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摘 要：本文基于我校校本化课程实施案例与青年教师基本功竞赛实录，从教材与教法两个层面分析《电动势》的教学策略，点评部分教学片断，探讨如何运用科学方法优化电动势这一概念教学。
关键词：探究生成；类比方法；优化教学
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）5-0077-4
《电动势》内容本身比较简单，但在新课教学时，教师却普遍感到十分棘手，非常难以驾驭，其原因值得深入分析，问题解决的策略值得探讨。本文拟从教材与教法两个层面作一点浅薄的思考，并结合我校实际教学情况，做些讨论，以就教于同行。
1 对教材编写层面的思考
1.1 人教社的新教材编写思路
如图1，教材引导学习者用功和能的观点分析电源的内部与外部电路，理解非静电力在电路中所起的作用，并从能量转化的角度，提出电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，将电源的概念赋予新的更高层次的理解方式。
■
图1 编写思路
在此基础上，教材再进一步将功能量化，以期更加科学、准确、有效地帮助学习者建立电动势的概念，力求最大化体现物理学的基本思想：通过做功研究能量变化的思想、用比值定义物理量的思想。
1.2 关于教材的几点思考
（1）电源机理（非静电力）→功能（其他形式的能转化为电能）→表征（运用类比方法）
个人观点：非静电力不一定是力（例如，化学反应、光伏发电等）。因此，用类比于抽水机来说明，也就是把教材中的类比提前至静电力部分。
（2）关于电动势概念的建立
教材中的类比方式值得商榷，因为电动势似乎对应的是扬程，但学生对此概念并不清楚，而很容易对应于功率。
（3）对非静电力做功本领的类比——电容（容纳电荷本领）
教学策略：
猜测（表1）。
表1 猜测
■
理想实验（见本文模型部分）。
1.3 结论
建议对教材调整为：类比说明（抽水机）→电源机理（非静电力）→功能（其他形式的能转化为电能）→表征（运用理想实验）。
当然，教材编者的意图旨在传递新课内容时，通过教师的思考，引起学生的期待；从引起学生的“期待”进而向引发学生的“思考”转移。故教师在教学策略、教学手段上需要细分析再思考，以使学生更加自主地参与教学过程。
2 对教学层面几个片段的思考
2.1 电源
【电容器与电源】
这两种元件在电学中应用广泛，且都可以实现将电能转化为其他形式的能量。不过需要区别的是，其一为电之容器，其二为电之源泉。
如果加入实验进行对比（如图2），学习者则能初步感受电源满足形成持续电流的需要，效果比空洞的语言对学习者的刺激更为强烈。
■
图2 实验对比
【电源与水源】
如图3，本环节继续采用对比的方法研究电源的作用，这里突出两点：一是力的观点，打开开关K后，高处的水由于重力作用由高处落下，然后通过抽水机提供动力将低处的水运至高处；二是能量观点，抽水机消耗电能转化为水的重力势能，进而转化为水的动能，水流循环往复。
对比水源，电源是如何实现持续电流的？
■
图3 电源与水源
【静电力与非静电力】
如果仅从学习知识的角度看，直接将电动势这一概念告诉学生，会节省很多教学时间。但是，学生始终不会对这一概念有较深的理解。人教社教材多处对“做功研究能量”的思想有阐述和铺垫，故此处再次运用这种功能关系的观点来学习这一知识。
从非静电力及非静电力做功的角度引入电动势的概念，教学上的设计要有层次，以期使学生经历一个理性的、逻辑的科学思维过程，并将其思维上的台阶搭建合理。
台阶一 电源两极板上聚集着正负电荷，内部存在静电场，静电力阻碍电荷在电源内部的运动。
台阶二 电源能维持电荷的流动，形成持续电流是因为它具有搬运电荷的能力，一定存在“非静电力”作用，克服静电力的阻碍，充当“搬运工”，非静电力由电源提供，方向与静电力相反（图4）。
■
图4 非静电力与静电力
