论上推导得出闭合电路欧姆定律的数学表达式，再应用定律讨论了路端电压随外电路电阻的变化规律，最后引导学生运用规律解题，把立足点放在训练学生的解题能力上。
第二种教法注重突出实验的地位，发挥实验在探究教学中的作用。利用实验创设悬念，引入课题，设计探究实验，让学生在实验中总结归纳出内外电压之间的关系，再利用教材中的图2.7-3实验探究路端电压与负载的关系。
根据课后反馈发现，沿用原教材思路设计的教学，效果并没有达到设计者想象的结果，究其原因，主要有以下几个方面：
1.教材中的闭合电路的欧姆定律是从理论角度得出的，注重于数学推理，比较抽象，缺乏令人信服的探究实验，学生无直接经验感知和相应的认知过程，难以形成深刻的理解。
2.教材对闭合电路，特别是内电路的建构过于直接，无感知过程，学生对教材中为了突出闭合电路而提供的闭合电路中电势高低变化的模型图难以理解，加之学生对部分电路的欧姆定律印象深刻，对电源内部的电路无直观印象，对电源也有内阻心存疑虑，难以突破初中形成的“路端电压不随外电路变化”的思维定势。
3.教材是利用纯电阻电路中的能量守恒关系推导得到IR+Ir=E和U+U=E，这种处理方式，会让学生对U+U=E的普适性产生怀疑：非纯电阻电路还适用吗？
4.作为一节规律探究课，本节课包含了许多科学思想方法，教材过于注重理论推导，忽视了实验探究，淡化了猜想、类比、比较、分析等多种科学思想方法教育，这对培养学生的探究能力和体验研究物理问题的方法是不利的，也不利于提高课堂教学的有效性。
第二种“通过设计多个实验来进行实验探究”的处理方法，调动学生学习的主动性和积极性，学生能获得更直观的认识，有效地突破一些教学难点，但由于本节知识点多，思维量大，设计过多的实验（特别是设计繁杂的分组实验）势必会分散学生的注意力，干扰学生的正常思考，挤压学生思考和实践应用的时间，影响了学生主体作用的发挥，效果同样不尽如人意。
2 教学建议
2.1 尊重学生的认知规律，科学设计探究过程
从物理学史来看，欧姆定律是基于实验而发现的，并非演绎推理的结果，教材通过功能关系分析来建立闭合电路的欧姆定律。这种处理方法带来的负面影响是学生缺乏感性认识，没有参与知识发现过程中的情感体验，难以形成深刻的理解，课堂上学生学习的积极性也不高。规避这种负面影响的方法就是在教学设计时，应当尊重学生的心理特点和认知规律，科学地设计探究过程，让学生在亲身探究中理解定律，体验方法。基于这种指导思想，笔者在教学设计时，先用两节新电池和内阻较大的9 V电池组分别给灯泡供电，产生了与学生日常生活经验相矛盾的现象来设置“悬念”――引入新课。然后，引导学生针对“引入实验”中的现象展开探究，让学生在实验探究中分析、思考、归纳，得出电源内电压和外电压之间的关系。接着再引导学生利用功能关系，从理论角度来推导、探究，让实验得出结论在理论上获得支撑。最后，引а生利用所学规律解决引入实验和实际生活中的问题。这种在引入实验为基础的“实验和理论推导相互结合的探究过程”的设计，既避免了设计过多的实验，又让学生亲身体验了探究的过程，加深了对知识的理解，深刻领会到物理学科的严谨性和流畅性，感受到物理的探究之美和应用之美。同时，又能激发学生的学习热情，使物理课堂教学产生无穷的乐趣，进而实现高效的物理课堂教学。
2.2 合理创设问题情境，引导学生质疑探究
作为一节规律探究课，本节课的重点是如何落实探究教学，让学生在探究中理解闭合电路的欧姆定律，感知科学探究的过程和方法。在探究教学中，问题是探究的起点，没有问题就不可能有探究，正是在问题的驱动下，学生才能积极思考，从而产生探究欲望。这就需要教师在深入挖掘规律形成过程的基础上，精心创设问题情境，以问诱思，引导学生融入到探究学习的情境中去。例如：在构建“闭合电路”概念时，用两节新电池和内阻较大的9 V电池组分别给灯泡供电后，可设置如下问题情境：“为什么灯泡接到电动势为9 V的电池时，亮度反而暗了？难道电池坏了？”“为什么电池与灯泡接通时两端的电压变小？减小的电压哪儿去了？”“电池有内阻？可能吗？”“我们来看看电池（触摸电池），电池变热了，什么原因导致工作的电池会变热？”学生在问题的引领下观察、实验、体验，由此认识到“电源内部也有电阻和电流”“电源内部电流的通路，称为内电路”。这种以问题启发学生思考，以实验引导学生体验来构建闭合电路的方法，既弥补了教材对内电路建构的非直观性，也让学生经历了在质疑中分析、探究的过程，学生对闭合电路的认识潜移默化、水到渠成，远比直接灌输效果好。
在引导学生从能量角度验证实验探究结果时，设置如下问题情境：“刚才我们通过实验探究了闭合电路中的电流规律，这个结论可靠吗？”“如果我们能从理论上找到依据，是不是更可靠？如何从理论上来分析呢？”“从能量角度行吗？”“内、外电路在时间 t 内消耗多少电能？ ”“这些能量从何而来？”学生在上述问题的引导下，发现也可以从能量角度来推导得出与实验相同的结果。
