以问题驱动教学　助解题能力提升

摘要

教材为培养学生能力提供了方向，课堂为培养学生能力提供了渠道。不同的教学方式会导致学生的学习效果不同。以苏科版“电流、电压”教学为例，学生经历体验、知道、理解的过程，理解其核心本质。引导学生从本质出发，回看并会看问题，从而轻松解决难题，促进科学思维的养成。以此总结出物理课堂教学策略：不能舍本求末，要让学生掌握一题多变、多变归本的特性，实现“教是为了不教”的终极目标。

Graphical abstract

关键词

问题驱动 / 电流 / 电压 / 电路 / 科学思维

帮助学生养成科学思维的路径有很多，但任何一条有效的路径都离不开教师的深度备课。在备课过程中，教师需要深入学习课程标准，深入研究教学内容，并密切关注学生在“探究、知道、理解”之间的转化程度。由此引申出，教师需要不断挖掘“万变不离其宗”的问题本质，挖掘得越准确、越深入，学生学习起来才会越有兴趣，对新知识的期待也会越高，学生才能有效开展探究活动，积极掌握相关概念，并深度理解相关规律，逐步形成科学思维。

《义务教育物理课程标准（2022年版）》强化了课程育人导向，优化了课程内容结构，有助于教师把握教学的深度和广度^［1］。具体到物理课程的电学单元，其中的电流、电压、电阻、电功率等电学知识要求学生知道，仅欧姆定律要求其理解即可。为提升教学质量，笔者对这一单元的“电流、电压”教学进行以下探讨，以期为培养学生科学思维的物理课堂教学提供参考。

1 问题源起，以题促教

【例题1】如图1所示，电源电压为3 V，闭合开关发现电流表、电压表示数都为0，将一根导线的一端接在电源正极，另一端依次试触编号为a、b、c、d的4个接线柱，当接触到d时，电压表开始有示数且为3 V，电流表示数仍为0，经进一步检查，电流表及各接线柱完好，则电路中所有可确定的故障是。

本题为某市中考题中得分率最低（不足40%）的一空^［2］，本题对应的教学章节为苏科版物理九年级第十三章“电流、电压”，直接考查了学生对电流、电压知识的掌握情况及运用知识解决问题的能力。因为其考查要求较高，加上学生对知识理解不深刻，所以正确率偏低。

2 追疑溯源，抓本定宗

卢义刚等^［2］分析了学生得分率低的原因，如思维能力不足、知识方法欠缺、阅读能力有限等，并通过5个问题阐述了解决办法。那么在教学中，有无其他路径帮助学生掌握电流、电压等知识，培养其科学思维，从而准确解答此类题目呢？为回答问题，笔者比较以下教学方案并加以阐述。

2.1 方案1：苏科版教材采取的方案

【情境】小明在做连接小灯泡电路的实验时，发现闭合开关后，小灯泡亮起来。为什么小灯泡会亮起来？这是因为有电流通过。当水流流过水轮机时，能使水轮机转动起来。与此类似，电流通过灯丝，也能使小灯泡亮起来。

师：如图2所示，水管中水流的形成是由于水管两端存在水压差，而水泵的作用就是不断将水从低处抽到高处，使水管两端维持一定的水压差。那么，电路中形成电流的原因是什么？

生：这是由于电路两端存在电压。

【教学反思】①电流和电压是学生较为陌生的物理量。在学生尚未完全理解这些概念的情况下，直接用生活体验感不强的例子来引导学生理解电流能让灯泡亮起来，以及电压是形成电流的原因，这种知识传授方式略显生硬，学生可能会感到有些突兀；②在学习电流、电压时，学生往往不清楚为什么要将这些物理量与水进行类比，也不清楚为什么要用水引入这两个物理量，更不会对后续探究电流与电压的关系、欧姆定律、电功率等知识有所期待。

2.2 方案2：符合学生认知的策略

【情境】小明家中有吸顶灯、筒灯、吊灯、灯带等不同类型的电灯，这些电灯是串联还是并联连接的？亮度都一样吗？为什么亮度会相同或不同？请用不同规格小灯泡L₁（3 V，0.2 A）、L₂（3 V，0.1 A）、L₃（3 V，0.3 A）、干电池、电池盒、灯座、导线和开关等器材进行模拟。

