可視化教學(xué)作為一種直觀、高效的教學(xué)方法，逐漸受到教育工作者的青睞。“電流和電路”這一章節(jié)涉及電流的形成、電路的基本組成、串并聯(lián)電路的特點(diǎn)等多個(gè)抽象概念，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)理解起來(lái)較為困難。傳統(tǒng)的教學(xué)方法依賴于文字和靜態(tài)圖片，難以直觀地展示電流的動(dòng)態(tài)過程和電路的工作原理。因此，教師有必要借助現(xiàn)代信息技術(shù)手段，構(gòu)建初中物理可視化實(shí)驗(yàn)課堂，以幫助學(xué)生更好地掌握這一章節(jié)的內(nèi)容。

一、教材地位與教學(xué)內(nèi)容

“電流與電路”是人教版初中物理九年級(jí)第十五章的內(nèi)容，是學(xué)生之后學(xué)習(xí)電壓、電阻、電能等知識(shí)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)如今的熱門應(yīng)用領(lǐng)域。通過學(xué)習(xí)這一章節(jié)，學(xué)生可以建立起對(duì)電流的理解，并且能夠了解電路中各個(gè)元件的作用和相互關(guān)系。通過本章節(jié)，學(xué)生將會(huì)學(xué)習(xí)到電流的定義，即單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，同時(shí)也會(huì)了解到電流的方向和大小與電荷的流動(dòng)方向和數(shù)量有關(guān)。學(xué)生將會(huì)學(xué)習(xí)到電路中常見的元件，如導(dǎo)體、電器、電源和開關(guān)等，了解到這些元件在電路中的作用以及如何連接它們。學(xué)生將會(huì)學(xué)習(xí)到串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的概念，了解到這兩種電路的連接方式及特點(diǎn)，以及在電路中的應(yīng)用。學(xué)生還會(huì)學(xué)習(xí)到如何測(cè)量電路中的電流，如何使用電流表等內(nèi)容。

二、可視化電流實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（一）實(shí)驗(yàn)名稱

電流紅綠燈。

（二）實(shí)驗(yàn)介紹

如圖1所示，L1、L2、L3分別為三個(gè)燈泡，K1、K2、K3分別為三個(gè)開關(guān)，A1、A2、A3分別為三個(gè)電流表，用于測(cè)量開關(guān)打開和閉合之后的電流變化。三個(gè)開關(guān)起到的作用不同，能夠?qū)﹄娐分械碾娏髌鸬娇刂谱饔?。?dāng)然，單純的燈泡亮與不亮不具備可視化效果，在三個(gè)開關(guān)附近放置三枚可變顏色的彩燈，顏色分別為紅、綠、黃，當(dāng)開關(guān)閉合之后，如果有燈泡亮燈，則該開關(guān)附近的彩燈為綠色；如果出現(xiàn)短路則開關(guān)附近的彩燈為紅色；如果出現(xiàn)斷路則黃燈亮。彩燈由額外的電源控制，并且采用智能化的控制手段，不用人為操控，從而使電流可視化。

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圖1 電流紅綠燈實(shí)驗(yàn)圖

（三）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.直觀理解電流在電路中的運(yùn)行軌跡：通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以觀察到電流在電路中的具體路徑和流動(dòng)情況。

2.認(rèn)識(shí)串聯(lián)和并聯(lián)的區(qū)別：通過實(shí)驗(yàn)中串聯(lián)和并聯(lián)電路的設(shè)計(jì)，學(xué)生可以比較觀察到串聯(lián)和并聯(lián)電路中電流的變化情況。通過開關(guān)閉合，學(xué)生深入理解串聯(lián)電路中電流依次流過每個(gè)元件的特點(diǎn)，以及并聯(lián)電路中電流分流的特點(diǎn)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到串聯(lián)和并聯(lián)在電路連接方式上的區(qū)別。

3.深刻理解短路、斷路和通路的概念：在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過開關(guān)閉合觀察并記錄電流的變化情況。當(dāng)電路中存在短路或斷路時(shí)，學(xué)生可以觀察到電流的變化情況，從而深刻理解短路、斷路和通路的概念，以及它們對(duì)電流流動(dòng)的影響。

4.掌握電流表測(cè)量電流的使用技巧：用電流表測(cè)電流是本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容。通過實(shí)際操作，學(xué)生能夠?qū)W會(huì)正確連接電流表的方法，并且掌握讀取電流表示數(shù)的技巧。

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

1.準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)道具，連接電路圖

實(shí)驗(yàn)道具包括7號(hào)電池兩節(jié)、電線5米、燈泡3個(gè)、開關(guān)3個(gè)、小型電流表3個(gè)以及智能化彩燈系統(tǒng)1套。學(xué)生按照?qǐng)D1將電源、燈泡、開關(guān)、電流表依次連接，連接完成后進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)試，以防止連接錯(cuò)誤。