台阶三 从功能角度来看，非静电力克服静电力做功把电荷从低电势的负极搬运到高电势处的正极；静电力做负功电势能增加，非静电力做正功其他形式的能量减少。即，从能量转化的角度看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置，它通过非静电力做功让电势能增加。
分析：关于电动势的引入，的确要比直接给出一个名词费时、费事、费力。但这是值得的，因为这里体现的是物理学的基本思想——通过做功研究能量变化的思想、用比值定义物理量、对比辨析物理量的方法。
不仅如此，背景的铺垫与台阶的搭建还有助于学生建立闭合电路中电荷运动的图景，过程的经历也将对学生学好物理、提高能力有根本性的帮助。
2.2 电动势概念的建立
【设计思路】
关于电动势概念建立的流程如下：
建立电源模型→探究W非与q 间的关系→建立串联电源模型→探究W非/q 间的意义。
其中，单个电源的模型如图5所示，而两节电源串联后构成新电源，其模型及等效模型分别如图6（a）（b）所示。新的等效电源模型与单个电源模型极板带电情况相同，而其间距是单个电源模型极板间距的2倍。
【实施操作】
（1）探究同一电源的W非、q间关系
对于图5所示电源模型而言，非静电力把电荷q由负极移至正极时所做的功为W非，移动电量为2q时做的功可以等效为移动两个电量为q的电荷做功的代数和，即为2W非。同理，移动n个电荷所做的功为nW非，由此可得E=W非/q 是一个与W非、q 无关的物理量。 （2）探究不同电源W非/q 的物理意义
对于图6 （b）所示的等效电源模型而言，非静力把正电荷q 从负极移至正极所做功为2W非，把电量为2q 的正电荷由负极移至正极时所做的功为4W非，故有E1=W非/q=2E。显然，不同电源的E=W非/q 不同。
为说明E=W非/q 的物理意义，可对如下实验进行分析：分别用一节蓄电池对一个小灯泡供电和两节蓄电池串联后对两个串联的相同小灯泡供电，用电压表分别测量灯泡两端电压，说明哪个电源把化学能转化为电能的本领更大？它们间的关系是什么？
【得出结论】
设置实验的目的是：由实验得出新的等效电源的供电本领是单节蓄电池的2倍。而从模型的研究得到的结论是：W非/q 也是单个蓄电池的2倍。实验结论：W非/q 是表征电源供电本领的物理量。
2.3 电动势与电压
教学中还需让学生知道电动势与电压的关系，建立表格（表2）。
表2 电动势与电压
■
（1）如果是静电力做功，电势能减少，移送单位正电荷减少的电势能就是电压。
（2）如果是非静电力做功，电势能增加，将单位正电荷从电源的负极移动到正极所增加的电势能就是电动势。
2.4 内阻
教材用“电源内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫做电源的内阻”引入内阻概念，但考虑内阻在闭合电路欧姆定律学习中很重要，因而不可忽略其铺垫作用。
相比较电动势概念建立过程，内阻概念要简单得多，摘取部分教学片断如下：
教学片段一
如图7，首先，用高内阻电压表测量水果电池两极间的电压，说明电动势大于额定电压；其次，将灯泡与水果电池构成回路后并不发光，说明除了电动势外，还有其他因素影响，进而引入内阻概念。
■
图7 引入内阻实验
教学片断二
首先，使用一节干电池与小灯泡构成回路进行演示，现象是发光；接着将铜片和铁片插入一只苹果构成的水果电池后与小灯泡构成回路演示，不发光的原因是什么？几乎所有同学都回答是水果电池的电动势低于1.5 V（表3）。
表3 探究灯泡发光原因
■
其次，在找到水果电池不发光的“原因”后，用两只甚至更多的水果电池串联后对小灯泡供电，在增加了电动势后结果仍然。至此，与干电池相比，水果电池不能使小灯泡发光的原因到底是什么？电动势是否是决定小灯泡不发光的唯一因素，引发所有同学的思考。
最后，教师带上环保手套，拆开干电池，切开水果，观察比较内部结构，建立内阻的概念。
分析思考
教学片断一看似简单易操作，但在明确电动势测量方法之前，用此操作易导致一些错误认识（例如，电动势等于电压等），并且错误的前概念建立对后续闭合电路欧姆定律的学习极为不利。