在引导学生探究路端电压与负载的关系时，设置以下问题情境：“实验表明，灯泡变暗是由于路端电压变小的缘故，你们能说说路端电压与什么有关吗？”“它们之间具体的关系是什么？”“如何设计实验来研究呢？”“从实验数据中能得出什么结论？”“能从理论上分析为什么会发生这样的变化吗？”“如果外电阻断开，路端电压为多少？外电阻短路，路端电压又为多少？”“谁能说说路端电压随外电阻变化的根本原因是什么？”在这一个个问题的引领下，学生从实验探究到理论分析两个方面找到了路端电压与外电阻的关系，不仅体验了科学探究过程，提高了理论分析和实验探究的能力，也养成了乐于探索、勤于动手的好习惯。
2.3 注重渗透科学方法教育，加深对规律本质的认识
作为一根主线，科学探究法贯穿在整个课堂教学过程中，教学中要注意尊重学生的心理特点和认知规律，强化科学探究法的显性教育：以引入实验为线索，引导学生经历“观察实验、提出问题、猜想假设、设计实验、分析论证”等过程，领会科学探究的方法。
“闭合回路中的电势变化”抽象而难以理解，突破这一难点的最重要的方法就是“比法”。教材试图以图1的模型来形象地说明这个问题，但这种模型对学生来说还是比较抽象，难以理解。笔者用如图2所示的“电梯加滑梯”模型和闭合电路加以类比，来说明闭合电路中的电势高低变化情况。这样的方法，既简单又源于学生的生活经验，学生容易接受，教学中应注意引导学生体会类比法的作用。
“演绎推理法”在“闭合电路欧姆定律的推导”和“路端电压与负载的关系推导”中两次用到，教学中要注意借助问题情境，把规律的探究以一个个问题的形式呈现出来，让学生在问题的引领下经历演绎、推理过程，构建对“闭合电路的欧姆定律”和“路端电压与负载关系”的正确理解，体验演绎推理过程中获得成功的愉悦。
另外，本节课中，要特别注意引导学生在了解路端电压与负载电阻的关系的基础上，通过极限法分析和理解电路断路时的路端电压和短路电流的现实意义，体会极限法在物理学习中的作用和意义，有效地训练学生突破思维定势，培养创造性的思维能力。
2.4 注重理论联系实际，物理与生活的联系
研究和学习物理最重要的方法就是理论联系实际，将理论和实际、物理与生活联系起来，可以帮助学生更透彻地理解所学的物理知识，培养学生的创造性思维和逻辑思维能力。欧姆定律与生产、生活联系密切，教学设计时，应注意还原知识的产生背景，注重将知识应用于实际生活。例如：新课引入可以从生活现象来提出问题，引发学生思考探究；在得出路端电压与外电阻R的关系后，引导学生通过将R推向两个极端情况的分析，来理解实际中“为什么电源开路时路端电压就等于电源的电动势”及“为什么电源不能用导线直接相连”；在学完了本节知识后，可引导学生用本节课所学知识分析解决新课引入及生产、生活中的实际问题。让学生充分地感知从生活走进物理、从物理回到生活的过程，培养学生利用物理知识分析解决实际问题的能力，建构对知识（尤其是难点知识）的正确理解，从而真切地感受所学物理知识的实用性，充分理解物理学科对时展的深远意义。
参考文献：
知识目标
1．巩固串联电路的电流和电压特点.
2．理解串联电路的等效电阻和计算公式.
3．会用公式进行简单计算.
能力目标
1．培养学生逻辑推理能力和研究问题的方法.
2．培养学生理论联系实际的能力.
情感目标
激发学生兴趣及严谨的科学态度，加强思想品德教育.
教学建议
教材分析
本节从解决两只5Ω的定值电阻如何得到一个10Ω的电阻入手引入课题，从实验得出结论.串联电路总电阻的计算公式是本节的重点，用等效的观点分析串联电路是本书的难点，协调好实验法和理论推导法的关系是本书教学的关键．
教法建议
本节拟采用猜想、实验和理论证明相结合的方式进行学习.
实验法和理论推导法并举，不仅可以使学生对串联电路的总电阻的认识更充分一些，而且能使学生对欧姆定律和伏安法测电阻的理解深刻一些．
由于实验法放在理论推导法之前，因此该实验就属于探索性实验，是伏安法测电阻的继续．对于理论推导法，应先明确两点：一是串联电路电流和电压的特点．二是对欧姆定律的应用范围要从一个导体扩展到几个导体（或某段电路）计算串联电路的电流、电压和电阻时，常出现一个“总”字，对“总”字不能单纯理解总和，而是“总代替”，即“等效”性，用等效观点处理问题常使电路变成简单电路．
教学设计方案
1．引入课题
复习巩固，要求学生思考，计算回答
如图所示，已知，电流表的示数为1A，那么
电流表的示数是多少？
电压表的示数是多少？
电压表的示数是多少？
电压表V的示数是多少？
通过这道题目，使学生回忆并答出串联电路中电流、电压的关系
（1）串联电路中各处的电流相等．
（2）串联电路两端的总电压等于各支路两端的电压之和．
在实际电路中通常有几个或多个导体组成电路，几个导体串联以后总电阻是多少？与分电阻有什么关系？例如在修理某电子仪器时，需要一个10的电阻，但不巧手边没有这种规格的电阻，而只有一些5的电阻，那么可不可以把几个5的电阻合起来代替10的电阻呢？
电阻的串联知识可以帮助我们解决这个问题．
2．串联电阻实验
让学生确认待测串联的三个电阻的阻值，然后通过实验加以验证．指导学生实验．按图所示，连接电路，首先将电阻串联入电路，调节滑动变阻器使电压表的读数为一整数（如3V），电流表的读数为0．6A，根据伏安法测出.
然后分别用代替，分别测出．
将与串联起来接在电路的a、b两点之间，提示学生，把已串联的电阻与当作一个整体（一个电阻）闭合开关，调节滑动变阻器使电压示数为一整数（如3V）电流表此时读数为0．2A，根据伏安法测出总电阻．
引导学生比较测量结果得出总电阻与、的关系.
