学会科学方法，提升探究效度 “影响导体电阻大小的因素”的课例研究214一、问题提出的背景在研究“影响导体电阻大小的因素”的教学时，一些教师为了图方便，让学生通过猜想和分析就得出结论, 诚然，学生通过分析和猜想不难分析出电阻大小可能与导体的长度、横截面积、材料等有关。但这不是科学的态度，也影响了探究的深度，更重要的时失去了一次让学生一次亲历性地学习科学研究方法的良好机会。因为探究“影响导体电阻大小的因素”这一教学内容是让学生学习运用控制变量法的最佳机会。由此我想到能不能结合“影响电阻大小的因素”的探究，让学生重点学会运用控制变量法这一科学研究中最常用的方法。于是就有了下面课例的尝试。二、课例展示 1.复习导入【复习引入】导体和绝缘体的区别是什么？导电能力的差异 这说明什么？说明各种材料的导电能力是不同的。影响电阻大小的因素之一：材料1.1.展示各种电阻，或实物或图片， 1.2.提出研究的问题：影响导体电阻大小的因素会有哪些？（注意：科学猜想以事实为依据，不是瞎猜！）1.3.整理各种猜想，说明猜想依据猜想一 导体的电阻可能与导体的长度有关猜想二 导体的电阻可能与导体的粗细有关猜想三 导体的电阻可能与导体的材料有关猜想四 导体的电阻可能与导体的温度有关（有学生提出：与电流、 电压有关告诉学生以后学了电压之后再探究）2.设计实验电路2.1.怎样才能知道哪个导体的电阻大？（回顾上堂课的实验方案。）通过比较电灯的亮度或是电流表上显示的电流大小来比较与之串联的导体电阻大小。2.2.与同学讨论，设计实验方案，并画出相关的电路图，交流并修正后进行实验。3.实验过程 3.1.探究导体电阻与导体长度的关系3.1. 1.控制导体不变量：导体的材料、 粗细、 温度3.1. 2.控制导体变量：导体的长度不同思考：实验室里有两种导线,一种是导电能力很强的铜线(电阻很小) ,还有一种导电能力很差的镍铬合金线(电阻较大) , 你认为用哪一种作为本实验的被测导体较好？3.1. 3.根据实验结果填写表格导体长度（cm）直径（mm）材料小灯泡发光情况电流大小导体电阻甲200.5电阻丝暗小 大乙100.5电阻丝亮大 小3.1.4.得出实验结论：同种材料相同横截面的导体，导体越长，电阻越大。3.2. 探究导体电阻与导体粗细的关系3.2.1.控制导体不变量：导体的材料、长度、温度3.2.2.控制导体变量：导体的粗细不同如何选材？如何较准确的测量一根金属丝导线的直径？ 回顾科学第一册中的“累积法”测微小量。使用上一个实验的设计方案，进行实验。3.2.3.根据实验结果填写表格导体长度（cm）直径（mm）材料小灯泡发光情况电流大小导体电阻甲200.5电阻丝暗小 大乙201电阻丝亮大 小3.2.4.得出实验结论：同种材料相同长度的导体，导体横截面越大，电阻越小。 3.3.探究导体电阻与导体材料的关系3.3.1. 控制导体不变量：导体的粗细、长度、温度3.3.2. 控制导体变量：导体的材料不同（如何选材？指导学生选用铜丝与电阻丝）使用上一个实验的设计方案，进行实验。3.3.3.根据实验结果填写表格导体长度（cm）直径（mm）材料小灯泡发光情况电流大小导体电阻甲201电阻丝暗小 大乙201铜丝亮大 小3.3.4.得出实验结论 同种长度相同横截面的导体，电阻大小与材料有关。3.4.研究导体电阻与温度的关系3.4.1. 控制导体不变量：导体的粗细、长度、材料3.4.2. 控制导体变量：导体的温度不同回顾上一堂课“烧红了的玻璃能导电”温度升高，电阻减小。提问：金属也是这样的吗？如何使导体的温度发生改变？酒精灯加热使用上一个实验的设计方案，进行实验。3.4.3.根据实验结果填写表格导体长度（cm）直径（mm）材料小灯泡发光情况温度电流大小导体电阻甲201电阻丝暗高小 大乙201电阻丝亮低大 小3.4.4.得出实验结论：导体的电阻大小与导体的温度有关，温度越高电阻越大。揭示矛盾的存在：“烧红了的玻璃能导电”。突出金属导体的电阻与温度有关，温度越高电阻越大。