【学生活动】将灯泡L₁、L₂按并联方式连接电路，闭合开关，比较灯泡的亮暗，观察电池和灯泡上的数据信息。学生通过阅读课本，了解这些数据的物理名称，初步解开灯泡亮暗之谜。当灯泡L₁、L₂的电压都是3 V时，通过灯泡L₁的电流更大，所以显得更亮。

【教师引导】如果把灯泡L₁、L₂串联起来，哪只灯泡会更亮？学生猜测灯泡L₁会更亮。

【学生活动】学生实验后发现灯泡L₂更亮，这一结果与预期不符，引发认知冲突，使他们陷入困惑之中。

设计意图：灯泡L₂更亮的现象将会在今后的学习中得到解决，设计意图是为电功率的教学创造活动体验，营造学生对电功率学习的期待感。

【教师引导】灯泡L₂更亮是否说明流过L₂的电流更大？请阅读课本，查找测量电流的仪器（电流表），并自学其使用方法，通过实验验证猜想。

【学生活动】将3只电流表分别接入电路中的A、B、C点（图3），发现3只电流表的示数相等。根据教师的提示更换其他规格的灯泡，再次记录电流表示数，发现虽然电流表示数发生了变化，但3只电流表示数仍相等。

【教师引导】请按照图4所示的电路，将6只电流表分别接入电路中的1~6点，观察电流示数的变化情况。

【学生活动】学生实验后发现，电流表2与3，4与5，1与6的电流大小相等，电流表1（电流表6）的电流等于电流表2（电流表3）与电流表4（电流表5）的电流之和。更换灯泡位置，发现尽管电流表1~6的电流示数都发生了变化，但等量关系不变。

【教师引导】电路中的电流一定相等需要满足什么条件？

【结论】在同一条电路上的电流一定相等，比电流要看“电路”。

【拓展】学生自学电压表使用方法，将电压表并联在元件两端，学生得出结论：比电压要看“元件两端”。

【教师引导】为什么并联电路中，电压相等，电流却不相等？这是由于灯泡的什么不同？为学习电阻、欧姆定律作铺垫，留下悬念。

【结论】结合之前的电流探究可知：同一条“电路”上的“电流”相等，任意两个元件相同“两端”的“电压”相等。

【教学反思】从生活走向物理，以问题引领学生的探究欲，让学生主动学习电流、电压。在探究后知道，知道后理解，潜移默化地让学生深刻掌握电学的本质及其规律；而解决电学问题的本质在于弄清“电路”（电流）和“元件两端”（电压），这有助于学生科学思维的养成。在教学中遇到问题时，教师要适当“捂被子”，给予学生领悟的时间和空间，促其在探究中生成认知冲突，并解决冲突。

3 学以致用，促成内化

3.1 例题1解析

电流是指电路上的电流，其为0时，始终断路；当导线一端接触到d时，电压表已有示数，故可确定电阻R断路。再结合试触发生变化的点在c、d之间，故在c、d间时，导线一定起到了作用。或者说，只有c、d间一定断路时，才能让导线在此起到作用，即滑动变阻器断路。通过电流取决于电路这一特征，紧紧围绕电流与电路的关系，问题被逐一巧妙解决。

3.2 拓展例题及其解析

【例题2】如图5所示，电流表量程0~0.6 A，电压表量程0~3 V，滑动变阻器规格“50 Ω，1 A”，电源电压3 V，若控制A、B间电压保持2 V不变，为了多测量几组数据，A、B间允许接入电阻R的取值范围是多少^［3］？

解析：①“电流”是“电路”上的电流。故要让电阻的电流不超过允许的最大值I_max=0.6 A，易得：R_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}=\frac{U_R}{I_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}}=\frac{\mathrm{2}\mathrm{V}}{\mathrm{0.6}\mathrm{A}}\approx \mathrm{3.33}\mathrm{\Omega }；②“电压”是“元件两端”的电压，故滑动变阻器两端的电压将恒为U_{\mathrm{P}}=U-U_{\mathrm{R}}=\mathrm{1}\mathrm{V}。根据分压原理，易得：R_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\frac{U_{AB}}{U_{\mathrm{P}}}{R}_{\mathrm{P}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\mathrm{100}\mathrm{\Omega }。综上得出：A、B间允许接入电阻R的取值范围是3.33～100.00 Ω。