相比片断一，优化后的片断二注重对比方法，密切联系学生思维，通过学生经历与科学研究工作相近或相似的过程，从中获取技能和建立概念，体验其中的乐趣和曲折，感悟物理科学思想。
2.5 生活中的电池
教材用较大的篇幅分析了生活中的电池种类及其应用，教师可以指导学生说一说各种电池上所标参数的物理意义，引导学生根据容量算一算储存的能量等。
为了进一步体现新教材所致力的“轻松感觉与厚重思想”的统一理念，安排图9案例自然成为必要。通过电池正面利用与负面危害的对比分析，体现科学技术的双刃剑功能，情感态度与价值观的养成也无须语言激励便可潜移默化地达成。
3 总结反思
（1）过去教材基本上是叙述知识，要求老师在教学过程中要把知识讲清楚。现在的教学体现的是自主探究、展示过程和方法。教师必须引导学生通过讨论或实验来认识新的规律，通过阅读来了解前人的研究过程，跟着教学设计一环套一环地接受新的概念。唯有如此，方能找回“格物致知”在教育中的地位和作用。
（2）情感态度与价值观的培养绝不是书写教学目标时的文字、课堂教学时的口号。物理学科也绝非只在学生头脑中打上公式的烙印。唤醒学生关注社会的意识，增强学生的能源、环保意识可能就在我们教育工作者的微设计下就能产生大功效。
参考文献：
[1]高靖华.对人教社物理选修3-1《电动势》一节中插图的探讨[J] .物理教学探讨，2009，（11）：29.
[2]陈爱萍.生活化情境在高中物理核心概念教学中的应用研究——以《电动势》教学为例[J] .物理教学探讨，2014，（6）：4.
[3]吕盛烈.关于电源电动势的几点讨论[J] .物理通报，1993，（7）：7.
（栏目编辑 邓 磊）
关键词：探究生成；类比方法；优化教学
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）5-0077-4
《电动势》内容本身比较简单，但在新课教学时，教师却普遍感到十分棘手，非常难以驾驭，其原因值得深入分析，问题解决的策略值得探讨。本文拟从教材与教法两个层面作一点浅薄的思考，并结合我校实际教学情况，做些讨论，以就教于同行。
1 对教材编写层面的思考
1.1 人教社的新教材编写思路
如图1，教材引导学习者用功和能的观点分析电源的内部与外部电路，理解非静电力在电路中所起的作用，并从能量转化的角度，提出电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，将电源的概念赋予新的更高层次的理解方式。
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图1 编写思路
在此基础上，教材再进一步将功能量化，以期更加科学、准确、有效地帮助学习者建立电动势的概念，力求最大化体现物理学的基本思想：通过做功研究能量变化的思想、用比值定义物理量的思想。
1.2 关于教材的几点思考
（1）电源机理（非静电力）→功能（其他形式的能转化为电能）→表征（运用类比方法）
个人观点：非静电力不一定是力（例如，化学反应、光伏发电等）。因此，用类比于抽水机来说明，也就是把教材中的类比提前至静电力部分。
（2）关于电动势概念的建立
教材中的类比方式值得商榷，因为电动势似乎对应的是扬程，但学生对此概念并不清楚，而很容易对应于功率。
（3）对非静电力做功本领的类比——电容（容纳电荷本领）
教学策略：
猜测（表1）。
表1 猜测
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理想实验（见本文模型部分）。
1.3 结论
建议对教材调整为：类比说明（抽水机）→电源机理（非静电力）→功能（其他形式的能转化为电能）→表征（运用理想实验）。
当然，教材编者的意图旨在传递新课内容时，通过教师的思考，引起学生的期待；从引起学生的“期待”进而向引发学生的“思考”转移。故教师在教学策略、教学手段上需要细分析再思考，以使学生更加自主地参与教学过程。
2 对教学层面几个片段的思考