2.實(shí)驗(yàn)猜想

實(shí)驗(yàn)猜想是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)或期望，是在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前所做的推測(cè)。從科研角度來(lái)看，實(shí)驗(yàn)猜想在科學(xué)探索中起著推動(dòng)作用，它促使研究者提出問題、尋求答案，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整和改進(jìn)猜想，通過反復(fù)提出猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察結(jié)果和修改猜想的過程，促進(jìn)科學(xué)研究逐步深入。在本實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)猜想可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程，提供了對(duì)實(shí)驗(yàn)中自變量（開關(guān)）和因變量（燈泡、電流表）之間關(guān)系的初步認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)猜想有助于設(shè)定實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)和預(yù)期結(jié)果，明確教師希望學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象，并提供實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基準(zhǔn)來(lái)評(píng)估實(shí)驗(yàn)的成功與否。通過將實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果與學(xué)生猜想進(jìn)行比較，教師可以評(píng)估學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的收獲。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與學(xué)生猜想相符，說(shuō)明學(xué)生對(duì)電流電路知識(shí)的理解基本正確。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與猜想不符，教師可以糾正學(xué)生的認(rèn)知，幫助學(xué)生對(duì)電路電流知識(shí)進(jìn)行梳理。

教師：現(xiàn)在我們已經(jīng)將電路圖連接完成，請(qǐng)大家猜想，如果將K1閉合，K2、K3分別是打開狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

學(xué)生：如果只將K1閉合，其他兩個(gè)開關(guān)呈打開狀態(tài)，那么電流將無(wú)法完成由正極至負(fù)極的流通，那么整個(gè)電路將處于斷路狀態(tài)，3個(gè)燈泡均不亮，3個(gè)電流表均為零，3個(gè)彩燈均為紅色。

教師：如果單獨(dú)將K2閉合呢，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

學(xué)生：如果K2閉合，那么K1和K3所處的區(qū)域?yàn)閿嗦窢顟B(tài)，與上述現(xiàn)象相同，L2燈泡正常發(fā)光，電流表會(huì)有數(shù)值，彩燈為綠色燈亮。

教師：如果僅K3閉合呢，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

學(xué)生：如果僅K3閉合，那么L2燈泡不亮，且電流表A1和A2為零，但是L1和L3可以正常照明，且電流表A3會(huì)有數(shù)值。這說(shuō)明，L1和L3為串聯(lián)，與L2為并聯(lián)關(guān)系。

教師：如果K1和K2閉合，K3打開呢？會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

學(xué)生：此時(shí)電流將會(huì)從正極跳過所有燈泡直接進(jìn)入負(fù)極，會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，3個(gè)燈泡均不亮，電流表A1和A2數(shù)值很高。

教師：很好，接下來(lái)我們通過實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證猜想。

3.實(shí)驗(yàn)操作與記錄

實(shí)驗(yàn)操作提供了學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作的機(jī)會(huì)。通過親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以更好地理解電流和電路知識(shí)中的理論概念。實(shí)踐操作能幫助學(xué)生將抽象的電流理論轉(zhuǎn)化為燈泡明亮、電流表是否有數(shù)值以及彩燈顏色的具體現(xiàn)象，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。通過實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)并掌握電流表的使用方法，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能和操作技巧。這對(duì)于從事科學(xué)研究和工程實(shí)踐的學(xué)生來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)記錄是將實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果詳細(xì)記錄下來(lái)的過程。通過記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生可以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)猜想。實(shí)驗(yàn)記錄還能幫助學(xué)生檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，并為日后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)記錄還為學(xué)生提供了反思實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。通過回顧實(shí)驗(yàn)記錄，學(xué)生要思考實(shí)驗(yàn)中遇到的問題和挑戰(zhàn)，并從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。這種反思有助于學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)原理，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和執(zhí)行的能力，并對(duì)科學(xué)研究方法有更深入的理解。

教師：首先閉合開關(guān)K1，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；然后閉合開關(guān)K2記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以此類推。

學(xué)生：通過實(shí)驗(yàn)操作發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)猜想一致，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

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教師：很好，表1記錄了不同開關(guān)在閉合情況下燈泡、電流表以及彩燈的情況，當(dāng)沒有電流通過時(shí)彩燈呈現(xiàn)黃色，當(dāng)正常電流通過時(shí)彩燈呈現(xiàn)綠色，當(dāng)出現(xiàn)短路時(shí)彩燈呈現(xiàn)紅色，直觀地展示了電流在電路中的各種狀態(tài)。同時(shí)，細(xì)心的學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，表1當(dāng)中出現(xiàn)了相同的數(shù)據(jù)，如K1和K2閉合與K1、K2、K3閉合的結(jié)果是一樣的，這說(shuō)明了什么？

