科学探究之旅：发现串、并联电路中的电压规律-九年级物理教学设计

科学探究之旅：发现串、并联电路中的电压规律——九年级物理教学设计一、教学内容分析  本节课隶属于《义务教育物理课程标准（2022年版）》中“能量”主题下的“电路与电流”部分，是学生在掌握了串、并联电路电流规律之后，对电路基本规律探究的深化与拓展，构成了初中电学知识体系的关键支柱。从知识技能图谱看，本节课的核心在于通过科学探究，归纳得出串、并联电路中电压的定量关系，这不仅是前序“电压”概念的深化应用，更是后续学习欧姆定律、进行复杂电路分析不可或缺的认知基础。其认知要求已从“了解”层面跃升至“理解”并“应用”层面。在过程方法路径上，课标强调“经历科学探究过程”，本节课是落实这一要求的绝佳载体。探究电压规律的过程，完美融合了“提出问题猜想与假设设计实验进行实验与收集证据分析与论证评估交流与合作”的科学探究全要素，为学生提供了系统性实践科学方法的标准化“路径”。通过此路径，学生能亲身体验从现象到本质、从数据到规律的归纳推理过程，深化对“控制变量”、“多次测量减小误差”等科学思想的理解。在素养价值渗透方面，本课是培育物理核心素养的沃土。“物理观念”上，旨在帮助学生建构起“电路中能量分配（电压）”的初步观念；“科学思维”上，着重训练基于实验数据的归纳推理能力和初步的模型建构能力（将复杂电路简化为串、并联基本模型）；“科学探究”上，如前所述，是一次完整的探究能力历练；“科学态度与责任”则蕴含在严谨的实验操作、实事求是的记录、以及对安全用电规则的遵守与探讨之中。  基于“以学定教”原则，学情研判如下。已有基础方面，学生已掌握了电压的概念及测量方法，熟知串、并联电路的连接特点，并刚刚完成了电流规律的探究，对科学探究的基本流程有初步体验。潜在的认知障碍主要集中于两点：一是思维定势，容易将电流规律“串联等流、并联等压”的“等”字特点，错误迁移到对电压规律的猜想上，认为串联电路各用电器电压也相等；二是操作与推理难点，并联电路各支路电压的测量与比较，以及从多组数据中归纳出普遍性规律，对学生的动手能力、数据分析能力和抽象概括能力提出了较高挑战。为动态把握学情，教学中将嵌入多重形成性评价：在猜想环节，通过“我们不妨先来猜猜看，你认为串联电路中各用电器两端的电压有什么关系？”等提问，探查前概念；在实验环节，通过巡视观察小组连接电路、读取电压表示数的规范性与准确性，评估技能掌握；在分析环节，通过引导学生汇报数据、寻找异同，评估其归纳能力。基于此，教学调适策略将体现差异化：对于基础薄弱或存在思维定势的学生，提供“脚手架式”的学习任务单，引导其对比电流、电压概念差异，并在实验设计中给予更具体的步骤提示；对于学有余力的学生，则鼓励其自主设计记录表格、尝试分析实验误差来源，甚至探究非标准串、并联电路（如混联）中的电压关系，实现思维的进阶。二、教学目标  知识目标：学生能准确陈述串、并联电路中电压的规律，理解“串联电路总电压等于各用电器两端电压之和”、“并联电路中各支路两端电压相等”的物理含义，并能在给定电路图或实物连接中，正确识别串、并联关系，运用规律进行简单的电压计算或判断。  能力目标：学生能够以小组合作形式，完整经历“探究串、并联电路电压规律”的科学探究过程。具体表现为能基于问题提出合理猜想，独立设计并正确连接探究电路，规范使用电压表测量多处电压，准确记录数据，并能从多组数据中归纳总结出普遍规律，最后以清晰的语言进行表述和交流。  情感态度与价值观目标：在探究活动中，学生能体验到合作学习的价值，愿意倾听同伴意见，分享自己的发现；通过对实验数据的严谨处理，养成实事求是、尊重证据的科学态度；通过联系家庭电路等实际应用，初步认识到物理规律对技术与社会发展的价值。  科学（学科）思维目标：重点发展学生的归纳推理思维和模型建构思维。学生能够从具体的、个别的实验测量数据中，抽象概括出一般的物理规律；能够将实际电路简化为串、并联的基本模型进行分析，初步体会“建模”这一核心科学思维方法在解决问题中的威力。  评价与元认知目标：学生能够依据实验操作的规范性清单，进行小组内的互评与自评；能在实验后反思探究过程中的成功之处与遇到的困难，思考“如果重做一次，哪些步骤可以改进以减小误差？”；能初步评估自己得出的结论与科学规律之间的吻合度，并尝试解释可能存在的差异。