再串入电阻，把已串联的电阻当作一个整体，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表的示数为一整数（如3V）电流表此时示数为0．1A，根据伏安法测出总电阻．
引导学生比较测量结果，得出总电阻与的关系：.
3．应用欧姆定律推导串联电路的总电阻与分电阻的关系：
作图并从欧姆定律分别求得
在串联电路中
所以
这表明串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和．
4．运用公式进行简单计算
例一把的电阻与的电阻串联起来接在6V的电源上，求这串联
电路中的电流
让学生仔细读题，根据题意画出电路图并标出已知量的符号及数值，未知量的符号．
引导学生找出求电路中电流的三种方法
（1）（2）（3）
经比较得出第（3）种方法简便，找学生回答出串联电路的电阻计算
解题过程
已知V，求I
解
根据得
答这个串联电路中的电流为0.3A.
强调欧姆定律中的I、U、R必须对应同一段电路.
例二有一小灯泡，它正常发光时灯丝电阻为8.3，两端电压为2.5V.如果我们只有电压为6V的电源，要使灯泡正常工作，需要串联一个多大的电阻？
让学生根据题意画出电路图，并标明已知量的符号及数值，未知量的符号.
引导学生分析得出
（1）这盏灯正常工作时两端电压只许是2.5V，而电源电压是6V，那么串联的电阻要分担的电压为
（2）的大小根据欧姆定律求出
（3）因为与串联，通过的电流与通过的电流相等.
（4）通过的电流根据求出.
解题过程
已知，求
解电阻两端电压为
电路中的电流为
沪科版第十四章探究电路第四节电阻的串联和并联。
2 教材分析
《电阻的串联和并联》是九年级第十四章《探究电路》第四节的内容。本章内容充分体现了课标提出的从生活走向物理，从物理走向社会，注重多元探究等基本理念。本节教学内容不仅是对前面所学的串联电路和并联电路的电流、电压特点以及欧姆定律的重要应用，同时也是今后学好电功、电功率的重要基础，更是培养学生“等效替代”思想和实验探究与理论推导相结合思想的重要载体。
3 教学目标
3.1 知识与技能。①通过实验和理论推导理解串联和并联电路的等效电阻的计算公式。②会利用串联、并联电路总电阻的知识，解答和计算简单的电路问题。③通过实验探究，认识总电阻与分电阻的“等效替代”关系。
3.2 过程与方法。①培养学生积极参与科学探究活动，主动进行交流与讨论的学习方法。②能用等效替代的思想学习物理知识。③能把物理概念与生活、生产实际相结合。
3.3 情感态度价值观。激发学生对科学的求知欲，通过经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，形成实事求事、尊重自然规律、乐于参与科学实践的科学态度和科学精神，同时认识交流和合作的重要性。
4 教学重点
通过实验法和理论推导法并举掌握串联电路和并联电路总电阻的计算方法。
5 教学难点
借助等效替代的思想分析串联、并联电路的电阻特点。
6 教学准备
学生电源、演示电流表、20欧定值电阻二个、5欧定值电阻二个、10欧定值电阻一个、导线、开关等。
7 教学流程
事例引入——趣味探究——小组讨论——实质升华——总结反馈。
8 教学过程
8.1 事例引入。师：同学们，你们喜欢足球吗？（停顿）现假设你们正在看一场精彩的足球比赛，突然电视机坏了，经检查里边一个10欧定值电阻出现了问题，而身边现在只有20欧的电阻和5欧的电阻若干，你有办法立即解决问题吗？（最好设计一个多媒体动画调动学生学习热情）
生：（讨论并结合前面电路的串联、并联知识回答）把电阻串联，把电阻并联。
师：把电阻串联、并联后能行吗？电阻串联、并联后他们对电路的控制作用难道不会发生改变吗？
8.2 趣味探究。
师：下面我们就用一个有趣的实验来验证一下大家的想法是否能够实现。
演示实验（实验设计如图1，电阻装在一个密封的盒子里面）
图1
分别接通A、B、C以及所对应接线柱，让同学们观察电流表的读数。
师：同学们，刚才你们观察到电流表的读数有什么样的特点？
生：三次实验电流表读数相等。
师：那里面的电阻是怎样的呢，也相同吗？
打开盒子让学生观察里面电阻的结构，并通过里面实物讲解相关概念：
电阻串联：两个（几个）电阻首尾相连
电阻并联：两个（几个）电阻首首相连
师：我们刚才经过实验发现两个电阻并联或两个电阻串联以后对电路的控制作用可能与单独一个电阻对电路的控制作用是相同的，在实际生活中我们就可以用这两个并联或串联后的电阻去替代那一个电阻，这时我们就可以说这一个电阻是那两个（几个）电阻的总电阻。
师：同学们再仔细观察，两个电阻串联后总电阻如何变化；两个电阻并联后总电阻如何变化？
生：通过观察讨论得出初步结论：
两个电阻并联后总电阻小于其中任何一个分电阻；两个电阻串联后总电阻大于其中任何一个分电阻。
8.3 小组探讨。
师：同学们，通过刚才的分析我们已经得到了电阻串联、并联之后总电阻大小的一个定性结论，那么电阻串联、并联之后总电阻的大小应如何计算呢？下面就请大家通过小组合作的方式结合前面所学的欧姆定律以及串、并联电路的电流、电压特点解决这一问题。
8.3.1 串联电路的总电阻。
师：请结合欧姆定律以及串联电路的电压特点用下图的字母表示出总电压与各电阻两端电压的关系。
图2
生：运用欧姆定律表示出：U1=IR1 U2=IR2 U=IR、
运用串联电路电压特点得出：IR=IR1+IR2
结论：电阻串联，其总电阻等于各个分电阻之和，即：R总=R1+R2+……
8.3.2 并联电路的总电阻。
师：请结合欧姆定律以及并联电路的电流特点用下图的字母表示出总电流与各支路电流的关系。
图3
生：运用欧姆定律表示出：I=U/R，I1=U/R1，I2=U/R2
运用并联电路电流特点得出：1/R=1/R1+1/R2
结论：电阻并联，其总电阻的倒数等于各个分电阻倒数之和，即：1/R总=1/R1+1/R2+……
8.4 实质升华。
师：刚才我们已经通过实验和理论推导两种途径得出了电阻串联和并联之后总电阻的变化规律。同学们，你们知道这是为什么吗？
教师引导学生进一步观察串联、并联后的电阻的长度和横截面积的变化情况并结合前面所学影响电阻大小的因素的相关知识得出结论。
生：电阻串联相当与增加了导体长度，所以阻值会增加；电阻并联相当于增加了电阻的横截面积，所以阻值会减小。
8.5 总结反馈。①请同学们设计出两种方案解决课题引入时提出的问题。②小组讨论本堂课的收获，及时解决新生成的问题。
附板书设计：
§14.4电阻的串联和并联
①串联电路的总电阻等于各个分电阻之和，R总=R1+R2+……
②并联电路的总电阻的倒数等于各个分电阻倒数之和，1/R总=1/R1+1/R2+……
③实质 串联：增加导体长度
并联：增加导体横截面积
知识目标
1.知道电流的热效应.
