串聯(lián)和并聯(lián)電路的教學(xué)研究

串聯(lián)和并聯(lián)電路的教學(xué)研究摘要電流和電路是電學(xué)的基礎(chǔ)，串聯(lián)、并聯(lián)是電路中兩種最基本的連接方式，串、并聯(lián)電路的識別是學(xué)好電學(xué)必不可少的，串聯(lián)和并聯(lián)電路的電流規(guī)律及實驗探究是是同學(xué)們學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。但對于初學(xué)電學(xué)的中學(xué)生倆說非常難。本文以高端備課的研究觀點(diǎn)，科學(xué)方法顯化原則，立足于物理學(xué)的本質(zhì)和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律結(jié)合串并聯(lián)電路特點(diǎn)，就串并聯(lián)電路的教學(xué)設(shè)計論述自己的觀點(diǎn)。關(guān)鍵詞：串、并聯(lián)電路科學(xué)方法顯化對于串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的學(xué)習(xí)，有些學(xué)生感到困難，特別是對于串、并聯(lián)電路的識別和一些物理規(guī)律、公式等不能靈活的運(yùn)用，遇到綜合型試題就無從下手。筆者分析，造成這種現(xiàn)象的原因是：講課時的概念、規(guī)律和串、并聯(lián)的特點(diǎn)等是一個一個地講，例如：北師大版，九年級物理，在第十一章“簡單電路”，第二節(jié)“學(xué)生實驗：組裝電路”中初步認(rèn)識了串聯(lián)和并聯(lián)電路，在第四節(jié)“電流”第五節(jié)“電壓”中又分別的介紹了電流與電壓在串、并聯(lián)電路中的特點(diǎn)與規(guī)律，在第十二章“歐姆定律”，第三節(jié)“串、并聯(lián)電路中的電阻關(guān)系”中，研究串、并聯(lián)電路的電阻關(guān)系。這樣人為地把這些知識點(diǎn)割裂開來，同學(xué)們對這些知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)和理解也是比較片面和孤立的。然而，對電路的學(xué)習(xí)需要綜合分析和討論，對這些概念、規(guī)律和串、并聯(lián)的一些特點(diǎn)要有一個全面的認(rèn)識，深刻地理解它們的物理意義，才會運(yùn)用自如。有鑒于此，筆者將串、并聯(lián)電路的認(rèn)識、特點(diǎn)放在學(xué)生歐姆定律以后統(tǒng)一進(jìn)行。由于課時的限制，在本教學(xué)設(shè)計中，只對串、并聯(lián)電路的認(rèn)識與判斷方法進(jìn)行研究。在北師大版物理課本中，實驗器材有開關(guān)、導(dǎo)線、電池組和小燈泡，因為電流具有看不見、摸不到的特點(diǎn)，實驗運(yùn)用轉(zhuǎn)換法以小燈泡的亮、滅狀態(tài)來檢查電路的狀態(tài)，具有非常高的實踐意義，但是實驗提出用開關(guān)控制燈泡的方式來判斷電路的連接方式過于武斷，也不符合邏輯。學(xué)生不禁要問還有沒有第三種連接方式？并且課文中沒有顯化串、并聯(lián)電路的判斷方法，為此筆者提出了新的教學(xué)設(shè)計，并進(jìn)行科學(xué)方法顯化教學(xué)。對串、并聯(lián)電路的認(rèn)識根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論，中學(xué)生還主要出于具體運(yùn)算階段，處于具體運(yùn)算階段的兒童，其運(yùn)算一般還離不開具體事物的支持，還要依靠物體、事物和能觀察到的實際事物來進(jìn)行，不能依靠詞語、假設(shè)來進(jìn)行。因此，對學(xué)生教學(xué)，應(yīng)盡可能的分化難點(diǎn)，減少干擾。根據(jù)科學(xué)方法顯化原則，通過實驗法幫助學(xué)生認(rèn)識和學(xué)習(xí)串并聯(lián)電路,使用對比法觀察串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的異同。根據(jù)上述原則，制定如下授課流程：在學(xué)生學(xué)會連接一個燈泡亮起來的簡單電路的基礎(chǔ)上增加一個燈泡，要求讓兩只燈泡都亮起來，來觀察一共有幾種連接方法。通過對實驗的分析，為了降低實驗的難度，去掉開關(guān)，這樣給學(xué)生的材料有：電池一節(jié)，燈泡兩個，導(dǎo)線四根，給學(xué)生四根導(dǎo)線的意圖，是因為用四根導(dǎo)線學(xué)生剛好可以完成這種串、并聯(lián)電路的連接又會減少學(xué)生盲目使用大量導(dǎo)線的無效連接。