建构主义思想下的教学设计与评析——例谈“闭合电路欧姆定律”，本文主要内容关键词为：闭合电路论文,欧姆定律论文,教学设计论文,思想论文,建构主义论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、建构主义教学思想的核心理念
建构主义是在认知主义基础上发展起来的独特的学习观。建构主义认为“学习不应该被看成是对于教师授予知识的被动接受，而是学习者以自身已有的知识和经验为基础主动的建构活动。”也就是说，学生学习过程是在教师创设的情境下，借助已有的知识和经验，主动探索，积极交流，从而建立新的认知结构的过程。建构主义主张学习是学习者主动建构自己知识经验的过程，是通过新经验与原有知识经验的相互作用（同化、顺应）而不断充实、丰富和改造自己已有知识经验的过程。
二、教学目标与教材分析
闭合电路欧姆定律的教学目标是：经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程，体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用，理解内、外电路的能量转化；理解内、外电路的电势降落；会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，并能进行相关的电路分析和计算。人教社普通高中《物理·选修3-1》第二章第7节“闭合电路的欧姆定律”围绕两个问题展开，一是定律的推导，二是定律的应用。在推导闭合电路欧姆定律的过程中，涉及了本章前面几节的诸多内容，如“恒定电场”、“电动势和内阻”、“欧姆定律”、“用电势推导电压关系”、“焦耳定律”等等，即推导闭合电路欧姆定律所需的方方面面的知识学生均已具备，只要以一定的线索将这些知识有机地联系起来，逐步建构就能得出闭合电路的欧姆定律。在此基础上进一步建构起路端电压与负载的关系。因此，笔者认为，以建构主义教学思想设计本节教学内容一定能收到非常好的教学效果。
三、教学设计与评析
1.研究闭合电路的欧姆定律
师：前面几节课，我们一起学习了“恒定电流”方面的知识，现就有关内容作一回顾。（板画图1）图1所示符号是哪种电路元件？在电路中，它的作用是什么？表征它的重要参数有哪些？
生：电源；提供电能；电动势和内阻。
师：电源为什么能提供电能？哪个物理量用来表示电源供能的本领？电能的多少如何计算？
生：电源通过非静电力做功，把其他形式的能转化为电能；电动势E；W=Eq。
师：电源的内阻为r。为了直观地分析电源内部电路，可用一个组合图来表示电源（板画图2），即将E和r分开来体现。
师：图3表示什么元件？当有电流通过时，其上会有怎样的能量转化？为什么会实现这种转化？
生：电阻；电能转化为内能；静电力做功。
师：将电阻R与电源通过开关连接起来，闭合开关，电路中就会形成电流I。为简单计，就不画出开关的符号了，这样就构成了一个最基本的电路（图4）。虚线方框内的部分叫做内电路，方框外的部分叫做外电路，内、外电路组成了闭合电路。
【评析】本段教学的目的是为了介绍内电路、外电路及闭合电路三个概念。笔者不急于给出这些概念，而是在绘制闭合电路的电源及负载的过程中将后续涉及的一些知识，特别是能量转化问题有意识地逐一作了再现和回顾，此后形成闭合电路并提出三个概念。先复习旧知再给出新概念，潜移默化，水到渠成。
师：下面，我们从能量转化的角度来分析闭合电路。外电阻R在时间t内消耗多少电能？同样，内电阻r在时间t内消耗多少电能？电动势E在时间t内提供多少电能？
【评析】本段教学是新教材特别突出和强调的内容，即从能量转化与守恒的角度推导闭合电路的欧姆定律，整个推导过程通过板书呈现出来，脉络清晰，言简意赅。
师：外电路中，正电荷在静电力的作用下由正极移向负极，沿电流方向电势如何变化？内电路的电阻上，沿电流方向电势如何变化？电源中的非静电力把正电荷由负极移到正极，沿电流方向电势如何变化？
生：降低；降低；升高。
生：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。
师：这个规律叫做闭合电路的欧姆定律（板书课题）。