2.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其运用.
能力目标
知道科学研究方法常用的方法等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用方法.
情感目标
通过对焦耳生平的介绍培养学生热爱科学，勇于克服困难的信念.
教学建议
教材分析
教材从实验出发定性研究了电热与电流、电阻和时间的关系，这样做的好处是体现物理研究问题的方法，在实验过程中学生能更好地体会的一些科学研究的方法，避免了一开始就从理论上推导给学生造成理解的困难和对纯电阻电路的理解的困难.在实验基础上再去推导学生更信服.同时启发学生从实验和理论两方面学习物理知识.
做好实验是本节课的关键.
教法建议
本节课题主题突出，就是研究电热问题.可以从电流通过导体产生热量入手，可以举例也可以让学生通过实验亲身体验.然后进入定性实验.
对焦耳定律内容的讲解应注意学生对电流平方成正比不易理解，可以通过一些简单的数据帮助他们理解.推导中应注意条件的交代.定律内容清楚后，反过来解决课本中在课前的问题.
教学设计方案
提问：
(1)灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡，有什么感觉？为什么？
(2)电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉？为什么？
学生回答：发烫.是电流的热效应.
引入新课
(1)演示实验：
1、介绍如图9-7的实验装置，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各装一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大，串联起来，通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高，体积膨胀，煤油在玻璃管里会上升，电流产生的热量越多，煤油上升得越高.观察煤油在玻璃管里上升的情况，就可以比较电流产生的热量.
2、三种情况：
第一次实验：两个电阻串联它们的电流相等，加热的时间相同，甲瓶相对乙瓶中的电阻较大，甲瓶中的煤油上升得高.表明：电阻越大，电流产生的热量越多.
第二次实验：在两玻璃管中的液柱降回来的高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做实验，让通电的时间与前次相同，两次实验比较甲瓶前后两次煤油上升的高度，第二交煤油上升的高，表明：电流越大，电流产生的热量越多.
第三次实验：如果加长通电的时间，瓶中煤油上升越高，表明：通电时间越长，电流产生的热量越多.
（2）焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比.跟通电时间成正比，这个规律叫做焦耳定律.
焦耳定律可以用下面的公式
表示：Q=I2Rt
公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆(Ω)，通过的时间t的单位要用秒(s)这样，热量Q的单位就是焦耳（J）.
例题一根60Ω的电阻丝接在36V的电流上，在5min内共产生多少热量.
解：I=U/R=36V/60Ω=0.6A
Q＝I2Rt＝(0.6A)2×60Ω×300s＝6480J
在一定的条件下，根据电功公式和欧姆定律公式推导出焦耳定律公式如果电流通过导体时，其电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，也就是电流所作的功全部用来产生热量.那么，电流产生的热量Q就等于电流做的功W，即Q=W.W=UIt，根据欧姆定律U=IR推导出焦耳定律Q=I2Rt，
(3)总结
在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多.
在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多，进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比.
在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多.