三、教学重点与难点  教学重点：通过实验探究归纳得出串、并联电路中电压的规律。确立依据在于，该规律本身是电学部分最核心的“大概念”之一，是构建电路分析逻辑的基石，直接影响对电路工作原理的理解。从中考视角看，该规律既是高频直接考点，更是解决动态电路分析、故障判断、综合计算等能力立意题目的必备工具，其探究过程本身也常作为实验探究题进行考查。  教学难点：难点一，并联电路中各支路电压相等的规律得出与理解。成因在于，相较于串联电路电压的“和”关系，并联的“等”关系更抽象，部分学生可能因测量误差或思维不严谨而得出“近似相等”的模糊结论，未能上升到严格规律。难点二，从多组（尤其是更换不同规格灯泡）测量数据中，排除偶然性，归纳出普遍规律。成因涉及学生分析、综合、概括的抽象思维能力尚在发展中，容易拘泥于具体数据。突破方向在于强化数据对比与引导性提问，例如：“大家看，无论我们换用哪种灯泡，并联电路中L1和L2两端的电压值，是不是都像双胞胎一样，几乎分毫不差？这还能用巧合来解释吗？”四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含情境视频、动画演示、规范操作微课）、交互式电子白板。1.2实验器材（按小组配备）：学生电源（或干电池组）、开关、规格不同的小灯泡（2.5V和3.8V）各两个、灯座、电压表、导线若干。1.3学习材料：分层学习任务单（含引导性问题、实验记录表格、巩固练习）、课堂评价表。2.学生准备2.1知识预备：复习电压表的使用方法及串、并联电路的连接与特点。2.2物品：携带笔与物理笔记本。3.环境布置3.1座位安排：46人组成科学探究小组，实验器材集中放置于小组中央，便于合作操作。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题驱动：1.1（播放一段节日彩灯串联闪烁和家庭中各个房间灯并联独立工作的对比短片）“同学们，生活中处处有物理。大家看，同样是灯泡，为什么彩灯一个不亮可能整串都熄灭，而家里的灯却可以独立控制、互不影响呢？这背后的电路奥秘，我们之前用‘电流’的规律解释了一部分。今天，我们要拿起‘电压’这个探照灯，继续深入电路的内部世界，去发现新的秘密。”1.2“我们已经知道电压是形成电流的原因，就像水压推动水流。那么，在串联和并联这两种最基本的电路中，电压这个‘推动力’又是如何分配的呢？它是否也像电流一样，有着简洁优美的规律在等着我们？”（核心驱动问题自然浮现）2.路径明晰：2.1“今天这节课，我们就化身小小电学家，沿着‘大胆猜想设计实验动手验证总结规律’的科学探究之路，亲手揭开串、并联电路电压规律的神秘面纱。首先，请大家结合电流规律和我们的生活经验，先来猜一猜。”第二、新授环节任务一：基于旧知，提出猜想教师活动：首先引导学生回顾串、并联电路的电流规律，并板书“电流：串联处处相等，并联干路等于各支路之和”。然后抛出引导性问题：“电流就像在电路中奔跑的‘队伍’，电压则是推动队伍前进的‘力量’。在串联这条‘单行线’上，推动力（电压）会怎么分配？在并联这个‘分岔路口’，各条支路上的推动力又有什么关系？结合你的生活直觉和电流规律，和组员讨论一下，把你们的猜想写在任务单上。”巡视各小组，倾听讨论，特别关注是否有学生提出“串联各用电器电压也相等”的典型前概念，为后续认知冲突埋下伏笔。学生活动：小组展开热烈讨论。有的学生可能根据“串联电流相等”类比猜想“电压也相等”；有的根据使用两节电池比一节电池灯泡更亮的生活经验，猜想“电压可能相加”；对于并联，可能猜想“电压可能不相等”或“相等”。他们将初步猜想记录在任务单指定位置。即时评价标准：1.猜想是否基于已有知识或经验（而非凭空想象）。2.小组讨论时，成员是否都能参与表达观点。3.记录是否清晰明确。形成知识、思维、方法清单：★科学探究始于合理的猜想：猜想不是瞎猜，应基于已有知识和经验进行合理推测。“大家刚才的猜想，有的源于类比电流，有的来自生活观察，这都是科学猜想的好来源。”▲前概念的暴露是学习的起点：猜想中出现分歧甚至错误是极其正常的，这正是我们开展实验探究的价值所在。“有分歧？太好了！实践是检验真理的唯一标准，就让实验数据来做最终裁判。”