资源简介

第七章 电路 第二节 欧姆定律 电阻（第一课时）
探究导体中电流与电压的关系
一、教学任务分析
本节课是沪教版九年级物理第七章《电路》第二节《欧姆定律电阻》第一课时内容。探究通过金属导体的电流与它两端电压之间的关系，得出欧姆定律。欧姆定律是初中电学的核心内容，以“电压是形成电流的原因”为基础，进一步表达了“电流”与“电压”的定量关系；为第二课时建立“电阻”概念，后续学习“串、并联电路及其简单应用”提供支撑依据，起承上启下作用。
在之前学习中，学生已经历过探究性实验，初步具备收集证据、分析论证等基本能力和运用控制变量方法的意识；会连接简单电路，作电路图，具备正确使用电流表、电压表等基本技能。知道数学正比例函数图像是一条过坐标原点的倾斜直线，并能类比进行知识迁移。但“探究导体中电流与电压的关系”是初中第一个需要同时接入电流表和电压表的电学实验，学生对实验的设计缺乏系统条理化，特别是对多次实验结论“可靠性”、“普遍性”界定不清；另，对真实的实验数据处理和分析的能力较弱。
因此，以演示实验创设情景，结合原有知识，引出课题；学生通过对关键性问题的思考和讨论，在理解设计思路的基础上完成实验方案制定；异质同组，合作实验，运用表格法和图像法呈现并处理数据，分两步认识汇总数据偏差原因；借助DIS数字化信息系统，分析、归纳得出“同一导体，通过它的电流与它两端电压成正比”的定量结论即欧姆定律。
本节教学要求学生主动参与，经历欧姆定律的建立过程，从实验器材、电路图模型化到实物连接，运用控制变量法等，模仿科学家解决问题的方法，提高科学探究能力；通过分析U-I图像，感受类比旧知得到新知的思想方法，体会先进的信息技术为科学研究带来的便利；了解欧姆身处时代的局限，体会科学家探索道路的艰辛，产生对知识的敬畏之情。
二、教学目标
1、通过“探究导体中电流与电压的关系”实验，经历提出问题，猜想与假设，制定计划与设计实验，进行实验与收集证据，分析与论证，合作与交流等过程，初步理解欧姆定律，感受从定性到定量、从特殊到一般认识事物的科学思维方法，体会控制变量、建立模型法，养成规范化实验和严谨、实事求是的科学态度，感悟团队合作学习的重要性。
2、通过对传统工具与DIS数字化信息系统，表格法与图像法的鉴别比较，认识运用函数图像解决物理问题的科学方法，体会测量仪器从无到有，从初级向高级的发展及信息技术为科学研究带来的便利。
3、通过对欧姆及其身处时代局限的了解，体会科学家探索道路的艰辛，内化锲而不舍的品质，产生对知识的敬畏之情。
三、教学重点和难点
重点：探究导体中电流与电压的关系
难点：实验数据的处理分析
四、教学资源
1、学生实验器材：干电池（1、2、3）节；（2、3、4）节；（3、4、5）节，电键，导线，甲、乙、丙导体，电流表，电压表，DIS数字化信息系统（DIS电流传感器、电压传感器、数据采集器），塑料薄膜，油性笔。
2、演示实验器材：干电池，电键，甲、乙、丙导体，铅笔画，灵敏电流表，电流表，电压表。
3、课件：自制PPT课件。
五、教学设计思路
本节课的内容主要包括：“探究导体中电流与电压的关系”方案设计；学生实验；U、I实验数据处理分析；简介欧姆四部分。
本设计的基本思路：以教师演示实验和学生分组合作为基础，以教师引导，师生互动对话为基本方法。首先，以演示实验创设情境，通过观察现象提出猜想，并初步得出通过导体的电流与它两端电压和导体本身的定性关系；接着，引导学生经历方案设计，通过异质同组分工合作，达成全班数据共享；然后，绘制U-I图像，猜想偏差原因，用DIS验证并分析归纳形成欧姆定律；随后，介绍欧姆及其时代局限，感悟仪器从无到有，从初级向高级发展为科学研究带来的便利，以及科学家锲而不舍的品质。