學(xué)生：這說(shuō)明發(fā)生短路之后，K3開關(guān)是否閉合都不影響電流通過，同時(shí)也說(shuō)明了二者屬于并聯(lián)關(guān)系。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次可視化電路和電流實(shí)驗(yàn)，基本上達(dá)到了預(yù)期效果，提升了學(xué)生對(duì)電流和電路知識(shí)的理解。具體來(lái)說(shuō)，通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生理解了在閉合電路中，電流的方向是由正極（電流的源頭或電池的正極）流向負(fù)極（電流的終點(diǎn)或電池的負(fù)極）。電流的方向與電子流動(dòng)的方向相反，因?yàn)殡娏魇钦姾傻牧鲃?dòng)方向，并且只有完成正極和負(fù)極的閉環(huán)才會(huì)產(chǎn)生電流。電流的大小與電源電量有關(guān)，一節(jié)電池與兩節(jié)電池產(chǎn)生的電流不同，同時(shí)也與用電器有關(guān)，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)電流會(huì)明顯增大。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生了解了并聯(lián)電路和串聯(lián)電路的電流分布情況。在并聯(lián)電路中，電流在分支電路中分流，分流的電流之和等于總電流。而在串聯(lián)電路中，電流在各個(gè)用電器之間保持不變，總電流等于電路中各個(gè)電阻上的電流之和。學(xué)生掌握了電流表（也稱為安培表）測(cè)量電路中電流的方法。電流表的連接方式與電路中電流的方向一致。在實(shí)驗(yàn)中，我們將電流表連接在電路中的特定位置，以測(cè)量通過該位置的電流。

5.實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)發(fā)現(xiàn)，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本上達(dá)成了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師采用可視化的實(shí)驗(yàn)方法，包括電路示教板、電流表、導(dǎo)線、燈泡、彩燈等，通過搭建電路來(lái)展示電流。學(xué)生親自動(dòng)手操作、觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)，從而加深對(duì)電流和電路知識(shí)的理解。從實(shí)驗(yàn)效果來(lái)看，學(xué)生清晰地觀察到了電流在閉合電路中的流動(dòng)路徑，這一概念變得更加直觀和易于理解。通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)串聯(lián)電路中電流只有一條路徑，而并聯(lián)電路中電流有多條路徑，此外，還觀察到串聯(lián)電路中元件的工作狀態(tài)相互影響，而并聯(lián)電路中元件的工作狀態(tài)相對(duì)獨(dú)立。這些發(fā)現(xiàn)可以幫助學(xué)生深刻理解了串聯(lián)和并聯(lián)電路的本質(zhì)區(qū)別。通過不同開關(guān)閉合操作，學(xué)生親身體驗(yàn)了短路時(shí)電流過大可能導(dǎo)致的危害，斷路時(shí)電路無(wú)電流通過的現(xiàn)象，以及通路時(shí)電路正常工作的狀態(tài)，這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加深了學(xué)生對(duì)這些概念的理解。

三、實(shí)驗(yàn)反思與改進(jìn)

在過去的初中物理電路和電流實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依賴傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材和教學(xué)方法。雖然學(xué)生能夠通過親手操作實(shí)驗(yàn)器材來(lái)加深對(duì)電路和電流的理解，但不夠形象具體。本次實(shí)驗(yàn)采用了彩燈來(lái)具象化展示電流路徑，具備了形象化的特征，但是還有改進(jìn)的空間，接下來(lái)應(yīng)當(dāng)引入更多智能化設(shè)備，如數(shù)字萬(wàn)用表、示波器等，為學(xué)生提供更精確、更直觀的電流測(cè)量數(shù)據(jù)。這些設(shè)備不僅能夠?qū)崟r(shí)顯示電流和電壓的數(shù)值，還能通過圖形或動(dòng)畫的形式展示電流的變化過程，從而幫助學(xué)生更好地理解電流的概念和性質(zhì)。

為了幫助學(xué)生更好地應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的電路問題，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)逐步引入更為復(fù)雜的電路情況，如設(shè)計(jì)包含多個(gè)用電設(shè)備元件的電路實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自動(dòng)手搭建并測(cè)量其電流分布，同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生通過小組討論和合作的方式來(lái)解決這些復(fù)雜電路問題。在討論和合作的過程中，學(xué)生相互學(xué)習(xí)、相互啟發(fā)，共同找出解決問題的最佳方案，不僅能提升電路分析能力，還能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。

（作者單位：宕昌縣南陽(yáng)中學(xué)）

編輯：李琴芳

作者簡(jiǎn)介：康愛霞（1993—），女，漢族，甘肅宕昌人，本科，中小學(xué)一級(jí)教師，研究方向：物理教學(xué)。