2.1 电源
【电容器与电源】
这两种元件在电学中应用广泛，且都可以实现将电能转化为其他形式的能量。不过需要区别的是，其一为电之容器，其二为电之源泉。
如果加入实验进行对比（如图2），学习者则能初步感受电源满足形成持续电流的需要，效果比空洞的语言对学习者的刺激更为强烈。
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图2 实验对比
【电源与水源】
如图3，本环节继续采用对比的方法研究电源的作用，这里突出两点：一是力的观点，打开开关K后，高处的水由于重力作用由高处落下，然后通过抽水机提供动力将低处的水运至高处；二是能量观点，抽水机消耗电能转化为水的重力势能，进而转化为水的动能，水流循环往复。
对比水源，电源是如何实现持续电流的？
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图3 电源与水源
【静电力与非静电力】
如果仅从学习知识的角度看，直接将电动势这一概念告诉学生，会节省很多教学时间。但是，学生始终不会对这一概念有较深的理解。人教社教材多处对“做功研究能量”的思想有阐述和铺垫，故此处再次运用这种功能关系的观点来学习这一知识。
从非静电力及非静电力做功的角度引入电动势的概念，教学上的设计要有层次，以期使学生经历一个理性的、逻辑的科学思维过程，并将其思维上的台阶搭建合理。
台阶一 电源两极板上聚集着正负电荷，内部存在静电场，静电力阻碍电荷在电源内部的运动。
台阶二 电源能维持电荷的流动，形成持续电流是因为它具有搬运电荷的能力，一定存在“非静电力”作用，克服静电力的阻碍，充当“搬运工”，非静电力由电源提供，方向与静电力相反（图4）。
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图4 非静电力与静电力
台阶三 从功能角度来看，非静电力克服静电力做功把电荷从低电势的负极搬运到高电势处的正极；静电力做负功电势能增加，非静电力做正功其他形式的能量减少。即，从能量转化的角度看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置，它通过非静电力做功让电势能增加。
分析：关于电动势的引入，的确要比直接给出一个名词费时、费事、费力。但这是值得的，因为这里体现的是物理学的基本思想——通过做功研究能量变化的思想、用比值定义物理量、对比辨析物理量的方法。
不仅如此，背景的铺垫与台阶的搭建还有助于学生建立闭合电路中电荷运动的图景，过程的经历也将对学生学好物理、提高能力有根本性的帮助。
2.2 电动势概念的建立
【设计思路】
关于电动势概念建立的流程如下：
建立电源模型→探究W非与q 间的关系→建立串联电源模型→探究W非/q 间的意义。
其中，单个电源的模型如图5所示，而两节电源串联后构成新电源，其模型及等效模型分别如图6（a）（b）所示。新的等效电源模型与单个电源模型极板带电情况相同，而其间距是单个电源模型极板间距的2倍。
【实施操作】
（1）探究同一电源的W非、q间关系
对于图5所示电源模型而言，非静电力把电荷q由负极移至正极时所做的功为W非，移动电量为2q时做的功可以等效为移动两个电量为q的电荷做功的代数和，即为2W非。同理，移动n个电荷所做的功为nW非，由此可得E=W非/q 是一个与W非、q 无关的物理量。 （2）探究不同电源W非/q 的物理意义
对于图6 （b）所示的等效电源模型而言，非静力把正电荷q 从负极移至正极所做功为2W非，把电量为2q 的正电荷由负极移至正极时所做的功为4W非，故有E1=W非/q=2E。显然，不同电源的E=W非/q 不同。
为说明E=W非/q 的物理意义，可对如下实验进行分析：分别用一节蓄电池对一个小灯泡供电和两节蓄电池串联后对两个串联的相同小灯泡供电，用电压表分别测量灯泡两端电压，说明哪个电源把化学能转化为电能的本领更大？它们间的关系是什么？
【得出结论】
