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【摘要】： 笔者旨在让学生通过比值定义法、电流、电压、电阻、惯性的定义来对初高中衔接，让学生从本质上去认识物理量之间的关系，建构知识体系，提高学习兴趣。 【关键词】比值定义法、初高中衔接、电流强弱、电压（电势差）、电阻定义、牛顿运动定律 【背景分析】物理不仅仅是一门考试科目，更是一门汇聚众多科学家毕生心血的，在人类发展史上发挥重要作用的科学，通过课堂教学让学生感受物理之妙，物理之美，物理之体系之严谨。初中物理课堂是给学生的物理世界打开一扇窗，让物理之光芒照进十三四岁的心灵。初中物理主要要求同学能通过观察物理现象，感受物理规律，并会用物理规律初步解释生活现像，指导生活实践。高中物理主要要求学生通过物理现象，探究物理量之间的因果定量关系，会应用相应的数学工具对物质相互作用和运动进行归纳、演算和预测。初高中物理知识结构相似，但内容的广度、深度、跨度大，学生适应难，影响学生的后期学习积极性。 当下现行人教版教材对于比值定义法这种物理学最重要的物理量定义方法重视程度不够，只做了简要说明。例如人教版物理八年级上19页对速度定义“物理学中把路程和时间之比叫做速度”。人教版物理八年级上114页对密度定义“物理学中，某种物质组成的物体的质量与它的体积之比叫做这种物质的密度”。 人教版物理八年级下30页对压强定义“物理学中，物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强”。人教版物理八年级下65页对功率定义“物理学中，用功率表示做功的快慢，功与做功所用时间之比叫做功率”人教版九年级11页对比热容定义“物理学中，一定质量的某种物质在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度乘积之比，叫做这种物质的比热容”。还可以补充电流定义“电流的强弱，单位时间内通过导体横截面的电荷量（人教版选修3-1，42页）”电阻的定义“……通过实验，结合导体的U-I图像，发现同一导体，不管电流、电压怎样变化，电压与电流的比值都是一个常数，反应导体（对电流的阻碍作用）本身特性，与电流电压无关，物理学中把它称为电阻” 教材对于电流、电压、电阻的概念，来源，介绍的相当简略，通过近十年的教学经历和听课经历，全部老师不注重电学物理量的由来，在课堂处理方面，基本上上让学生看书自学。 例如1：电流教学片断“学生阅读课本（图1），完成导学案上内容： 1、表示电流强弱的物理量是 。符号 2、国际单位： ，符号 。其他单位 3、常见的电流值：小灯泡： ，节能灯： ，空调： ， 冰箱： 。  图1、电流教材图片 例如2：电压的教学偏度“学生阅读课本（图2）”，完成导学案上内容：    1、要让一段电路中有电流，它的两端九要有 。 2、电源的作用： 。 3、单位 ，符号 ，换算关系 。 4、常见电压值：一节干电池 ，铅蓄电池 ，手机电池： ，家庭电路 ，安全电压： 。 例3、电阻教学片断 学生阅读课本（图3）完成导学案上内容：    图3、电阻教材图片 1、电阻的物理意义： 2、电阻大的含义： 3、电阻的单位及换算 ： 4、电阻的电路图符号： 完成”这三个物理量却是电学的支柱，是理解电学的 这样的教学环节，从课标和考纲上看是没有任何问题的，学生也只需要对电流、电压和电阻的物理含义有个感性的认识即可，学生掌握这些知识过后对中考时没有任何问题的。只是学完过后，学生对电流、电压和电阻的概念是模糊不清的，感觉像是没有学过一样，学生只是机械的学习，对知识的连贯性整体性，逻辑性没有，学生只能应付中考，或许在中考中能得一个高分，但高中学习电学3-1时可能就是一片空白，高中难度突然上来，，适应起来非常困难，对孩子物理学习的兴趣的进一步提升难度很大，不利于学生的后期学习。因此有必要在电学教学过程中考虑初高中的衔接问题。 【策略分析及策略实施】 1、对于电流强弱的课堂改进策略分析及对策。 ①初高中教材对比。 初中课本对电流强弱的定义“表示电流强弱的物理量用电流表示，符号I”这个定义比较感性，宽泛，不具体，不形象。 高中选修3-1第二章第一节对电流强弱的定义“电流的强弱程度用电流这个物理量表示。