本设计要突出的重点是：探究方案的设计及其探究过程。方法是：一、设计递进问题，合理搭建“脚手架”：在“探究导体中电流与电压的关系”方案设计过程中，切合学生已有知识结构，创设最近发展区。教师在关键环节设计逐层递进问题，引导学生合理地设计形成条理系统化的探究方案，模仿科学家解决问题的方法。二、电路设计模型化：本实验是初中第一个需要同时接入电流表和电压表的电学实验。以根据实验目的选择器材为切入口，学生基于实物转化电路图，模型化便于直观分析。学生演示连接实物，同时教师辅助理清主线。实验时，学生再依据自己设计的电路图连接实物。
本设计要突破的难点是：真实实验数据的收集、处理与分析。方法是：一、合理控制变量，提高数据分布范围。选用阻值差异大的三个导体（10Ω、15Ω、30Ω），全班分工合作，数据共享。相同导体大组内，又分（1节、2节、3节）、（2节、3节、4节）、（3节、4节、5节）若干小组，并新、旧干电池搭配使用，电压有一定差异。二、异质同组。根据班级学生特点，成员组成尽量兼顾动手操作、分析推理、语言表达能力等方面的均匀组合，有利于收集证据与分析的顺利开展。三、多维技术整合，辅助教学。各组用列表和图像两种方法记录数据。简单对比后发现对复杂的真实数据，利用图像法寻找变化趋势和规律更形象直观。各组在薄膜直角坐标系上描点，数据从小到达依次投影，由“点”生成“线”视觉效果不断延伸，推测I与U存在线性关系。分两步认识点与线偏差原因，并借助先进的DIS数据化信息系统得出结论，为解释提供依据。类比数学正比例函数图像，构建欧姆定律新知。
本设计注重学生科学探究能力的提升，探究过程中体会科学思维方法，并合理选择处理数据的方式；注重知识迁移、鉴别、比较与分析的能力，正视实验中失误与误差在图像上的呈现，逐步养成规范化操作，严谨、实事求是的学习态度；了解欧姆，感悟科学家锲而不舍的精神；认识到测量仪器从无到有，从初级向高级发展，以及先进信息技术为科学研究带来的便利。
完成本节课的内容约需1课时。
六、教学流程图
1、教学流程图
情境Ⅰ 活动Ⅰ 活动Ⅱ 活动Ⅲ
演示实验 方案设计 学生实验 分析论证
收集证据
欧姆定律
2、流程图说明：
情境Ⅰ 演示实验
结合电流和电压概念，猜测通过导体电流与哪些因素有关，根据“演示实验”观察到的现象，初步得出导体中电流与电压的定性关系。
活动Ⅰ 方案设计
（1）基于实验目的确定实验方法，明确不变量、变化量、研究对象；
（2）选择实验器材，并根据实物提示在《活动卡》上设计本实验的电路图。学生演示实物连接；
（3）逐层递进设问，搭建“脚手架”，厘清多次实验“可靠性”、“普遍性”目的；完成表格栏目，形成方案设计。
活动Ⅱ 学生实验、收集证据
（1）异质同组分工合作，利用传统电流表、电压表和DIS数字化信息系统，新旧搭配电池，进行学生实验；
（2）在对应导体表格中，如实记录实验数据；在薄膜U-I坐标系中（只需）描点，便于全班数据共享。
活动Ⅲ 分析论证
（1）比较利用表格法和图像法进行数据分析，依次投影叠加薄膜U-I坐标系进行汇总；推测U-I变化趋势，分类讨论提出点与线偏差的原因；
（2）观察先进的DIS数字化信息系统采集、绘制的U-I图像，验证猜想；结合数学正比例函数，分析归纳：同一导体，通过它的电流与它两端电压成正比，得出欧姆定律。
3、教学主要环节 本节课可分为四个主要环节。
第一环节，通过创设情境，引入“探究导体中电流与电压的关系”课题。
第二环节，教师引导搭建“脚手架”，学生设计实验方案。