设置实验的目的是：由实验得出新的等效电源的供电本领是单节蓄电池的2倍。而从模型的研究得到的结论是：W非/q 也是单个蓄电池的2倍。实验结论：W非/q 是表征电源供电本领的物理量。
2.3 电动势与电压
教学中还需让学生知道电动势与电压的关系，建立表格（表2）。
表2 电动势与电压
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（1）如果是静电力做功，电势能减少，移送单位正电荷减少的电势能就是电压。
（2）如果是非静电力做功，电势能增加，将单位正电荷从电源的负极移动到正极所增加的电势能就是电动势。
2.4 内阻
教材用“电源内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫做电源的内阻”引入内阻概念，但考虑内阻在闭合电路欧姆定律学习中很重要，因而不可忽略其铺垫作用。
相比较电动势概念建立过程，内阻概念要简单得多，摘取部分教学片断如下：
教学片段一
如图7，首先，用高内阻电压表测量水果电池两极间的电压，说明电动势大于额定电压；其次，将灯泡与水果电池构成回路后并不发光，说明除了电动势外，还有其他因素影响，进而引入内阻概念。
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图7 引入内阻实验
教学片断二
首先，使用一节干电池与小灯泡构成回路进行演示，现象是发光；接着将铜片和铁片插入一只苹果构成的水果电池后与小灯泡构成回路演示，不发光的原因是什么？几乎所有同学都回答是水果电池的电动势低于1.5 V（表3）。
表3 探究灯泡发光原因
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其次，在找到水果电池不发光的“原因”后，用两只甚至更多的水果电池串联后对小灯泡供电，在增加了电动势后结果仍然。至此，与干电池相比，水果电池不能使小灯泡发光的原因到底是什么？电动势是否是决定小灯泡不发光的唯一因素，引发所有同学的思考。
最后，教师带上环保手套，拆开干电池，切开水果，观察比较内部结构，建立内阻的概念。
分析思考
教学片断一看似简单易操作，但在明确电动势测量方法之前，用此操作易导致一些错误认识（例如，电动势等于电压等），并且错误的前概念建立对后续闭合电路欧姆定律的学习极为不利。
相比片断一，优化后的片断二注重对比方法，密切联系学生思维，通过学生经历与科学研究工作相近或相似的过程，从中获取技能和建立概念，体验其中的乐趣和曲折，感悟物理科学思想。
2.5 生活中的电池
教材用较大的篇幅分析了生活中的电池种类及其应用，教师可以指导学生说一说各种电池上所标参数的物理意义，引导学生根据容量算一算储存的能量等。
为了进一步体现新教材所致力的“轻松感觉与厚重思想”的统一理念，安排图9案例自然成为必要。通过电池正面利用与负面危害的对比分析，体现科学技术的双刃剑功能，情感态度与价值观的养成也无须语言激励便可潜移默化地达成。
3 总结反思
（1）过去教材基本上是叙述知识，要求老师在教学过程中要把知识讲清楚。现在的教学体现的是自主探究、展示过程和方法。教师必须引导学生通过讨论或实验来认识新的规律，通过阅读来了解前人的研究过程，跟着教学设计一环套一环地接受新的概念。唯有如此，方能找回“格物致知”在教育中的地位和作用。
（2）情感态度与价值观的培养绝不是书写教学目标时的文字、课堂教学时的口号。物理学科也绝非只在学生头脑中打上公式的烙印。唤醒学生关注社会的意识，增强学生的能源、环保意识可能就在我们教育工作者的微设计下就能产生大功效。
参考文献：
[1]高靖华.对人教社物理选修3-1《电动势》一节中插图的探讨[J] .物理教学探讨，2009，（11）：29.
[2]陈爱萍.生活化情境在高中物理核心概念教学中的应用研究——以《电动势》教学为例[J] .物理教学探讨，2014，（6）：4.
[3]吕盛烈.关于电源电动势的几点讨论[J] .物理通报，1993，（7）：7.
（栏目编辑 邓 磊）