探究活动
【课题】“焦耳定律”的演示
【组织形式】学生分组或教师演示
【活动方式】
1．提出问题
2．实验观察
3．讨论分析
【实验方案示例】
1．实验器材：干电池四节，玻璃棒，若干电阻丝，蜡烛，火柴棒．
2．制作方法
把同一根电阻丝分别绕在玻璃棒的两端，绕线匝数比例为1∶8，两线圈相距5cm左右，然后在这两个线圈上滴上同样多的蜡，使线圈被蜡均匀地包住．点着火柴立即吹灭，靠其余热将两根火柴杆粘在两个线圈上，如图1所示．
图1
3．实验步骤
（1）用两节干电池给玻璃棒上的电阻丝通电，可看到匝数多的线圈（电阻大）上的火柴杆比匝数少的线圈（电阻小）上的火柴杆先掉．这就表明：在电流强度和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量就越多．
关键词： 科学方法 物理教学方法
其实做任何事情都要讲究方法。方法对头，才能事半功倍。有人问到爱因斯坦成功的秘诀时，他给我们总结了一个公式：成功=艰苦的劳动 +正确的方法+少说空话。由此可见，“正确的科学的方法”是一个十分重要的因素，也是成功的必备条件。
科学方法教育的内容和意义
物理科学方法教育是指在物理教学中，有目的、有意识、有步骤地渗透和传授物理科学研究方法，使学生受到科学方法的熏陶和训练，逐步地掌握最基本、最主要的物理科学方法。
物理教师在现代教育背景下，初中物理教学中，应注重进行科学方法教育，其意义在于：
（一）科学方法教育能有效提高学生各项基本素质
方法即是为了解决某一具体物理问题从理论或实际生活上所采取的方式或手段。学生在学习知识的同时，也能学习，学会取得物理知识的方法。在这样的长期教育的熏陶下，科学方法的实施必然有利于发展学生的智力，增长学生的智慧。通过科学方法教育，学生将来借鉴学到的卓有成效的方法再去探索未知领域中的新问题。
（二）科学方法教育可以促使学生思想品德的健康成长及科学的正确的世界观的形成
科学家成功的方法中闪耀着热爱科学、无私奉献的思想光辉，同时也体现着辩证唯物主义世界观的思想观点。如观察物理实验的科学方法教育就可以培养学生实事求是的科学态度；那么在物理课后实践的科学方法教育中，就体现出实践是检验真理唯一标准的重要思想。
初中物理教学中如何正确实施科学方法教育
在初中物理的教学过程中，不同的版块，模块，知识点，采用的方法也有所不同，更重要的是如何让学生通过科学方法的学习，再利用科学的方法来解决具体实际问题，为此，针对不同的物理情景应采用不同的教学方法。
1．实验的教学方法
（1）实验探索法
实验探索法就是根据物理规律的自身特点，设计实验，让学生通过自己动手实验，分析，总结，归纳出有关的物理规律。
例如在动能的影响因素试验教学中，让学生通过实验探索动能与速度的关系以及质量的关系．使学生得出：在质量一定的条件下，物体动能与速度平方成正比；在速度一定的条件下，物体动能与质量成正比的结论。在此基础上，教师指导学生总结物体动能与质量和速度的关系，从而得出动能与哪些因素有关。
采用实验探索法，不仅能使学生将实验总结出来，而且理解深刻、记忆牢固，还能充分调动学生学习的主观能动性，增强学习兴趣，更重要是也锻炼了学生的动手能力，可谓一举多得。
（2）实验验证法
实验验证法是采用证明的方式论证物理实验及规律的方法，从而使学生理解和掌握物理原理，物理规律。其方法是先结合书本物理知识点，结合实验，提出物理问题，将有关物理规律告诉学生，然后教师和学生一起通过观察分析现象、总结结论，论证物理规律。
如在“验证杠杆的平衡条件”的教学中，让学生通过实验验证杠杆的平衡条件，在此基础上，进行理论探讨，得出杠杆平衡条件的表达式。实验验证法的最突出特点是学生学习过程非常主动。这是因为在验证物理实验规律时，学生已知物理实验有关问题的答案，对于接下来的学习目的及方法已经非常清楚，所以更加有的放矢，目的性强。
（3）实验演示法
实验演示法就是物理教师通过课前准备典型物理实验，上课展示，由学生观察，根据实验现象，师生共同分析、归纳，总结出有关的物理规律，物理结论。
如在“欧姆定律”的实验教学中，可采用如下的方法：
①研究方法：控制变量法。当电阻R一定时，研究电流I与电压U的关系。当电压U相同时，研究电流I与电阻R的关系；
②通过演示实验找出I与U和R的关系。这个演示实验的关键是实验数据的分析，通过对数据分析做出两函数图象：I-U图像I-R图象．通过学生对两幅图的分析结合数学知识得出正反比关系。由实验得出结论：当R一定时，I与U成正比；当U一定时，I与R成反比。
③根据演示实验数据，分析得出欧姆定律。这种方法要充分发挥演示实验在物理课堂中的核心作用，大大增强演示实验的效果。
2．理想规律的教学方法
理想规律是在物理事实的基础上，通过合理推理至理想情况而总结出的物理规律。因此在教学中应用“合理推理法”。如在声音的传播条件的物理教学中，将手机放入广口瓶内，盖紧瓶塞，通过抽气机不断从瓶中往外界抽气，要引导学生分析手机的铃声与空气浓度的关系的实验，发现随着空气越来越稀薄，听到的手机铃声越来越小。如果推理到真空没有空气的情况下，即使手机在广口瓶不停振动，外界也听不到手机振动产生的声音，从而总结声音传播需要介质。
3．理论规律的教学方法
理论规律是由学生已经掌握的物理规律经过推导，得出的新的物理规律．因此，在物理理论教学中应用“理论推导法”。
如在初中物理“机械功，功率”的教学中，教师提出问题功率概念及表达式时，功率指物体单位时间内所做的功。请学生运用所学的知识，根据物理概念确定动率表达式。学生在老师的指导下，根据速度的概念及表达式v=S/t，都能运用“理论推导法”“类比法”推导出P=W/t数学表达式。
4．探索物理规律的教学方法
物理规律的建立有实验归纳法和演绎推理法两大类。一般物理定律都是通过大量实验分析，总结，归纳总结出来的。教师在教学中即要组织学生观察好实验，又要把实验的设计构思和如何探究规律全过程的方法教给学生，让学生从中受到启发，灵活应用到实际生活中去。可谓物理来源于生活，应用于生活。
设两个不同的电池（E1，r1）和（E2，r2）构成电池组，流过外电阻R的电流为I，其中由电池（E1，r1）“贡献”的电流为I1，由电池（E2，r2）“贡献”的电流为I2，叠加原理最终体现为I=I1+I2.
在（1）、（2）两组关系式中要注意两点，第一，当某个电池反接时，应将其电动势取负值；第二，当构成电池组的每一个电池的电动势都是E，而内阻都是r且没有反接时，（1）、（2）两式简化为中学物理里关于电池组的一般结论E串=nE和r串=nr及E并=E和r并=rn.
