科学探究和类比推理协同运用的概念教学研究

    蒋守霞

    

    

    

    [摘要]初中电学概念抽象且在具体应用中又需要复杂的逻辑推理，所以给学生的学习带来了困难。教学中，可以运用科学探究和类比推理帮助学生构建电学概念，使抽象的概念和规律更加可视化，降低学生的学习难度。

    [关键词]科学探究，类比推理，初中电学，概念教学

    [中图分类号]G633.7[文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2020）11-0041-02

    初三学生在电学学习中存在着难以克服的困难，因为他们面临学习抽象概念的困难和以概念和规律应用为基础的逻辑推理带来的困难。科学概念的掌握是学生应用电学知识解决问题的前提，在教学中笔者采用科学探究模式，同时注意运用类比推理方法，帮助学生建构电学概念，并合理运用到电学练习中。

    [案例一]短路现象

    短路是“初识家用电器和电路”中的一个知识点，在物理学中，电流自电源一端未流过负载而直接流回电源的另一端（电流没有经过用电器而构成回路、电流不通过用电器直接接通电源正负极）叫作短路。发生短路时，因电流过大往往引起电源损坏或火灾。

    短路概念的建构，通常是学生通过分组实验探究认识短路的危害和作用。在具体教学中，可用一根导线短路与旧干电池组成回路，让同伴用手触摸，感受短路时电池发烫发热的现象;由于短路电流很大，且会烧坏电源，在较短时间内学生没能直接观察到，这个分组实验可视化效果不够理想。再次实验时，改进为用老式学生电源做，直流电压调到20V～24V，用导线快速短接，会有很强的放电火花，此时，课堂上学生一片惊诧声，教学效果很好。这个实验，还可以改为用9V的方形电池，用家用清洁球直接短接，很快就起火。后两个实验可视化效果好，给学生留下了深刻的印象，有利于建构电源短路的概念。对短路概念的理解，需要教师引导学生在串并联电路中多次实验探究，并结合邏辑推理逐步理解概念的本质和外延，下面以例1来阐述。

    [例1]小刚和小强做“连接串联电路和并联电路”的实验。

    如图1所示是小强连接的并联电路，有一根导线尚未连接，请用笔画线代替导线补上。

    对于本题，学生的常见答案如图2所示，这是学生刚学完串并联电路时常见的错误。闭合开关后电源被短路，学生认识不到，需要教师引导学生分析错误的原因，师生一起画一画闭合开关后电流的流向，如图3.明确电源短路，所有用电器都不工作。正确答案如图4或图5。

    [例2]如图6所示，电源电压保持不变。当开关S从断开到闭合时，电路中（）。

    A，电流表的示数变小，电压表的示数变小

    B，电流表的示数变小，电压表的示数变大

    C，电流表的示数不变，电压表的示数变小

    D，电流表的示数不变，电压表的示数变大

    这道题，学生错误率非常高，很多学生反映看不懂电路图。讲评时，笔者先将简化电路，去掉开关S和电压表（如图7），引导学生分析原电路中的四个元件，电池、电流表、电阻R1、电阻R2。笔者在讲解的同时，引导学生进行实验探究：拿出电学实验器材箱，连接好第一个电路，发现是通路，电流表有示数;将电压表并接在电池和R2的两端，此时电压表测电流表和及，两端的电压，电压表也有示数。再探究在电流表和R1两端并联开关S，且闭合开关S的情况下，电流表和电压表的示数有变化。简单探究后，学生看到了现象，但对现象的本质知之不多。这时，需要教师引导学生进行逻辑推理，让学生真正弄懂问题的本质。

    笔者依然是标电流方向，如图8所示是断开S时的电流方向，图9是闭合S时的电流方向，标好电流方向后，学生发现闭合开关，使电流表和R1被短路了，没有电流通过，所以电流表无示数，此时电压表也无示数。

    通过实验探究呈现的直观现象，会让学生的记忆更加深刻，短路概念教学的策略是引导学生在抽象思维和具体思维中适时变换，让学生建构短路的概念。

    [案例二]用“水路”类比“电路”，引入电压概念

    在研究“电压是形成电流的原因”时，苏科版教材是通过“水路”与“电路”的类比进行的，如图10所示。将水泵比作电池，将阀门比作开关，将水轮机比作用电器，将水管比作导线，又将水流比作电流。此时的“水流”是一个具体的封闭的水循环系统，而不是学生凭直觉认识的水流。概念类比教学在一定程度上有助于学生形象地建立电压的概念。

    [案例三]电阻

    将削铅笔得到的干木材接人电路后，灯不亮，说明绝缘体对电流有非常大的阻碍作用，而将铅笔芯接人电路后，发现能导电，且改变接人电路的铅笔芯的长度，就可以改变灯的亮度，灯的亮度不同说明导体对电流的阻碍作用不同，即电阻不同。在电源电压不变的情况下，电阻大，则电流小，灯变暗;电阻小，则电流大，灯变亮。电阻的教学除了要探究电阻的影响因素外，还要让学生知道电流是个因变量，只要电路中电压或电阻改变，电流就会改变。在教学中，笔者发现初三学生准确理解电阻在电路中的意义和作用，仅仅是记住了电阻的概念，在遇到复杂的电路问题时更倾向于用欧姆定律进行计算，却不能对简单电路的电阻变化给电路带来的影响进行整体的定性分析。

    [例2]在如图11所示的电路中，电源电压保持不变。闭合开关S，当滑片P向左移动时，电流表A的示数将____，电压表V2的示数将____，电压表V1与电流表A示数的比值将____。（变大/不变/变小）

    教学策略：演示实验，按电路图连接，闭合开关后向左移动滑片P，观察三表的示数变化，同时引导学生分析为什么出现这种变化，实验和逻辑推理的过程一并拍成微课，供同学们随机学习。

    [案例四]电功率

    学习电功率概念后，约1/3的学生会有这样的认识：100w的灯泡一定比25w的灯泡亮。他们认为，虽然灯泡的明亮程度是由功率决定的，但当额定电压更高时，即使它们的额定功率相同，额定电压高的电灯的电流大，灯泡就会更亮。从中可以看出，虽然学生已经接受了功率是表示灯泡亮暗程度的物理量，但是在实际运用中，他们不会直接使用电功率来进行判断，他们更倾向于“电压越大电流肯定就越大，电流大的电灯就更加明亮”，在他们的脑海中，只有电流才是真正决定电灯亮暗程度的因素。

    电学概念的教学建议：

    （1）在物理教学中，要让学生建立科学的概念。

    教师应重视学生对概念的理解，在实际教学中，要在学生准确理解相关概念含义的基础上，让学生应用相关公式进行计算。

    （2）正确看待学生在抽象概念学习过程中的困难，教学应符合学生的认知特点。

    初中生具有一定的抽象思维和逻辑思维能力，但他们的思维宽度和深度仍然有限。在抽象概念的教学过程中，应多运用类比推理思想方法，运用已有概念或知识帮助学生理解与掌握新概念。

    （3）加强实物演示和分组实验教学，消除学生由生活经验形成的错误前概念，这样有利于突破教学难点。