第三环节，通过异质同组分工实验，用表格和图像法收集证据。
第四环节，DIS绘制U-I图像，结合数学正比例函数，得出欧姆定律。
七、教案示例
教学环节 教师活动 学生活动 活动目的
引入 铅笔画作导体接入电路， 演示实验“探究通过导体电流 与哪些因素有关？” 提出猜想，观察实验并 分析归纳，得出导体中电流与它两端电压的定性关系。 创设情境，温故知新；基于电压是形成电流的原因，观察并分析演示实验中的现象，引出课题。
设计 方案 1、逐层递进设问，引导形成实验方案。 2、辅助学生连接实物，理清电路连接及作图的主线顺序。 1、确定实验方法明确不变量、变量及研究对象，选择实验器材； 2、学生在《活动卡》上设计本实验的电路图，并演示实物连接。 3、完善表格项目名称的填写。 据学生认知特点和思维水平，为学生搭建“脚手架”，模仿科学家设计方案，提高科学探究能力；明确物理量因果关系，为结论描述做铺垫。
学生 实验 1、组织浏览实验要求； 2、指导学生使用DIS 1、分组学生实验；
信息化数据系统，进行数据采集、记录、分析。 3、巡视课堂辅助。 2、在对应导体表格中，如实记录实验数据； 3、在薄膜U-I坐标系中（只需）描点，便于全班数据共享。 操作规范化；养成严谨、实事求是的科学态度；认识合作的重要性。
分析 论证 1、收集学生数据，利用投影，依次叠加薄膜U-I坐标系进行数据汇总； 2、借助DIS数字信息系统绘图，结合数学正比例函数，组织学生分析归纳结论，形成欧姆定律。 1、观察数据“点”生成“线”的过程，推测导体I与U的变化趋势； 2、分两步认识点与线偏差的原因，提出猜想； 3、借助DIS，验证猜想，类比数学正比例函数，分析得出欧姆定律。 通过表格法和图像法，传统电流表、电压表和先进DIS信息化数据系统间的比较，体会先进的信息技术为科学研究带来的便利。 推测U-I变化趋势及其图像，引起认知冲突，培养高层次的思维方式。 结合数学正比例函数图像，实现知识迁移能力。
欧姆 介绍欧姆身处时代局限，发现欧姆定律过程。 了解欧姆身处时代局限，发现欧姆定律过程。 感悟科学家锲而不舍的精神。
反馈 组织分析 练习 及时反馈
作业 布置 布置作业 《探究导体中电流与电压的关系 学习活动卡》课后练习 考察、巩固学习内容。
板书 设计 主板 控制量 研究对象 变化量 7.2.1探究 导体中 电流 与 电压 的关系 实验器材： A V 实验器材： 欧姆定律：对于某导体来说，通过它的电流与它两端电压成正比。 副板 不同导体本身不同 I ↑U↑
学习活动卡(教师版：以甲导体第1小组为例)
班级________ 姓名_______
一、课堂实验
(
提出：
)
(
寻找：
)探究导体中电流与电压的关系
探究方法：
实验电路图：
1.按照小组设计电路图，正确连接电路；
2. 用甲导体做3组U、I值；
3.为增大数据分布范围，本小组3次实验中电池使用节数。分别为： ①第一次：1节；②第二次：2节；③第三次：3节。
实验：
1.在对应导体表格中，如实记录3组U、I值；
2.在薄膜U-I坐标系中（只需）描点，便于全班数据共享。
收集证据：
导体甲导体乙导体丙
实验 次数 实验 次数 实验 次数
1 0 1 0 1 0
2 2 2
3 3 3
(
解释与交流
：
)4 4 4
实验结论： 。
课堂练习：
1．某导体两端电压为3伏，通过导体的电流为0.2安，若该导体两端电压增加到6伏，则通过它的电流是多少安？
三、课后练习：
【第1课时】探究导体中电流与电压的关系