复杂电路一般还需要求出各支路的电流和任意两点间电势差，这时还要用到含源电路的欧姆定律.在中学教材里突出用“场”和“能”的观点来分析电路，通过“小孩从滑梯上滑下后又被电梯运送至高处”这一过程来形象地说明在外电路中沿电流方向电势降落而在电源内部从负极走向正极电势升高，学生已经掌握根据电流的方向与电动势的方向来判断电势的升降，进而找出电动势、外电路中的电压降和两点间电势差之间的关系.只是没有直接点明这就是含源电路的欧姆定律而已.
当电路中电池数量较多时再用叠加原理分析，运算量却很大，但由叠加原理推导出来的（1）、（2）两式却非常便于理解和记忆，在我们拥有了把多个电池等效为一个电池的（1）、（2）两个关系和根据电流的方向与电动势的方向来确定电动势、外电路中的电压降与两点间电势差之间的关系这两个有利的武器时，则可化不熟悉为熟悉，化复杂为简单，将部分复杂电路化归为电池组问题予以快速解决.
解析 本题并不能直接化归为电池组问题，但由电路的对称性可将四个电池中间的电阻去掉，同时可知每一支路提供的电流为1 A，电流方向如图4（b）所示.若设每个电池的电动势为E，每一个电阻均为 上面的两个例题是中学物理里最为常见的题型，可以看出，把这类复杂电路简化为电池组问题，则可避开基尔霍夫方程组或叠加原理中繁琐费时的计算，使得运算简明扼要，但这不只是一种技巧，更是一种迫切的需要：
第一，是学生发展的需要
学生在已经掌握了由相同电池在相同方向上构成的电池组规律后，想知道为什么会这样，进而想到新旧电池混用问题以及电池充放电的问题符合认知心理.给学生提供一个探究的平台——叠加原理，再应用熟悉的串并联基本知识来解决新问题，既是对已有知识的巩固，又是提高能力的有效途径.
第二，是时展的需要
随着各类小家电中充电电池的广泛使用，我们不能仅仅停留在笼统地用能量观点解释电池的充放电现象，而应从电路的角度认真研究.在两个例题中，均存在某个电源实际上不是在供电，而是在耗电，如果是蓄电池则是被充电的情形.
第三，是后续课程的需要
在学习电磁感应、电动机、门电路、传感器、二极管限幅电路等知识时都要涉及多个电源，由于对含源电路的分析不够深入，解释起来总是避重就轻，成为学生发展的瓶颈.以叠加原理为依托推导出来的电池组规律却能在不增加过多电学定律的前提下顺利解决上述问题，那么，我们就应该正视问题，而不是回避茅盾，这样将更有利于相关内容的理解.
笔者认为在初中物理教学中实施德育渗透,必须从改变学生的世界观与情感角度出发,促进物理方法论的形成与科学素养的发展.从物理学科的特点来看,作为一门基础自然科学,初中物理教学注重理论推导、实验探究,能促进学生智力和思维的发展,学生的探索能力和创新能力也在物理基础知识的学习过程中得到发展,但是智力和能力的发展并不是初中物理教学的全部,当今世界需要学生有团结合作的意识,要有集体主义观念、集体荣誉感和爱国主义情感,每个物理概念和规律的得到都是物理学家奋斗、思考、探究、创新的结果,其过程中充满着物理学家的执着和坚持,这种品质应该在物理教学中进行渗透,能够有效培养学生对知识执着追求的品质,遇事不畏困难、勤奋爱学,学生的物理学习才会更具持久性和稳定性.本文就初中物理教学如何实施德育渗透进行探讨,望能有助于三维教学目标的有效达成.
1 明确德育目标
没有明确的目标,教育、教学的有效性就无从谈起,对于初中物理实施德育渗透也是如此,那么要明确哪些德育目标呢?
1.1 注重科学态度渗透
科学态度是初中物理实施德育渗透的核心,具体在教学过程中要注重物理学史的挖掘和应用,给学生穿插介绍各个物理原理、定律被物理学家发现和证实的过程,引导学生像科学家一样探索,帮助学生养成积极探索的科学态度,在学习过程中培养严谨求知、用于创新的科学品质.
例如,在和学生一起学“欧姆定律”时,笔者先给学生介绍欧姆花了十年的时间艰辛地探索得到“欧姆定律”的过程,帮助学生有效记忆规律,再配合课后安排相关文章给学生进行阅读,这对于学生的情感是一种积极的鼓励,要求学生以小论文的形式表达自己的感想,学生不仅仅牢固的掌握了欧姆定律,还养成了积极向上和勤学善思的优良品质和情感.
1.2 重注德育渗透
渗透德育的目的在于通过德育渗透,激发学生的民族自豪感,同时增进其建设祖国的自信心,因此,对于在物理教学时,与知识内容相关的国内物理学家做出的贡献要主动向学生介绍,宣扬我国科技的发展,深化学生内心对祖国崇高的热爱之情.[JP]
例如,在和学生学习磁现象时,和学生回顾我国的四大发明之一(指南针),从磁石到指南针,以及指南针对世界的影响,培养他们的民族责任感、自豪感和自尊心,古人尚且如此,我们作为后人应该努力学习,助力中华之崛起,学生的爱国热情被有效激发,物理学习变得更有意义.
