初中物理电路故障口诀 初中物理电路识别中的科学方法教育

来源:办公制作 发布时间:2019-06-12 04:38:29 点击:

  摘要:在教育部颁布的《全日制义务教育物理课程标准》中,对物理科学方法教育提出了明确的要求。物理科学方法教育研究目前在理论和实践上都取得了一定的成果,但是物理科学方法教育还没有得到广泛而深入的实施,许多问题都有待于在实践中进一步探索研究。文章以介绍电路识别方法中的物理科学方法为例,阐述如何将科学方法教育与课堂教学结合。
  关键词:初中物理;电路识别;科学方法
  中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2013)03-0124-03
  物理是一门学科,同时更是一门科学,中学物理教育不仅担负着教授学生物理知识的重任,还要指导学生掌握物理研究的一些基本科学方法。正如赞可夫所说,“无论学校的教学大纲编得多么完善,学生毕业后必然会遇到他们不熟悉的科学上的新发现和新技术。那时候,他们将不得不独立、迅速地弄懂这些东西并掌握它。要迅速地弄懂这些新知识、新发现,掌握这些新技术,如果没有一套行之有效的科学方法是很难达到的。”[1]所以,科学方法教育在物理教育研究中始终是一个重要的课题,无论从当前的课程改革的实践还是从提升民族的整体素质的角度来看,做好物理科学方法教学工作,都具有鲜明而深远的时代意义。[2]
  一、科学方法教育的现状及方法
  在2011年国家教育部最新颁布的《全日制义务教育物理课程标准》中,在课程目标“过程与方法”这一维度下明确提出“通过学习物理知识,提高分析问题和解决问题的能力,养成自学能力,学习物理学家在科学探索中的研究方法,并能在解决问中尝试应用科学研究方法”的要求。我国从上世纪80年代开始对物理科学方法教育进行研究以来,虽然在理论和实践上都取得了一定的成果,但是物理科学方法教育还没有得到广泛而深入的实施,许多问题都有待于在实践中进一步探索研究。自新的课程标准实施以来,教师已经有意识地在物理教学中进行科学方法教育,以笔者自己在实习过程中与一些老教师的谈话可知,他们认可科学方法教育在物理教学中的重要性,但是由于反馈的不及时,总是感觉科学方法教育虚无缥缈,犹如一盘散沙。实际上,在进行物理教学的过程中,教师都在自觉或者不自觉地进行着某种物理学思想和物理学方法的教育,而造成以上弊端的主要原因就是对科学方法缺乏较深入的教育实践研究。[2]
  二、初中物理教学中的科学方法
  物理学科本身蕴涵着丰富的科学方法,总地说来,这些科学方法大致可以分为五类:物理方法、数学方法、逻辑方法、非逻辑方法和哲学方法。[3]其中,在初中阶段常用的科学方法主要有观察法、实验法、科学抽象法、逻辑推理法、控制变量法、类比法及想象法等。
  物理科学方法教育是一项长时间的教育研究,在此过程中需要大量的实践经验与理论总结。初中物理学习的主要目标是基础知识的学习,此时物理科学方法教育应采取先“暗线”再“明线”的方式,本文以电路识别问题为例,阐述如何在具体的问题中渗透物理科学方法教育。
  三、初中物理电路识别问题
  初中物理电学知识是重点,同时也是难点。电路问题是电学知识的代表,它将前面所学电流、电压、电阻以及欧姆定律的知识集合于一身,又是后面电功和电功率的基础,可谓是电学问题的集大成者。对于这种电学综合题,电学规律多是其难点,准确辨别串并联电路是其重点。想要正确解答关于串并联电路的问题,首先就要准确地判断电路的连接方法,准确辨别串联、并联,甚至是混联电路,才可以正确地应用地相关知识解答问题。在初中阶段,我们常用的电路识别方法有四种,分别是定义法、电流法、断路法和节点法。下面就分别介绍每种方法以及与其对应的科学方法。
  1.定义法——观察法。定义法:如果电路中各元件是逐个顺次连接起来的(首尾相连),此电路就是串联电路:如果电路各元件是并列地连接在电路两点间(首首相连,尾尾相连),此电路就是并联电路。
  例1:
  解析:图1中三只电灯依次首尾相接,然后接在电源两端,其为串联。而图2中三只电灯的左端连在一起,右端连在一起,然后接在电源两端,其为并联。
  根据定义法识别电路主要应用观察法,观察是最基本、最古老、最直接的科学方法,观察是人们在自然发生的条件下对自然现象进行考察的一种方法,自然科学研究中的观察方法又称为科学观察。观察法作为当今严密的科学研究中最常用的方法之一,如何让学生掌握观察法的步骤,教师在这一过程应该发挥引导作用。以上面两图为例,教师在讲解是的第一句话经常是“同学们来看一下这两个图”,这里的“看”不是单纯地看,教师隐含的要求是同学们在看的过程中要思考,这就与观察的目的一致了。为了渗透观察法教育,教师这时不妨将自己的“看”替换为“观察”,久而久之,学生在遇到电路问题时,第一件事就是要观察电路。在学生知识积累到一定程度时,教师可以系统地讲解观察法,“明暗”结合,最终让学生掌握观察法的操作方法。
