孫李軍++周棟梁

摘 要：本文基于我校校本化課程實施案例與青年教師基本功競賽實錄，從教材與教法兩個層面分析《電動勢》的教學策略，點評部分教學片斷，探討如何運用科學方法優(yōu)化電動勢這一概念教學。

關鍵詞：探究生成；類比方法；優(yōu)化教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）5-0077-4

《電動勢》內容本身比較簡單，但在新課教學時，教師卻普遍感到十分棘手，非常難以駕馭，其原因值得深入分析，問題解決的策略值得探討。本文擬從教材與教法兩個層面作一點淺薄的思考，并結合我校實際教學情況，做些討論，以就教于同行。

1 對教材編寫層面的思考

1.1 人教社的新教材編寫思路

如圖1，教材引導學習者用功和能的觀點分析電源的內部與外部電路，理解非靜電力在電路中所起的作用，并從能量轉化的角度，提出電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置，將電源的概念賦予新的更高層次的理解方式。

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圖1 編寫思路

在此基礎上，教材再進一步將功能量化，以期更加科學、準確、有效地幫助學習者建立電動勢的概念，力求最大化體現(xiàn)物理學的基本思想：通過做功研究能量變化的思想、用比值定義物理量的思想。

1.2 關于教材的幾點思考

（1）電源機理（非靜電力）→功能（其他形式的能轉化為電能）→表征（運用類比方法）

個人觀點：非靜電力不一定是力（例如，化學反應、光伏發(fā)電等）。因此，用類比于抽水機來說明，也就是把教材中的類比提前至靜電力部分。

（2）關于電動勢概念的建立

教材中的類比方式值得商榷，因為電動勢似乎對應的是揚程，但學生對此概念并不清楚，而很容易對應于功率。

（3）對非靜電力做功本領的類比——電容（容納電荷本領）

教學策略：

猜測（表1）。

表1 猜測

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理想實驗（見本文模型部分）。

1.3 結論

建議對教材調整為：類比說明（抽水機）→電源機理（非靜電力）→功能（其他形式的能轉化為電能）→表征（運用理想實驗）。

當然，教材編者的意圖旨在傳遞新課內容時，通過教師的思考，引起學生的期待；從引起學生的“期待”進而向引發(fā)學生的“思考”轉移。故教師在教學策略、教學手段上需要細分析再思考，以使學生更加自主地參與教學過程。

2 對教學層面幾個片段的思考

2.1 電源

【電容器與電源】

這兩種元件在電學中應用廣泛，且都可以實現(xiàn)將電能轉化為其他形式的能量。不過需要區(qū)別的是，其一為電之容器，其二為電之源泉。

如果加入實驗進行對比（如圖2），學習者則能初步感受電源滿足形成持續(xù)電流的需要，效果比空洞的語言對學習者的刺激更為強烈。

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圖2 實驗對比

【電源與水源】

如圖3，本環(huán)節(jié)繼續(xù)采用對比的方法研究電源的作用，這里突出兩點：一是力的觀點，打開開關K后，高處的水由于重力作用由高處落下，然后通過抽水機提供動力將低處的水運至高處；二是能量觀點，抽水機消耗電能轉化為水的重力勢能，進而轉化為水的動能，水流循環(huán)往復。

對比水源，電源是如何實現(xiàn)持續(xù)電流的？

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圖3 電源與水源

【靜電力與非靜電力】

如果僅從學習知識的角度看，直接將電動勢這一概念告訴學生，會節(jié)省很多教學時間。但是，學生始終不會對這一概念有較深的理解。人教社教材多處對“做功研究能量”的思想有闡述和鋪墊，故此處再次運用這種功能關系的觀點來學習這一知識。

從非靜電力及非靜電力做功的角度引入電動勢的概念，教學上的設計要有層次，以期使學生經(jīng)歷一個理性的、邏輯的科學思維過程，并將其思維上的臺階搭建合理。

臺階一 電源兩極板上聚集著正負電荷，內部存在靜電場，靜電力阻礙電荷在電源內部的運動。

臺階二 電源能維持電荷的流動，形成持續(xù)電流是因為它具有搬運電荷的能力，一定存在“非靜電力”作用，克服靜電力的阻礙，充當“搬運工”，非靜電力由電源提供，方向與靜電力相反（圖4）。

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圖4 非靜電力與靜電力

臺階三 從功能角度來看，非靜電力克服靜電力做功把電荷從低電勢的負極搬運到高電勢處的正極；靜電力做負功電勢能增加，非靜電力做正功其他形式的能量減少。即，從能量轉化的角度看，電源是把其他形式的能轉化為電能的裝置，它通過非靜電力做功讓電勢能增加。

分析：關于電動勢的引入，的確要比直接給出一個名詞費時、費事、費力。但這是值得的，因為這里體現(xiàn)的是物理學的基本思想——通過做功研究能量變化的思想、用比值定義物理量、對比辨析物理量的方法。

不僅如此，背景的鋪墊與臺階的搭建還有助于學生建立閉合電路中電荷運動的圖景，過程的經(jīng)歷也將對學生學好物理、提高能力有根本性的幫助。

2.2 電動勢概念的建立

【設計思路】

關于電動勢概念建立的流程如下：

建立電源模型→探究W非與q 間的關系→建立串聯(lián)電源模型→探究W非/q 間的意義。

其中，單個電源的模型如圖5所示，而兩節(jié)電源串聯(lián)后構成新電源，其模型及等效模型分別如圖6（a）（b）所示。新的等效電源模型與單個電源模型極板帶電情況相同，而其間距是單個電源模型極板間距的2倍。