1.3 注重辩证法渗透
物理学属于自然哲学,“辩证唯物主义”是科学发展的重要推力,亦是哲学的最高成果.我们在设置德育渗透目标时,必须将辩证法渗透作为一个目标,在实施初中物理教学时,我们应重视分析教材中知识内容的思想性和科学性,借助于辩证唯物主义观点对物理现象进行阐述,抓住主要矛盾忽视次要矛盾建立模型归纳出物理规律,实践证明哲学与物理的有机结合,将传统的灌输式物理教学提升为思想方法、物理观点的教学,打破原有单一的以知识为目标初中物理教学模式,过程与方法、情感态度价值观均获得有效的发展,在学生认知发展的同时,促进其正确世界观的形成.
2 把握德育渗透的原则
从当前初中物理的教材来看,物理知识和规律中蕴藏着丰富的德育元素和思想教育因素,这些元素的挖掘能够带动学生物理学科知识的发展,促进智力、知识发展的同时,学生在品德、思想等诸多方面的素质都能够得到发展.
2.1 最优化原则
在初中物理教学中,优化教学是基本要求,如何优化初中物理教学呢?
(1)有意原则,指物理教材与德育目标的同步性、一致性和相关性,要求教师在教学过程中,要充分理解并掌握教材,实行对德育目标的控制.
(2)有机原则,指选择好德育与物理教学最佳的结合点,找准某一训练点和知识的突破口,这样教师就不仅仅是单纯的教书匠,而是育人的工程师.
(3)有度原则,指在初中物理的教学中,德育渗透的分寸要适当,能够做到恰到好处,对物理事实的教学做到不偏不倚、不缩小也不扩大.
(4)有序原则,指在物理教学过程中,对学生进行的思想品德的教育必须符合认识规律,要做到循序渐进的教学,从学生的年龄特点和对知识的理解水平出发.
(4)有效原则,指在物理教学中,要从素质教育的整体出发,对德育进行系统筹划,使之成为最优组合,能够充分发挥教学的整体功能.
一、做好两个实验——学生实验和演示实验
近几年由于多媒体进入校园，对教学多段改变很多。学生实验和演示实验无法用多媒体代替。课件是由人制作的，很有规律，易于控制和验证规律，好处很多。实验带有很大的误差，实验更具有真实性，有时还不一定成功。我每次在上电磁学时，只要能做的实验尽量让同学们亲自做。让他们体会实验的乐趣。
如我在上闭合电路欧姆定律一节时，就采用了实验教学。我准备了多种电源：学生电源、干电池、蓄电池，小灯泡（2.5v，0.3w）先用实验让学同们直观认识电源有电动势，然后讲解，在认识电源内阻时，我用学生电源稳压6v和干电池6v对同一小灯泡供电，给果不一样，用学生电源的不发光，电池的发光；又用它们对6v的收录机进行供电，都可用。这时同学们的想法也不一样了，学初中的知识不能解释了，分析原因是电源的内阻在作怪。后又用实验测得学生电源的内阻为100欧，电池的内阻为0.08欧。这样让同学们确实承认电源也有内阻。
又如在上电容器的电容一节时：我也采用了实验教学，电容器的充电、放电、储能用电解电容（1000μf）即可完成，效果明显，同学们看到了电容器确实有这些特点，在做电容器的电容与哪些因素有关时，用教材中的演示实验，困难了。看不到现象，正当同学们开始有些怀凝时，我抓住这个机会，对同学生进行了物理学史的教育，这个实验我们今天做起来困难，在200年前，当物理学家们研究时，不知经过多少次失败，才有结果。所以我们今天不仅要学习人类智慧的结晶，更要学习前人不怕困难的精神。
二、激发同学们探索物理的兴趣
如何提高同学们学习物理的兴趣，我也做了一些尝试。
1、利用实验激发学习物理的兴趣。我在教学中发现，成功的实验是激发同学们学习物理的最好武器。如我上闭合电路欧姆定律时，证明电源内阻的实验，实验一做，同学们的兴趣大增。又如我在上静电屏蔽一节时，我带了一个小收音机和屏蔽罩。先让同学们课前猜测这个现象，然后再做实验，当我把收音机打开，收到电台，然后放进屏蔽罩时，后面的同学站了起来，声音没有了。同学们信了，情绪高涨了。
2、充分利用实验室的仪器和器材开展科技创新活动，也是提高同学们兴趣的有效方法。只有将学的东西变成现实，才能体会到所有所用，兴趣才会大增。如我上完电阻定律一节后，组织同学们自制滑动变阻器；上完日光灯原理，准备了学生实验。在上完交流电一章后，组织部分学生自制电风扇。在上电视、雷达一节，我打开了电视机的后盖，让同学们了解、观看内部结构，演示了场、行不同步的情况。这些科技活动，充分调动了同学们学习物理兴趣。
3、充分利用现代多媒体技术，提高同学们学习物理的兴趣。物理学也有自己的发展史，我在上磁场一章时，收集整理安培、法拉第的一些资料，在多媒体上放映，让同学们用人物了解物理史。如在上用电安全常识时，我把一些触电事故的图片通过多媒体进行放映，收到了很好的效果。
三、灵活处理教材的难度
物理这门学科，我作过调查，同学们感到是最难的，如何变难为易，让同学们们尽量掌握每节的主要部分，并能加以运用，是一个难题，我在多年的教学中也作过一些探索。
1、精简每节课的知识点，并把知识点总结成易记的几个字。如我在上库仑定律及电荷定恒一节。我把它归结为“三个一”：一个重点（库仑定律），一个补充（电荷守恒是库仑定律的补充），一个知道（要知道元电荷的电量）。在上电场强度一节，重点是电场强度概念的建立，难建立、难懂，易混乱，我把它归结为三个无关一个牢记：电场强度与是否加入检验电荷无关；电场强度与检验电荷的正、负无关；电场强度与检验电荷受电场力无关。牢记电场强度的方向规定。