【例题3】将标有“6 V，6 W”和“9 V，3 W”字样的灯泡{\mathrm{L}}_{\mathrm{1}}和{\mathrm{L}}_{\mathrm{2}}以不同方式连接并使用，假设两灯泡的电阻始终不变，试回答以下相关问题：

（1） 若将灯泡{\mathrm{L}}_{\mathrm{1}}和{\mathrm{L}}_{\mathrm{2}}串联，电路两端允许添加的最大电压为多大？

（2） 若将灯泡{\mathrm{L}}_{\mathrm{1}}和{\mathrm{L}}_{\mathrm{2}}并联，干路中允许通过的最大电流为多大？

解析：（1） 两只灯泡串联，则这两只灯泡的电流相等，故先求出各自的最大允许电流，即：{I_{\mathrm{1}}}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\frac{P_{\mathrm{1}\mathrm{额}}}{U_{\mathrm{1}\mathrm{额}}}=\frac{\mathrm{6}\mathrm{W}}{\mathrm{6}\mathrm{V}}=\mathrm{1}\mathrm{A}；{I_{\mathrm{2}}}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\frac{P_{\mathrm{2}\mathrm{额}}}{U_{\mathrm{2}\mathrm{额}}}=\frac{\mathrm{3}\mathrm{W}}{\mathrm{9}\mathrm{V}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\mathrm{A}。通过比较发现：{I_{\mathrm{1}}}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}>I_{\mathrm{2}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}，故电路允许的最大电流I_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=I_{\mathrm{2}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\mathrm{A}。由两灯泡电阻始终不变可知：电路两端允许添加的最大电压U_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=U_{\mathrm{1}}+U_{\mathrm{2}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}{U}_{\mathrm{1}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}+U_{\mathrm{2}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}；代入物理量可得：U_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\mathrm{11}\mathrm{V}。

（2） 两只灯泡并联，所以这两只灯泡的电压相等。通过比较发现：，故电路两端允许添加的最大电压为U_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=U_{\mathrm{1}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\mathrm{6}\mathrm{V}。由两灯泡电阻始终不变可知：干路中允许通过的最大电流：I_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=I_{\mathrm{1}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}{I}_{\mathrm{2}\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}；代入物理量可得：I_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{9}}\mathrm{A}。

4 结语

对于例3，若学生不能深刻掌握电流、电压的内涵，则有：第一问，学生容易直接将两只元件的电压相加，从而得出\mathrm{15}\mathrm{V}的错误结论；第二问，学生容易算出两只元件的最大电流，然后直接相加，得出\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}\mathrm{A}的错误结论。例1、例2两道例题的解法，思路更加简单直接。学生通过抓住问题的决定性因素，轻松、顺利地解决了电学难题，增强了学好物理的信心，对新知识充满期待。由此可见，科学地让学生经历探究、知道、理解的过程，不仅能够潜移默化地提高学生的解题能力，还能提升学生的科学素养和学习兴趣。物理学习既不能只追求公式的记忆，也不能生硬地探究物理量之间的关系。舍本求末，会导致漏洞百出。从追求教育公平的角度出发，教师要精心设计出符合学生认知的实验活动，让更多的学生都能在探究中生成冲突，并在解决冲突的过程中锤炼学生的思维能力，进而引领学生找到本质规律，让学生从被组织走向自组织，掌握一题多变、多变归本的特性，实现“教是为了不教”的终极目标。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育物理课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 卢义刚，马昌顺.以“问题·探究”成就思维与素养：以“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”深度备课为例［J］.物理教学，2021，43（02）：42-46.

[3] 沈伟云.基于理性思维培养的初中物理实验拓展性教学：以“探究电流与电压、电阻关系”实验教学为例［J］.物理教学，2019，41（03）：58-59，57.