德国物理学家欧姆，长期担任中学教师。由于缺少资料和仪器，研究进展十分艰难。但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈进行研究，自己动手制备了电源、各种金属导体、电流扭秤等仪器。因为仪器不稳定，所以更需要大量实验数据论证。终于花了十年得出了导体中电流与电压的关系。
物理实验是获取物理知识的最有效手段之一，在探究导体中电流与电压关系的实验中：
【方案设计】
Z0301：同桌连接完电路，正准备闭合电键时，您急忙拦住他，说接线错了。请检查图1电路，并只改接一根导线，请把接错的那根导线找出来，打上“×”，再画线把它改到正确
的位置上。并在图中标出两表的“+”、“-”接线柱。
图1
Z0302：实验过程中，小组通过改变 的办法，多次改变导体两端的电压和通过的电流，目的是 ；选择多个金属导体进行实验的目的是 。
【分析总结】
Z0303：小组“探究导体中电流与电压的关系”实验中，收集了金属乙导体两端电压和通过电流的多次数据，如实记录在下表：
序号 1 2 3 4 5 6
电压 U/V 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
电流 I /A 0.08 0.15 0.23 0.40 0.38 0.45
（1）小组尝试用图像法分析这一导体中电流与电压的定量关系，请您在图2中建立有关直角坐标系，把表中的数据在坐标系中描点。
（2）从图中可以看出，这些数据中有一组是明显错误的，跟其他数据的规律完全不同，可能是读取这组数据时粗心引起的，①在图中圈出这组需剔除的数据；②画出本导体的图像特征。
图2
（3）乙导体的图像特征是：；在交流后大家发现多个导体的U-I图像都具有此类特征。于是，得到初步结论： ，通常称为 定律。
【反思评估】
Z0304：实验后大家进行了反思：
（1）图3同一坐标系中汇总金属甲、乙、丙导体U-I图像后，请提出一个问题？ 。
（2）本实验是否证明欧姆定律具有适用于一切导体的普遍性？理由。. 。 图3
【应用】
Z0305：导体甲两端电压为4伏，30秒内有9库电荷量通过该导体；现将导体甲接入图4(a)的另一电路，当电压表示数如4(b)所示，则通过它的电流是多少？
(a) 图4 (b)
八、教学反思
在“探究导体中电流与电压的关系”教案的打磨过程中，本着以培养学生素养为初心，以教学方法锻匠心的精神。
问初心在上海市中学物理课程标准修订中，提出学生通过中学物理课程学习形成的核心素养，主要由三个方面构成：一是描述、解释物质世界的物理概念和规律等基础知识，以及对物质世界进行观察和实验的基本技能。二是在发现和探索的认知过程中，运用物理学的思想方法，开展科学实践和科学探究活动的能力。其中，科学探究能力是中学物理课程培养的核心能力。三是探索物质世界的好奇心、质疑、求真、创新的科学精神。中学物理育人价值的落实要在教育教学中追求科学与人文的融合、求真与求善的统一。
（二）启慧心
创设情境，启发学生猜想。科学猜想过程是一个对信息加工的过程，信息来自两方面：一是猜想者自身的认知结构；二是现象或过程本身，相关信息获取得越多，越有利于猜想的展开。以“教与学”双主体为先导，用实验创设有趣的问题情境：“铅笔画接入电路中会有电流通过吗？如何让画中的电流更大些？”基于原有认知基础，学生容易猜想到改变电路中串联电池节数的方法，而对接入不同导体改变电流的方法，他们的记忆里很少有可提取的相关知识。教师往往会直接告知相关影响因素，过渡至下一环节。但学生被动接受知识的做法，违背了实事求是的科学态度，更不能启迪智慧。将导体换做形象且不规则的铅笔画图案(图1)，直观感受有助于激发学生的发散性思维，又切合学生最近发展区。