學(xué)生通過自己的排列、組合，最終會發(fā)現(xiàn)無論怎么排列兩只燈泡，電路的連接方式，有且只有兩種。學(xué)生通過自己獲取的知識比教師直接的講授更易于形成自己的認(rèn)知圖式。實驗后做出總結(jié)，把兩只燈泡首尾相連逐次連接，只有一個回路的稱之為串聯(lián)電路，把兩只燈泡并列連接，形成多個回路的稱之為并聯(lián)電路。在此過程中學(xué)生還學(xué)會了蘊(yùn)含其中的連接電路的方法，如：把元器件首尾相連，然后連接到電路中就形成串聯(lián)電路，把兩個元器件頭部相連、尾部相連，然后再連接到電路中就形成了并聯(lián)電路。最終學(xué)生對串、并聯(lián)電路的形狀特點(diǎn)產(chǎn)生一個直觀、清楚地認(rèn)識。對照實物，可以順利的畫出電路圖。對照電路圖講明“干路”，“支路”，“節(jié)點(diǎn)”的概念。進(jìn)一步增加實驗難度，增加一個開關(guān)，然后讓學(xué)生將這一個開關(guān)連接到電路中，研究開關(guān)在電路中的位置以及開關(guān)對電路的控制作用，并做好記錄，完成表1的填寫。連接方式電流有幾條路徑開關(guān)對燈泡的控制（分情況說明）燈泡是否可以獨(dú)立工作表1判斷串聯(lián)電路和并聯(lián)電路串、并聯(lián)電路的區(qū)分方法是本節(jié)課的重點(diǎn)也是教學(xué)難點(diǎn)，同時也為以后計算復(fù)雜電路中電壓、電流、電阻以及電功率奠定基礎(chǔ)，那么如何判斷串、并聯(lián)電路呢？根據(jù)科學(xué)方法顯化原則，學(xué)科方法的教學(xué)不僅要點(diǎn)明學(xué)科方法的內(nèi)涵、步驟，更要講明每個步驟的過程，講明科學(xué)方法的本質(zhì)。在講授學(xué)科方法的同時還要積極調(diào)動思維方法的參與。根據(jù)科學(xué)方法顯化原則，把原本蘊(yùn)含在科學(xué)知識中的判斷方法顯化出來。定義法根據(jù)串、并聯(lián)電路的定義來判斷電路，用電器的連接有兩種最基本的方式，把用電器按個逐次首尾相連起來的方式就是串聯(lián)；把用電器并列地連接起來的方式是并聯(lián)。在串聯(lián)和并聯(lián)的電路中，用電器的連接方式不一樣，那么它們的電流路徑也會不一樣，串聯(lián)電路沒有分支；并聯(lián)電路電流路徑有分支。所以如果沒有電流分支的是串聯(lián)電路，有電流分支的是并聯(lián)電路。斷路法如果一個電路模型，不能從外觀上看到電流路徑，就不能用有沒有支路的判斷方法對串、并聯(lián)電路做出有效的判斷，必須尋找新的判斷方法，跟據(jù)上面的實驗可知，在串聯(lián)電路中拆掉一個燈泡，另外一個燈泡就會熄滅，而并聯(lián)電路，拆掉一個燈泡，另外一個燈泡仍然亮著。有此可知，在某一個電路中，如果一個用電器對另外一個用電器產(chǎn)生影響，就是串聯(lián)電路，沒有影響就是并聯(lián)電路。電位法電流從電源的正極出發(fā)，經(jīng)過用電器回到電源的負(fù)極，由定義法可知，電流只有一條路徑的是串聯(lián)電路，有多條路徑的是并聯(lián)電路，但是在稍微復(fù)雜一點(diǎn)的電路圖中，學(xué)生很難判斷電流的真實流向，CBDA圖1CBDA例如圖1中，學(xué)生對電流的流向判斷不清，有學(xué)生誤以為L2和L3會被C-D段導(dǎo)線短接，產(chǎn)生閉合開關(guān)后只有燈L1亮的錯誤想法，在此可以用比喻的方法來引導(dǎo)學(xué)生，將電位比喻成水位，水是由水位高得地方流向水位低的地方，同理，電流是由電壓高的地方流向電壓低的地方，在同一根導(dǎo)線上，只要沒有用電器電壓是相同的，正如在同一個水平面的水一樣。因為A-B之間沒有用電器所以A，B兩點(diǎn)電壓大小相同并大于C點(diǎn)和D點(diǎn)，所以電流的流向是A-L1-C，A-B-L2-C，B-L3-D，如圖2所示，明顯這是一個并聯(lián)電路。圖2去表法在有電流表或電壓表的電路中，串聯(lián)的電流表或并聯(lián)的電壓表可能會對學(xué)生對電路的判斷產(chǎn)生干擾。首先，用一個電壓表和兩個電壓表串聯(lián)的方式來測同一個電池組電壓的方式引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生了解電壓表的實質(zhì)。電壓表的內(nèi)阻很大，并聯(lián)到電路里通過它的電流很小，可以忽略不計，這時候相當(dāng)于斷路，例圖3，等效電路如圖4。是一個串聯(lián)電路。而電流表的內(nèi)阻非常小，在分析電路結(jié)構(gòu)時，可以視為一條導(dǎo)線。圖3 圖4只要掌握以上四種方法，就能正確的識別電路，遇到任何分析電路結(jié)構(gòu)的問題都可以迎刃而解。