2、降低入门难度，变难为易。从多年的高中物理教学中，每届都有不同的心得，每届都在探索。如我在上电势差与电势能一节，这一节难度大，又是重点内容，同学门手收的参考书也多，从不同角度分析的也多。我在处理教材时，只要求同学们记住“两个”关系：电场线与电势之间的关系：沿着电场线的方向，电势越来越低；电场力做功和电势能的关系：电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加。如在上日光灯原理一节时，要求同学们“记住一张图，知道两个元件”。这样处理难度降低，同学们心里负担少了。学起来相对轻松了一些。
3、改变问题的提法，有时也会收到降低难度的作用。如我在上法拉第电磁感应定律——感应电动势大小一节时，关于e=bvl的公式时，我把字改变成：解密e=bvl。我主要讲了两点：这个公式是不是法拉第的实验总结，我通过实验——分析——结合历史（以实验说历史），证明此式不是法拉第的实验总结——不是实验定律。这个公式是数学推导出来的公式。
四、举办专题讲座，扩展同学们的视野
课堂是学校进行教育活动的重要场所，课堂里的生活是学生在学校中的主要生活，因为学生在校活动时间约有三分之二是在课堂上度过的。课堂教学的质量直接关系着学生的发展和学校的教育成效。因此唯有致力于课堂教学，才是实施素质教育的最佳行动策略。本人结合教学中的尝试，认为在物理课堂中引导学生进行探究性学习主要通过以下三条途径。
一、变知识传授为科学研究，让学生探索学习
传统的物理教学重知识的传授，轻思维的启发；重结论，轻过程；重分数定位，轻智慧开发；重知识量的灌输，轻学习方法的指导。究其原因，是受大纲、考试方式、考试内容、教学质量评估标准的影响。这一模式培养出的学生在以检测知识的掌握情况为重点的考试中，成绩可能也很出色，但在解决实际问题方面就稍逊一筹了。传统的物理教学就遭遇了“高分低能”的尴尬。而探究性学习则是集知识学习与方法掌握、能力提高于一体的一种崭新的学习方式。它要求学生像科学家那样用科学研究的方法学习物理知识，并让学生经历科学家那样的探索过程。为此，新教材中将许多科学家勤于思考，勇于探索，得出物理概念和规律的过程记叙、描述下来。如：牛顿第一定律的揭示、串联电路的总电阻和并联电路的总电阻的推导、欧姆定律的得出等。教师要善于利用教材中的有关内容，对学生进行这种“过程领域”的教学，并适时地总结出科学家们研究问题时常采用的方法，比如：控制变量法、分析归纳法、转换法、等效法、类比法等。再如：在教材中有这样一个物理实践活动《热水瓶中所盛开水的多少对瓶内水温变化关系的研究》，它就是物理教学中“过程领域”一个升华，这项活动由学生自己分析，设计出实验方案，自己选择器材，自己记录数据并得出结论。其目的有二：一是教学生探索热水瓶盛多少开水可使热水瓶保温效果最好，二是引导学生学习用控制变量法来研究影响保温效果的其他因素。这个活动使每一个学生“身临其境”，参与了知识形成的过程,他们所获得的能力远远超过了课本知识本身。
二、变验证实验为探究实验，让学生发现学习
学源于思，思源于疑。伟大的物理学家爱因斯坦说：提出一个问题，往往比解决一个问题更重要。探究性学习是给学生造疑，并引导学生解疑，它能启迪学生的科学思维，揭示现象的本质。它的开放性使学生有身临其境的感觉，鼓励学生多角度、多侧面、多层次地思考问题，充分调动学生的潜在能力，改变传统的教学模式，避免了学生因为死记硬背书本知识而抑制了创新精神、探究能力和实验能力的培养。在目前的物理课堂教学中，普遍存在着重讲解轻实验的现象。即便进行实验，也多做验证之用，致使实验的探究性严重不足。考虑学生的长远发展，教师一定要转变观念，高度重视物理学中的实验，并尽可能将教师的演示实验改为学生实验，将验证实验改为探究实验，力求让学生自己动手“做科学”。譬如，学习《欧姆定律》一节，学生在学习了电流、电压、电阻三个物理量后，问：这三个物理量存在何种关系？ 如何用实验研究这三个量之间的关系？能否用控制变量法来研究它们之间的关系？ 学生在有限的时间里，要考虑器材的选择、电路的设计、实验的步骤、数据的处理等问题，这对学生的能力提高是非常有意义的。正像教育家波利亚所说的：学习任何知识的最佳途径是由学生自己去发现，因为这种发现理解最深，也最容易掌握其中的规律、性质和联系。可见，探究性实验为学生创设了一种再发现的学习情境，学生不但能从中发现知识，且还能从中发现方法，掌握技能。探究性实验需要学生用脑子去思考，用身体去感受，用心灵去体验，能使学生的身心与探究过程充分交融，有利于将探究行为内化为技能和方法，并转化为解决问题的能力。
三、源于课本，走出课堂，让学生创新学习
初中学生好奇心强，求知欲望强，喜欢刨根问底。每个学生又有自己的个性、兴趣和特长，我们如能顺应学生的这些本性，对他们的自身发展无疑是大有裨益的。传统的物理教学带有较强的功利性和短视效应，非课本内容不讲，非考试内容不学，致使学生缺少施展个性与发展自我的机会。而新课程的安排中已渗入了“学生实践活动”这样的专题探究内容，它对培养学生的动手能力、创新能力都有极大帮助。因此，教师应源于课本，走出课堂，从广阔的大千世界中寻找课题，充分利用实验室、图书馆、网络资源等探究性场所，使学生能根据需要进行资料收集和信息处理。学生在探究活动中有充分的自，但教师应动态地跟踪，指导学生采用合理的方法来解决问题，帮助学生树立战胜困难的信心和勇气，使学生的探究尽可能走向成功。