电流越大，单位时间通过导体横截面的电荷量就越多，如果用I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量则有Q=It， ”。 ②学生情况分析。 初三的学生在学习了电荷，导体导电实质，电流的形成条件（电荷的定向移动）后，已经可以用类比的方法把人流、车流、水流和电流进行类比，让抽象的不能直接观察的电流更加形象化。在此基础之上再继续用类比法将水流的强弱和电流的强弱进行类比来理解电流的强弱，从认知上不存在超前的情况，是符合学生认知的。也对后期的学习打下伏笔。 ③教学策略分析(教学片断)。 师：前面我们用类比水流、车流的方法学习了电流是电荷的定向移动形成的。在日常生活中我们常遇到水流强，水流弱，节假日的车流量高峰和低谷的说法。以我们身边的金沙江和横江为例，我们想知道这两条河流的水流量的强弱，你们会怎么做呢？ 通过“积少成多原理”引导，让学生体会到，要比较水流量的强弱，不能单纯的看流过的水的多少，而是要看在一定时间内流过河道某处的水的多少。 生1：测出相同时间内河道上某横切面的水流多少。例如：测出相同时间（1min）流过张窝电站大坝的水流量和1min内流过向家坝大坝的水流量。就可比较两条河流的水流量的强弱。 师：再此基础上，你可以给水流量强弱下一个定义吗？ 生2：单位时间内流过河道某横截面的水的多少。 师：我们现在做这样的类似处理，把河道想象成导线，河道中的水想象成能定向移动的电荷，那么水流的强弱就变成了什么？物理意义是什么 生3：电流的强弱。单位时间内通过导体横截面电荷的多少。 这样就自然的引出了电流强弱的概念了，复合学生的认知能力且更接近事物的本质。 师：回想我们前面定义物理量，有没有类似物理意义的“单位……的……”来反映物体的某种情况。他们表达式分别是？ 生4：速度，单位时间的路程，反应运动的快慢，表达式： 生5：密度，单位体积的质量，反映物质的疏密，表达式： 生6：压强，单位面积上的压力，反映压力的作用效果，表达式： 生7：功率，单位时间做的功，反映做功的快慢，表达式 生8：比热容，单位质量单位升高温度所吸热，反映物质吸热能力，表达式： 生9：电流强弱，单位时间通过导体的电荷量，反映电流强弱，表达式：I= 师：请你想一想，结合数学知识，推推电流的单位及课本上常见电流值的物理含义。 我们都取国际单位，则：某段导体，在1s通过的电荷量为1C，则电流强弱为多少？ 生10：1 C/S 有个英国的物理学家，对电流的形成，电流的各种效应做出了广泛和深入的研究，并取得了很多突破性的的成果，例如他的“分子电流假说，对电流的形成被广泛接受”，所以为了纪念安培在电流方面的贡献，人们把他的名字作为了电流的单位。1A=1C/S,每秒通过该导体的电荷量为1c。 例如：空调电流约5A，每秒通过空调的电荷量为5C。闪电的电流很大达到104A，而电荷量却只有几十库伦，原因是因为闪电时间很短。 2、对于电压的课堂改进策略分析及对策。 ①初高中教材对比。 初中对电压的介绍“酸甜多汁的水果不仅可以为我们身体提供能量，还可以发电，几只水果提供的电力足以点亮一排发光二极管。水果在这里扮演了电源的角色，他为发光二极管提供了电压，使电荷在在电路中定向移动起来……这说明电路中的电流的强弱与电源有关。与电源的什么量有关呢？要让一段电路中有电流，它的两端就要有电压。电源的作用就是给用电器两端提供电压……” 高中课本对电势、电压的介绍“把一个静止的试探电荷放入电场中，它将在静电力的作用下加速运动，经过一段时间获得一定的速度，试探电荷的动能增加，这是静电力做功的结果，根据功能关系做功必然伴随着能力转化。静电力做功的特点和重力类似，与路径无关，只与始末位置有关。类似的地面附近的物体在某以高度具有重力势能，相类似的电荷在电场中也具有电势能……用比值定义法，将电荷在电场中某点电势能与电荷量的比值称为电势……”。“用不同的位置作为测量高度的起点，同一地点的高度数值就不同，但两个地方的高度差却保持不变。同样的道理，选择不同的位置作为电势零点，电场中某点的电势数值也会改变，但电场中某两点间的电势差值却保持不变。正因为这个缘故，在物理学中，电势的差值往往比电势更重要，电场中两点间的电势差值叫做电势差，也叫电压。” ②学生情况分析。 