任务二：设计实验方案教师活动：“猜想有了，如何验证？我们需要设计一个公平、严谨的实验方案。核心问题有三个：测什么？怎么测？数据怎么记？”首先，利用课件动画展示一个串联电路，提问：“要探究串联电路的电压规律，我们需要测量哪些位置的电压？”引导学生得出：需测量电源总电压U、灯泡L1两端电压U1、L2两端电压U2。接着，聚焦难点：“电压表如何接入测量U1和U2？它与测量电流时电流表的位置有什么不同？”通过对比，强化电压表需与被测用电器并联的规则。然后，展示空白表格框架，引导学生小组讨论，自主设计记录表格。对于并联电路，以类似方式引导设计。学生活动：学生跟随教师引导，在任务单上绘制测量点的电路示意图。小组合作，讨论并设计出数据记录表，可能包括实验次数、U、U1、U2等栏目，并思考是否需要多次测量、更换灯泡规格。即时评价标准：1.设计的测量点是否全面（串联测总、分电压；并联测各支路电压）。2.能否正确标出电压表的连接方式。3.设计的记录表格是否清晰、合理，便于后续分析。形成知识、思维、方法清单：★电压表的使用规则回顾：测量某用电器两端电压，电压表必须与此用电器并联。“记住，电压表要‘骑’在用电器两端测量。”★实验设计中的控制与变量思想：为得出普遍规律，应改变电路条件（如更换不同规格灯泡）进行多次测量。“只测一组数据就下结论，好比只问一个人就判断全班同学的想法，可靠吗？我们需要多测几组，让证据更充分。”任务三：动手实验，收集证据（串联电路）教师活动：在确认各小组方案基本可行后，下达实验指令。首先强调安全与规范操作：“开始实验前，老师再强调三点：一、连接电路时开关一定要断开；二、电压表量程先试触，选择合适的；三、读数时，视线要与刻度盘垂直。”教师巡视全场，进行个别化指导：对操作生疏的小组，演示如何快速准确连接电压表；对连接正确的小组，鼓励其尝试更换灯泡规格再测一组数据；对读数有误的学生，俯身指导。“看，这组同学连接得又快又规范，电压表指针稳稳地指在刻度线上，读数非常准确！”学生活动：小组成员分工合作（如一人连接主电路，一人连接电压表，一人记录，一人检查），按照设计方案连接串联电路，分别测量总电压U、L1和L2两端电压U1、U2，并将数据记录在表格中。完成一组后，根据教师建议或自主决定，更换一个小灯泡的规格，再次测量并记录。即时评价标准：1.电路连接与拆解是否规范、安全（先断后连）。2.电压表连接与读数是否准确。3.小组分工是否明确，合作是否有序。4.数据记录是否真实、清晰。形成知识、思维、方法清单：★实验操作的规范性是科学性的保障：每一个操作细节（断开关、试触、正确读数）都直接影响数据的可靠性和实验安全。“细节决定成败，在科学实验里更是如此。”▲团队协作效率高：合理的分工能让探究过程更顺畅。“你们小组一个负责连接，一个负责读数，一个负责记录，配合得真默契，像一支训练有素的科考队！”任务四：分析数据，得出规律（串联电路）教师活动：邀请23个小组将他们的实验数据投影或写在黑板上。引导全体学生观察：“请大家聚焦这些数据，横向看你们自己组的数据，纵向对比不同小组的数据，能发现U、U1、U2三者之间有什么数量关系吗？”引导学生计算U1+U2，并与U比较。当学生发现U≈U1+U2时，追问：“是约等于，还是等于？为什么会有微小差异？”引导学生认识到误差的存在，并强调在误差允许范围内，可以得出结论。最后，引导学生用准确、简洁的语言概括规律。“谁能用一个公式样的句子，把我们的发现说出来？”学生活动：学生计算自己组数据中U1与U2的和，并与U对比。观察其他组数据，验证这一关系是否普遍成立。思考误差来源（如读数误差、导线电阻、接触电阻等）。尝试表述规律：“串联电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和。”即U=U1+U2。即时评价标准：1.能否从数据中发现数量关系。2.能否认识到测量值与真实值之间存在误差。3.归纳出的结论表述是否科学、严谨、简洁。形成知识、思维、方法清单：★串联电路电压规律：串联电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和。公式：U=U1+U2+…“看，数据会说话！它们清晰地告诉我们，串联电路中的电压是‘分摊’的，总‘推动力’等于各段‘阻力’所消耗的‘推动力’之和。”