其次，学习是信息加工过程，教学素材既承载了获得结论的必要信息，也包含了许多无关信息。新手通常缺乏观察的敏锐度和针对性，这些信息同时进入感觉登记器。借助信息化技术可以使演示实例中包含的必要信息比其他无关信息更容易被学生识别。将灵敏电流表盘实物投射至大屏幕增大可见度。引导学生发现现象与物理问题之间的联系，并有理有据的表达，从而提升学生的思维品质。
图1
模仿。布鲁纳指出学生是积极的信息加工者。教师以递进的问题，为学生搭建“脚手架”，引导学生形成实验方案。异质同组，成员之间思维共享的同时认知结构互补升华。学生学会模仿专家、同伴设计实验和实验研究的方法，逐步内化为解决问题的方式。
（三）锻匠心
鉴别比较，提升思维品质。运用合适的数据处理方法是培养学生分析论证能力的载体。在探究实验中，主要采用列表或作图的方法对数据进行思维加工，但不同的方式有其优势和局限。列表法操作简单，有助于找出物理量间规律性联系，便于检查测量结果和运算是否合理。在遇到略复杂情况或物理量间存在线性关系时，借助作图法则更形象直观。课堂上学生经历两种方法分析信息，厘清两者特点，对今后自主学习和可持续发展有着深远的意义。
技术整合，辅助教学。通过实物投屏将被测对象相同的实验数据转化至薄膜坐标系中，并逐张
叠加增大数据分布范围，学生自然观察到由原“点”延伸成“线”的动态视觉效果，顺势推测范围外的数据变化趋势。启发引导学生自主发现数据间反映的规律，是发展学生创造性思维的过程。但对于运用图像法的关键问题“个别数据点偏离线的原因？”，“误差”作为教师的惯性回答，潜移默化中对学生造成了心理暗示。教师对待问题粗糙的处理方式与培养学生严谨求实的科学态度是背道而驰的。引导学生分两步走，正视课堂中生成性问题，对于“失误”查找原因并重新实验。而“误差”造成的偏离则需要借助数字化信息系统（图2：digital information system，简称DIS）进行解释。DIS具备“实时实验”的功能，实现了精度的实验数据采集、记录和分析的同步进行(图3)，强化了处理图像、误差分析等探究能力。同一问题全方位、广角度、多途径的分析思考，培养了学生解决问题的能力及实事求是的科学态度。同时体会到测量仪器从无到有，从初级向高级发展，先进信息技术为科学研究带来的便利。
图2 图3
（四）守恒心
学习中融入物理学史，帮助学生感受蕴含的教育价值。物理学不仅探索物质相互作用和运动规律等过程中的成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神等。介绍欧姆所处历史时代的研究水平及知识的局限性，欧姆在只有几毫伏电压，没有现成导体及测量电流仪器的前提下，仍坚持完成实验。学生真正体会科学家们坚持不懈的品质，养成正确的科学态度和科学精神，产生对物理知识的敬畏之情，使物理课堂教学有层次、有广度、有深度。
（五）不足之处
学生实验的局限性。通过探究导体中电流与电压的关系，初步理解欧姆定律。课堂中，学生使用的是教师提供的金属导体，基于实验建立的欧姆定律有其适用条件。虽然这些不是本节课的教学目标，但却不利于学生的可持续发展。对学有余力的学生，可作为课题或单元大任务进行研究。鼓励查阅资料，主动实验探究，以解决问题。培养学生的物理学科素养，体验所学即有用。
（六）总体感受
教师在备课时，对整体与细节的把控要有针对性。环节设计要合理、有坡度、有层次，对课堂的反应要有预设，增强应变能力。

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