初三学生已经学习了功能关系，知道做功必然伴随着能量转化，能量转化一定是通过做功来实现的，知道了重力做功的特点，重力势能的影响因素学习了类比的方法，具有观察周围事物，并提出自己猜想的能力，具有了初步探究问题的方法和能力。能够理解高度差，重力做功，重力势能变化类比电压、静电力、静电力做功、电的能量（电势能）。对领悟能力强的同学可以适当渗透，让他们更能理解电荷间作用规律的本质。 ③教学策略分析。 1、用如图所示，类比要形成持续稳定的水流得让左右两边的容器有一个持续稳定的液面高度差。  类比水压学习电压 用抽水机将流入B容器中的水迅速的抽到A中，使AB间液面高度差恒定。相类似的，把水管看成导线，水看成自由电子，阀门看成开关，小涡轮看成用电器，抽水机就相当于电源。让从负极过来的自由电子到达正极后，在电池内部非静电力作用（电解质的化学反应将化学能转化为电势能）使电子回到负极，同时将化学能转化为电势能储存并保证正负两极有稳定的电荷个数差。初中阶段把这种电荷个数差产生的效果称为电压。这种效果使电荷在移动过程中实现电能和其他能之间的转化。例如电荷流过灯泡，将电荷所具有的电势能（电能）转化为光和热，而电荷本身不会被消耗，电荷继续向前运动。 2、给学生从电源发展历程介绍伽伐尼青蛙生物电、伏打电堆的故事，介绍现在的干电池，铅蓄电池的构造，激发学生进一步学习的兴趣。 3、对于电阻的课堂改进策略分析及对策。 ①初高中教材对比。初中课本电阻在十六章第3节内容。通过演示实验《比较小灯泡的亮度》，发现将铜丝接入电路，电流表的示数较大，灯泡明亮；接镍铬合金丝，电流表示数小，灯泡较暗，由此知导体虽然容易导电但是对电流也有一定的阻碍作用，在相同电压下，通过铜丝电流较大，表明铜丝对电流的阻碍作用小。在物理学中用电阻来表示导体对电流的阻碍作用。  高中课本探究导体的伏安曲线实验电路图  导体的伏安图像 高中课本将电阻内容安排在选修3-1第二章第3节的开头，作为欧姆定律的引入部分。通过如图所示的电路，用电压表分别测量电阻A的电流和电压并把得到的数据画在课本的坐标纸上。通过图像分析知同一段导体的U-I图像为一条过原点的直线，即为电压和电流的比值为常数，用比值定义法把这个比值称为电阻。用电阻来反应导体的某种性质…… ②学生情况分析。 初三学生通过电学的初步学习，已经掌握了两个最基本的物理量，电流和电压，知道了电流的强弱就是单位时间通过导体横截面的电荷量。电压就是电路中两点之间的电位差（类似于某段水路中的液面高度差，液面高度差为液体的定向移动提供驱动力），电位差为电荷的定向移动形成电流提供动力。电压由电源提供。学生认识电学中的重要测量工具电流表和电压表。并会用他们测量相关物理量。学生学习了导体和绝缘体，知道导电性使物体的一种特性。学习了密度，速度，压强等用比值定义法定义新的物理量的方法。虽然学生还没有学习滑动变阻器，我们可以采用更换电源的方式来改变导体两端的电压，找到同一段导体的电流和电压。学生从认知能力上和探究能力上具有了较高的能力。也为电阻的深入学习打好了基础，有能力接受高中的电阻定义来理解电阻 ③教学策略分析。（教学片断） 师：我们已经认识了两个电学物理量，电流和电压，还记得他们分别是什么含义吗？ 生1：电流就是单位时间内通过导体横截面的电荷量 生2、电压就是电路中两点之间的电位差和水位差类似，为电荷定向移动形成电流提供动力。 师：怎么测量电流和电压呢 生3：用电压表与之并联即可测电压，用电流表与之串联即可测量电流。  测电流和电压 师：我们用电流表和电压分别测量A（A导体的铭牌已被封住）的导体的电流和电压，依次接入一节电池，两节电池和三节电池如下图连接，记录数据并分析你有什么新发现。 学生小组动手实验记录数据。选取某组同学的数据和同学分享 师：通过数据你有什么新发现。 生4：发现A导体的电压增大，电流也增大。 师：对比数据，看有没有关系？ 生5：虽然电压电流在改变，但他们的比值不变 师：同学们在大脑里面搜索看，我们前面有没有学过类似的某个物体的两个物理量都在变，比值却保持不变的，我们可以把这个比值叫做新的物理量来反映物体的性质。 生6：我们在学匀速直线运动是，物体运动的路程随时间的变长而变大，我们把路程与时间的比值叫这个物体的速度，用来反映物体运动的快慢。 