  2.电流法——类比法。电流法:从电源的正极开始沿电流的方向观察。若电流无分支,逐个经过所有的用电器回到电源的负极,即电流只有一条路径,该电路为串联电路。若电流从电源正极出发后,分成几路分别通过不同的用电器后回到电源的负极,即电流在某点分流,在某点汇合,有多条路径,该电路为并联电路。
  例2:
  解析:如图3,电流从电源正极出发,依次通过电灯L1、L2、L3回到电源的负极,有且只有这一条路径,则其连接方式为串联。如图4,电流从电源正极出发,可以分别通过电灯L1、L2、L3回到电源负极,有三条路径,所以其连接方式为并联。[4]
  利用电流法判断电路时,可以巩固有关类比法的知识。类比法是根据两个对象之间在某些方面的相似或相同,从而推出它在其他方面也可能相似或相同的一种推理方法。由于电流不好观察,教师在讲解电流这一课时,已经用过将电流比成水流来便于学生理解。利用电流法识别电路,重点是清楚电流从电源正极回到电源负极的路径,并在图中做出标示。在此处,教师在讲解电流流向时,也可以通过以熟悉的水流的形式讲解,这样既形象,又能够巩固学生对类比法的掌握。   3.断路法——实验法。断路法:断开其中一个用电器,看其他用电器是否还能工作,若其它用电器都不能工作,则这几个用电器是串联的;若其它用电器照常工作,则这几个用电器是并联的。由于这一方法中用电器的工作与否易于观察,可以应用实验法进行教学。
  例3 如图5,闭合三只开关时,试判断三只电灯的连接方式。
  解析:如图所示,闭合三只开关,我们采用去用电器识别法,若去掉电灯L1,则电路如图6所示,电灯L2、L3依然工作,说明L1与L2和L3是并联的;在此基础上再去掉 L2,电路如图7所示,L3依然能工作,说明L2与L3也是并联的;由以上两步可以判断这三只电灯的连接方式为并联。
  上面的分析方法要求学生具备一定的简化电路的能力,如果是在电路识别的初期教学中,用物理实验将这一过程完整地表现出来,学生对串并联电路的直观印象会更加深刻。物理学是以实验为基础的一门基础科学,实验是物理学最基本、最重要的研究方法,锻炼学生的自主探究实验能力也是新课标对我们提出的要求,同时实验探究部分也是中考的重要考点。实验方法和观察方法相比较所不同的是,实验方法是指人们根据一定的科学研究目的,利用科学仪器设备,在人为控制或模拟的特定条件下,排除各种干扰,对研究对象进行观察的方法。断路法的主要特点是观察一个用电器对其他用电器的影响,如果光靠想象,学生印象并不会深刻,教师在介绍这一方法时,可以先将电路图连接好,制定好探究过程,让学生自主探究并观察串并联电路拆除其中一个用电器对其他用电器的影响,既锻炼了学生的动手能力,也锻炼了他们的自主探究能力。
  4.节点法——科学抽象法。节点法:是在识别电路的过程中,不管电路有多复杂,只要导线上没有用电器和电源(开关可视为导线),导线两端可以视为同一点,这样就可以找到用电器两端的公共点,然后把公共点按原电路连在电源上,就得到了等效电路,从等效电路中就可以很容易判断电路的连接方式了。
  例4 如图8所示的电路,试判断三只电灯是串联还是并联?
  解析:我们采用节点法进行判断,首先在电流分流和汇流处标上字母A、B,且同一根导线标相同的字母,如图9所示。则从图9中不难看出L1、L2、L3三只电灯的两端都连在A、B上,且A连在电源的正极,B连在电源的负极;则等效电路可画成图10所示。由此可见,三只电灯是并联的。[4]
  节点法是四种电路识别方法中最难的一种,也经常用到一些复杂电路的判断上。根据节点法判断电路,除了需要一定的观察能力,更需要学生发挥抽象思维进行想象。抽象法是一种分析问题的方法,用最简洁的语言来表达就是:把复杂的现象转化成简单的模型,从复杂到简单。大多数学生看到上面例题中电路图的反映都是不知所措,无从下手。教师在讲授过程中应引导学生,在初中阶段,导线电阻可以忽略的情况下,可以把导线想象成一根可以伸缩的橡皮筋,没有用电器的导线可以伸缩到一点,这样形象地讲解有利于学生想象,帮助其抽象能力的形成。
  以上每种电路分析方法对应的物理科学方法并不唯一,而且大多数的物理问题都需要几种科学方法结合在一起分析。
  参考文献:
  [1]赞可夫.和教师的谈话[M].北京:教育科学出版社,1980:257.
  [2]孟昭辉,费金有.物理学的科学方法教育探讨[J]课程·教材·教法,2004:12.
  [3]支林毅.识别串、并联电路的五种方法[J].新课程,2011,(2):93-94.

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