【评析】本段教学的目的是为了得出闭合电路的欧姆定律。这段处理有两个好处，一是让学生明确了闭合电路欧姆定律的适用条件；二是使学生知道了闭合电路欧姆定律的推导有两条途径。至此揭示课题。
2.研究路端电压与外电阻的关系
师：如果外电路是由两个电阻
串联而成（图6），闭合电路的欧姆定律如何表达？若并联呢（图7）？
师：路端电压随负载电阻变化的根源是由于电源内阻的存在。假如电源没有内阻，亦即对理想电源而言，路端电压就是恒定不变的了，这就回归到了同学们在初中电学所学的情形。如今，同学们解电路问题，遇到的电源大多是实际电源，一定要注意电源内阻对电路分析带来的影响，谨防因思维定势而犯简单的错误。为了使同学们对路端电压随负载电阻变化的规律有直接的感知，留下深刻的印象，请同学们用提供的器材，完成课本图2.7-3所示的实验“研究路端电压”。
师：考虑外电阻R变化的极端情形，当R=0时，I和U分别等于多少？
师：这种情形属于电源两端短路，电源的内阻一般都很小，所以短路时电流很大，电流过大会烧坏电源，甚至引起火灾。因此，绝对不允许将电源两端用导线直接连接起来。
师：考虑外电阻R化的另一种极端情形，当R→∞时，I和U分别等于多少？
生：I=0;U=E。
师：这种情形属于外电路断路，断路时的路端电压等于电源的电动势，可根据这个道理测量电源的电动势。
边分析短路、断路，边在板书设计3后形成以下的板书设计：
【评析】本段教学是运用闭合电路的欧姆定律研究路端电压与负载电阻的关系，教学从一个个问题逐步展开，在具体的情境中让学生认识到路端电压与外电阻有关，并从理性层面建立起路端电压随外电阻变化的规律。这既是教学的难点也是学生应用时的易错点。为此，笔者穿插安排了一个实验，使学生再从感性层面加深认识。最后，顺势将学生的思维导向两种极端的情形。整段教学扎实有效，一气呵成。
3.研究路端电压与电流的关系
可见，路端电压U随外电阻R的变化规律不是线性的。单独考察U=E-Ir，路端电压U随电流I的变化规律则是线性的，物理学上常用U-I图像来研究电源的特性。以E=3V、r=1Ω的电源为例，请同学们在图9所示的坐标系中标出对应外电路断路和电源短路这两个特殊状态的点A和B，并据此画出该电源的U-I图像。
生：图像如图10所示。
师：内阻r对应图像的什么特性？
生：图像的斜率。
师：本节课，我们从能量转化和电势升降两个维度推导出了闭合电路的欧姆定律，并据此分析了路端电压与外电阻的关系和路端电压与电流的关系。这些内容是本章的重点知识，希望同学们认真掌握。
【评析】以线性图像呈现物理规律是新教材的突出特点之一，本段教学以一个具体的电源为例，利用断路、短路状态对应的两个点画出了该电源的U-I图像，两截距、一斜率的物理意义在作图过程中清晰地呈现出来了，为“实验测定电池的电动势和内阻”作了知识上的准备。两点一线，一目了然。
四、建构主义教学思想在教学设计中的突出体现
1.研究闭合电路的欧姆定律
该问题分两条线展开，一条线是能量转化，一条线是电势升降。研究的对象均是内电路的电动势、内阻和外电路的电阻，采取的教学策略均是先分后合。“分”的原因是为了复习电动势、内阻、外电阻上的能量转化和电势升降，“合”的依据分别是能量守恒和电势的升高之和等于降落之和，“合”的目的是为了导出新规律。将旧知识依据一定的规律重新排列组合而产生新知识，是建构主义教学思想中“逻辑建构”的体现。
2.研究路端电压与外电阻的关系
它在一个精心设计的逐步变化的情境中展开的。先引导学生在简单的应用中熟悉闭合电路的欧姆定律，进而再将它与其他知识结合起来分析较复杂的动态电路问题，从中总结出路端电压与外电阻的关系，并推向两种极端的情况。这部分的教学充分体现了建构主义教学思想中“情境建构”的理论。
3.研究路端电压与电流的关系
此关系是从函数关系式和U-I图像两个维度展开的。函数关系式从闭合电路欧姆定律直接推得，而U-I图像则是通过一个已知电动势和内阻的电源绘制出来的。通过具体反映一般，体现了建构主义教学思想中“实例建构”的理念。细细品读“闭合电路的欧姆定律”的教学设计，不难看出，教学内容过渡自然，环环紧扣；教学方法运用得当，循循善诱；教学语言贴切，娓娓道来，给人以美的享受。
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