生7：我们在测量物体的质量和体积时，发现同种物体的质量和体积在变化但质量和体积的比值保持不变，我们把质量和体积的比值称为物体的密度，反映物质的疏密程度。 师：非常好，那么我们是否可以将导体A的电压和电流的比值定义为新的物理量，反映他的某种性质呢？现在我们把A导体换成B导体（B导体的铭牌也被封住了）再次实验记录分析所得到的数据。 选择某组同学的数据和同学分享。 师：通过数据你有什么新的发现呢？ 生8：B导体的电压电流在改变，它们的比值也保持不变，不同的是他们的比值会随着导体的不同而不同。 师：谢谢你的分享，我想同学们都没异议吧，我们就可以把导体的电压和电流的比值定义为一个物理量来反映导体的某种性质。那是导体的哪种性质呢？我们一起来看看这样的情景。 电压相同，思考电流不同的原因 师：假设A、B导体两端的电压相同（给电荷定向移动提供的动力相同），用电流表测得电流IA>IB，我们从电流强弱的定义上看，意味着什么呢？ 生9：在单位时间内流过来的电荷量A比B多。 师：非常棒，那还意味着哪个导体的电荷通行能力更强呢？与通行能力相对应的就是什么能力呢？ 生10：A导体电荷通行能力更强，相反B导体就在阻碍电荷的通行，即为在阻碍电流的能力更强。 师：回到我们的A导体的这个比值,K反映的是什么呢？ 生11：A导体对电流的阻碍作用。 师：非常棒，物理上就用表示导体对电流的阻碍作用，即为电阻（Resistance）。这点和密度的定义是一样的。所以写成. 师：单位是复合单位，电压和电流单位的比值(V/A)德国科学家欧姆对电阻进行了深入而广泛的研究，并取得了很多突出性的贡献，为了纪念欧姆，同时简化电阻的单位，把欧姆当成电阻国际单位记为Ω。1Ω=1V/A。他的物理意义就是：如果某段导体的电压为1V，电流为1A，则电阻为1Ω。 师：同学们可以撕开A、B两导体的密封条，看看有什么新的发现。同学思考下，我们既然说用表示电阻，和密度一样，它会随着电流、电压变化而变化吗？那由什么来决定呢？ 生12：A导体上有5Ω字样，表明他的电阻为5Ω。 师：你思考一下，把A导体接入电路让它的电压为4V,他的电阻多少？电压为0.5V时，电阻又是多少？电流为0.3A时，电阻为多少；不介入电路呢，他的电阻又是多少呢？ 生12：不管他接不接入电路，电流电压是多少，电阻都是5Ω。与电流电压无关。由导体本身决定。 ………… 【策略效果、反思和改进】 通过电流，电压和电阻的改进上法，有助于学生理解物理本质，发现物理规律。对学生的后续学习有很大帮助。 通过电流强弱的深入学习，学生知道了电流强弱就是单位时间通过导体的电荷量。对这一点的理解后，学生在学习串并联电路的电流规律时更容易掌握。有同学会认为串联电路中，用电器要消耗电所以电流会越来越小。对串联电路的电流规律处处相等觉得不可思议。理解应用很困难。知道电流强弱的物理意义后，知道导体提供了电荷运动的通道，导线像水管一样不会让水堆积在管道中，在相同时间有多少流进，就会有多少流出，即为同一条路上单位时间通过的水量（电荷量）一样多。电流分支指的是电荷分成两条路走，但电荷总数不变，所有干路电流等于各支路电流之和。 通过电压的学习，知道了，电荷在电路中运动，电压使他的能量发生转化，例如某导体两端电压为1v，1C的电荷量通过这段导体后，就有1J能量发生转化。（电能和其他能之间的转化） 通过电阻定义的学习，学生进一步巩固了比值定义法在物理学中的地位。通过先实验，从实验数据中发现奥秘，并联系学过的旧知识(密度)定义电阻，来表示导体的导电性能。对电阻的物理含义，它的特性有了更深入的认识，同时为欧姆定律学习打下基础。 通过这样的改进，对学生的综合能力有了更高的要求，适合于中上的学习理解能力较强的学生，对于中下的学生，尤其是学习习惯不好，学习能力较弱的学生不是很实用，反而可能会让他们觉得物理更难。因此此种方法建议在学习能力，基础基础较好的班级或学校尝试。不建议大面积推广。 【参考文献】：人教版九年级物理全一册 人教版高中物理教材选修3-1 初中物理课堂浅析 义务教育课程标准 初中物理课堂教学设计透视与导引 |
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