【實施操作】

（1）探究同一電源的W非、q間關系

對于圖5所示電源模型而言，非靜電力把電荷q由負極移至正極時所做的功為W非，移動電量為2q時做的功可以等效為移動兩個電量為q的電荷做功的代數(shù)和，即為2W非。同理，移動n個電荷所做的功為nW非，由此可得E=W非/q 是一個與W非、q 無關的物理量。

（2）探究不同電源W非/q 的物理意義

對于圖6 （b）所示的等效電源模型而言，非靜力把正電荷q 從負極移至正極所做功為2W非，把電量為2q 的正電荷由負極移至正極時所做的功為4W非，故有E1=W非/q=2E。顯然，不同電源的E=W非/q 不同。

為說明E=W非/q 的物理意義，可對如下實驗進行分析：分別用一節(jié)蓄電池對一個小燈泡供電和兩節(jié)蓄電池串聯(lián)后對兩個串聯(lián)的相同小燈泡供電，用電壓表分別測量燈泡兩端電壓，說明哪個電源把化學能轉化為電能的本領更大？它們間的關系是什么？

【得出結論】

設置實驗的目的是：由實驗得出新的等效電源的供電本領是單節(jié)蓄電池的2倍。而從模型的研究得到的結論是：W非/q 也是單個蓄電池的2倍。實驗結論：W非/q 是表征電源供電本領的物理量。

2.3 電動勢與電壓

教學中還需讓學生知道電動勢與電壓的關系，建立表格（表2）。

表2 電動勢與電壓

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（1）如果是靜電力做功，電勢能減少，移送單位正電荷減少的電勢能就是電壓。

（2）如果是非靜電力做功，電勢能增加，將單位正電荷從電源的負極移動到正極所增加的電勢能就是電動勢。

2.4 內阻

教材用“電源內部也是由導體組成的，所以也有電阻，這個電阻叫做電源的內阻”引入內阻概念，但考慮內阻在閉合電路歐姆定律學習中很重要，因而不可忽略其鋪墊作用。

相比較電動勢概念建立過程，內阻概念要簡單得多，摘取部分教學片斷如下：

教學片段一

如圖7，首先，用高內阻電壓表測量水果電池兩極間的電壓，說明電動勢大于額定電壓；其次，將燈泡與水果電池構成回路后并不發(fā)光，說明除了電動勢外，還有其他因素影響，進而引入內阻概念。

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圖7 引入內阻實驗

教學片斷二

首先，使用一節(jié)干電池與小燈泡構成回路進行演示，現(xiàn)象是發(fā)光；接著將銅片和鐵片插入一只蘋果構成的水果電池后與小燈泡構成回路演示，不發(fā)光的原因是什么？幾乎所有同學都回答是水果電池的電動勢低于1.5 V（表3）。

表3 探究燈泡發(fā)光原因

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其次，在找到水果電池不發(fā)光的“原因”后，用兩只甚至更多的水果電池串聯(lián)后對小燈泡供電，在增加了電動勢后結果仍然。至此，與干電池相比，水果電池不能使小燈泡發(fā)光的原因到底是什么？電動勢是否是決定小燈泡不發(fā)光的唯一因素，引發(fā)所有同學的思考。

最后，教師帶上環(huán)保手套，拆開干電池，切開水果，觀察比較內部結構，建立內阻的概念。

分析思考

教學片斷一看似簡單易操作，但在明確電動勢測量方法之前，用此操作易導致一些錯誤認識（例如，電動勢等于電壓等），并且錯誤的前概念建立對后續(xù)閉合電路歐姆定律的學習極為不利。

相比片斷一，優(yōu)化后的片斷二注重對比方法，密切聯(lián)系學生思維，通過學生經(jīng)歷與科學研究工作相近或相似的過程，從中獲取技能和建立概念，體驗其中的樂趣和曲折，感悟物理科學思想。

2.5 生活中的電池

教材用較大的篇幅分析了生活中的電池種類及其應用，教師可以指導學生說一說各種電池上所標參數(shù)的物理意義，引導學生根據(jù)容量算一算儲存的能量等。

為了進一步體現(xiàn)新教材所致力的“輕松感覺與厚重思想”的統(tǒng)一理念，安排圖9案例自然成為必要。通過電池正面利用與負面危害的對比分析，體現(xiàn)科學技術的雙刃劍功能，情感態(tài)度與價值觀的養(yǎng)成也無須語言激勵便可潛移默化地達成。

3 總結反思

（1）過去教材基本上是敘述知識，要求老師在教學過程中要把知識講清楚。現(xiàn)在的教學體現(xiàn)的是自主探究、展示過程和方法。教師必須引導學生通過討論或實驗來認識新的規(guī)律，通過閱讀來了解前人的研究過程，跟著教學設計一環(huán)套一環(huán)地接受新的概念。唯有如此，方能找回“格物致知”在教育中的地位和作用。

（2）情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)絕不是書寫教學目標時的文字、課堂教學時的口號。物理學科也絕非只在學生頭腦中打上公式的烙印。喚醒學生關注社會的意識，增強學生的能源、環(huán)保意識可能就在我們教育工作者的微設計下就能產(chǎn)生大功效。

參考文獻：

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[2]陳愛萍.生活化情境在高中物理核心概念教學中的應用研究——以《電動勢》教學為例[J] .物理教學探討，2014，（6）：4.

[3]呂盛烈.關于電源電動勢的幾點討論[J] .物理通報，1993，（7）：7.

（欄目編輯 鄧 磊）