教學(xué)設(shè)計反思與啟示筆者認(rèn)為，教學(xué)設(shè)計同時是以一種教學(xué)科學(xué)，不僅要兼顧知識的邏輯性，同時還要注重兒童的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，不僅要傳授知識，還要講解方法，提升能力。從上述教學(xué)設(shè)計中，我們得到如下啟示：按照科學(xué)方法的邏輯進(jìn)行教學(xué)在傳統(tǒng)教學(xué)中，往往是從傳授知識的角度來設(shè)計教學(xué)的程序。這樣做雖然也能使學(xué)生從中學(xué)到一些科學(xué)的方法，但學(xué)生對科學(xué)方法的理解往往是表面的、膚淺的并且是零星的、不連貫的，同時教學(xué)效果也會收效甚微。如果按照科學(xué)方法的邏輯去組織教材，安排教學(xué)進(jìn)度，把科學(xué)方法作為核心，而不是把科學(xué)知識作為核心，則優(yōu)勢更加明顯。如在本教學(xué)設(shè)計中，如何研究問題（實驗法）-如何實驗（轉(zhuǎn)換法）-如何處理數(shù)據(jù)（列表法）-如何得出結(jié)論（對比法）。這樣進(jìn)行教學(xué)，把科學(xué)方法體現(xiàn)在知識的認(rèn)知過程中，按照學(xué)生的認(rèn)知模式進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生真正的領(lǐng)略到科學(xué)方法和科學(xué)知識的內(nèi)涵，并得到能力的提高。讓學(xué)生用科學(xué)方法解決問題科學(xué)的方法的真正掌握，必須要在探索和發(fā)現(xiàn)中進(jìn)行，這正是科學(xué)方法和科學(xué)知識的不同之處?？茖W(xué)知識既可以用于接受式教學(xué)又可以用于發(fā)現(xiàn)式教學(xué)，而科學(xué)方法必須用發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)方法才能使學(xué)生真正掌握，學(xué)生不親自經(jīng)歷運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行探索和發(fā)現(xiàn)，就很難發(fā)現(xiàn)科學(xué)方法的關(guān)鍵與要素，更難于體會科學(xué)方法某些可以意會，難以言傳的奧妙之處。而這種探索的過程，正是學(xué)生將科學(xué)方法內(nèi)化成自己的認(rèn)知圖式的過程。一旦學(xué)生完成這一過程，科學(xué)方法便成為學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)單元，隨時調(diào)用，從而促進(jìn)學(xué)生能力提高。在本教學(xué)設(shè)計中，給出學(xué)生有限的實驗材料，提出連接電路的簡單要求，而不增加其它的限制，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生對元器件進(jìn)行排列組合，探索研究，最終發(fā)現(xiàn)電路的基礎(chǔ)連接方式有且只有兩種：串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，而其它的復(fù)雜電路只是這兩種基本電路的組合與重復(fù)。學(xué)生通過自己的探索研究得出結(jié)論更容易形成自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)單元，而不會產(chǎn)生有沒有第三種連接方式的疑問。最后顯化掩藏在串、并聯(lián)電路知識中的判斷方法，提升他們在實際運(yùn)用中的能力。物理實驗應(yīng)該以簡單性為原則實驗簡單易于學(xué)生操作，由于中學(xué)生的認(rèn)知水平較低，實驗動手能力不足，過于復(fù)雜的實驗材料、儀器和操作條件可能會限制學(xué)生的創(chuàng)造性發(fā)揮，在本教學(xué)設(shè)計中，實驗中去掉了電源開關(guān)，只保留了三個元器件和四根導(dǎo)線，分化了實驗難度，減少實驗干擾，更易于得出結(jié)論。麥克斯韋曾經(jīng)說：“這些實驗的教育價值，往往與儀器的復(fù)雜性成反比，學(xué)生用自制的儀器，雖然經(jīng)常出毛病，但他卻會比用仔細(xì)調(diào)整好的儀器學(xué)到更多的東西，仔細(xì)調(diào)整好的儀器學(xué)生易于依賴，而不敢拆城零件?！边@很好的說明了簡單儀器的教育價值。在教學(xué)過程中，不僅要向?qū)W生講授知識，更要講授方法，從知識中心向科學(xué)方法中心轉(zhuǎn)變，因此，為了使學(xué)生掌握科學(xué)方法，在科學(xué)教育中，必須創(chuàng)設(shè)良好的認(rèn)知情境，讓學(xué)生主動地觀察、討論、思考、實驗，并對學(xué)生的探索進(jìn)行指導(dǎo)，使學(xué)生沿著