思考：当金属导体的温度降低时，其电阻会如何变化呢？推理：金属导体的温度降到一定程度时，电阻会变为0！超导现象！三、教后的体会与反思 1教学中自己感到满意的几点1.1.把控制变量法融入创设的实验情境之中。 课堂从复习引入，为学生呈现了不同材料的导体的图片和实物情境。在实验中: 将长短、粗细不同的导线和材料不同的导线, 接入电路中, 学生观察到小灯泡明暗程度不同, 分析出电路电流变化, 进而知道, 导体都能导电, 但导电本领不同。因此, 导体对电流有阻碍作用电阻。学生从学生自身经验出发, 大多数学生认识到影响水流大小是渠道的阻碍作用因起的，在实验创设的真实情境中进一步加深了对电阻概念的理解。1.2.在实验过程中注重剖析典型, 引发猜想。首先是在实验前让学生猜想，引导学生要证明猜想是否正确就必须进行实证性实验，自然引出科学研究方法之一控制变量法。在实验中引导学生观察的重点放在介绍接入电路中导体的相同点和不同点, 有利于发现电阻大小因素与导体的长度、横截面积、材料等有关。1.3.自始至终强调控制变量法的运用, 设计实验探究。通过上述的分析, 猜想, 学生不难分析出电阻大小可能与导体的长度、横截面积、材料等有关。此时, 老师引导,当研究一个物理量大小与几个因素变量有关时, 我们用什么方法来研究呀! 学生几乎都能明确回答控制变量法。基于这个思想, 学生按教科书中的内容, 都能设计出实验方案了, 师生能够探究出电阻大小与哪些因素有关。 2.对控制变量法引入初中科学教学必要性的重新认识2.1.科学知识内在的规律要求我们在教学中重视科学研究方法的引入。一般来说， 自然界发生的各种科学现象往往都是错综复杂的， 我们所研究的科学对象往往也不是孤立存在的，而是多种因素相互交错、共同起作用的。我们在对这些科学现象进行研究的时候，应该考虑到影响科学现象的各种因素。为了研究某一个因素对科学的影响，可以将另外的因素控制起来，使它们保持不变，以便观察各研究该物理现象与该因素之间的关系， 这种研究问题的方法就是控制变量法。2.2.初中科学教学中引入控制变量法符合学生的认知规律从知识结构形成的角度看，科学方法作为一种基本的研究方式和方法， 它纵横交错、贯穿于整个知识领域之中，使不同的知识相互联系并形成知识结构。从认知结构形成的角度看， 我们认为，只有通过科学方法的参与，客观存在的科学知识结构才能转化为学生头脑中的认知结构。学生通过对科学新知识的加工、组织、简化、记忆、系统化重建及应用等环节， 把原有的认知结构演变为更加清晰牢固的新的认知结构。所以，在初中科学教学中，学生如果没有学会通过科学方法把大量的科学知识在自己的头脑中编织成一个层次清晰、逻辑严密的结构或网络，就无法不断接收、容纳新的信息，也就无法完善自己的知识系统。2.3.学会控制变量法有助于学生的科学探究科学探究的本质是科学的思维方式，科学思维的一个重要特征是运用逻辑推理严紧解释相关证据。建立了科学探究能力的逻辑模型。这种模型将科学探究过程作为按照逻辑策略操作各处理相互独立的多变量的过程，将学生的科学探究能力描述成能进行控制变量的实验究的能力。从本体论的意义上来看， 这种模型不是描述学生科学探究能力的模型， 而是简化了的功能特征模型， 突出了会进行控制变量的研究这个功能特征。由于这个特征容易把握， 在研究各教学实践中具有可操作性和可检测性， 因而得了一定的结果， 在一定程度上深化了对于学生科学探究能力的认识。在探究导3.由控制变量法引入教学尝试的经验总结不同的教育理念会导致不同教学价值的追求, 由此产生不同的教学设计。多数老师按课本中那样, 直接传授控制变量法, 采用“ 空降”的办法, 无中生有地介绍给学生,学生对专业性很强的术语和思想在“ 空洞”认识结构下是很难接受的, 以致影响到实验探究教学无法实施。而笔者基于学生的生活经验, 创设情境, 使学生能够真实地感受到生活中控制变量的存在。采用类比教学法, 能使学生的认知在容易接受知识的“ 顺应”中进行。