★误差分析意识：实验测量值不可避免存在误差，需在分析时考虑。“几乎等于，但不完全相等，这就是误差。我们的结论是在‘误差允许范围内’成立的。”任务五：迁移探究，验证规律（并联电路）教师活动：“串联电路的‘寻宝地图’我们已经绘制完成。现在，请各位电学家小组，运用刚才积累的经验，独立完成对并联电路电压规律的探究！从设计、实验到分析，全部由你们自主完成。老师期待你们的捷报！”教师退居“顾问”角色，巡视中主要解决学生遇到的特殊困难，并鼓励学生加快节奏。学生活动：小组迁移探究流程，迅速设计并联电路测量方案（需测量电源电压U、支路L1电压U1’、支路L2电压U2’），连接电路，进行测量（同样建议更换灯泡测多组），记录数据并分析关系。即时评价标准：1.能否将串联探究中获得的经验（方法）迁移到新情境中。2.并联电路的连接与测量点选择是否正确。3.分析数据并得出结论的独立性如何。形成知识、思维、方法清单：★并联电路电压规律：并联电路中，各支路两端的电压相等。公式：U=U1’=U2’=…“并联电路的规律更加简洁——各支路‘电压平等’。这意味着无论支路上的‘居民’（用电器）是谁，它们获得的‘推动力’（电压）都是从同一‘源头’直接获取的，大小相同。”▲学习方法的迁移能力：掌握探究的“套路”，就能将其应用于新的问题情境。“看，大家没有老师的步步引导，也能出色地完成任务，这就是掌握了科学探究的方法论，具备了独立研究的能力！”任务六：综合对比，建构体系教师活动：将串、并联电路的电流、电压规律并列板书，形成清晰的对比表格。发起讨论：“现在，我们手握电流和电压两大规律，请大家对比观察，串、并联电路在电流和电压的分配上，体现出怎样不同的‘性格’？这对我们理解电路、解决实际问题有什么启发？”引导学生从能量分配角度进行初步思考。学生活动：观察对比表格，讨论并尝试用自己的话总结串、并联电路的特性差异（如：串联分压、电流相同；并联分流、电压相同）。思考这些规律在实际生活中的应用（如解释导入中的彩灯与家庭照明电路区别）。即时评价标准：1.能否准确区分串、并联电路的不同特征。2.能否将规律与真实电路情境进行初步关联。形成知识、思维、方法清单：★串并联电路核心规律对比：串联——电流处处相等（I=I1=I2），总电压等于分电压和（U=U1+U2）。并联——干路电流等于支路电流和（I=I1+I2），各支路电压相等（U=U1=U2）。这是分析一切简单电路的“尚方宝剑”，务必记牢、理解透。▲从规律到应用的桥梁：理解规律是为了解释现象、解决问题。“掌握了这些规律，你就能像电路侦探一样，分析很多电器工作的原理了。比如，为什么车载导航仪和车灯可以独立开关？用今天学的规律想一想。”第三、当堂巩固训练  本环节设计分层、变式练习，通过希沃白板或学习单发布，学生独立完成后再进行互动讲评。1.基础层（全体必做）：出示标有电压值的简单串、并联电路图，让学生直接填写空缺的电压值。例如：串联电路中，已知U1=1.5V，U2=2.0V，求总电压U。并联电路中，已知电源电压为3V，求L1、L2两端电压。“这些是规律的最直接应用，看看大家是否把‘公式’装进了心里。”2.综合层（多数学生挑战）：提供稍复杂的实物连接图或情境题，需要学生先识别电路是串联还是并联，再应用规律求解。例如：一个电路中有两个灯泡、一个开关、一个电源，根据电压表V1和V2的示数，判断两灯的连接方式及示数关系。“现在电路戴上了‘面具’，需要你先认清它的真面目（串还是并），再用规律破解它。”3.挑战层（学有余力选做）：开放性探究题。如：“如果给你三盏规格相同的小灯泡，你想如何连接，使得其中一盏灯两端的电压最小？画出电路图并简要说明理由。”或联系家庭电路：“请尝试用今天所学的并联电压规律，解释为什么家用电器通常采用并联方式接入电路？”反馈机制：基础层题目通过抢答或随机选人方式核对答案，快速反馈。综合层题目请学生上台讲解思路，教师侧重点评其电路识别过程和应用规律的准确性。挑战层题目鼓励学生分享独特设计方案，教师进行思维闪光点点评，并引导全班思考其合理性。第四、课堂小结  知识整合：“旅程临近尾声，请大家闭上眼睛回顾一下，今天这场‘电压规律发现之旅’，我们经历了哪几个重要的‘站点’？最大的收获是什么？”邀请学生发言，教师同步用思维导图的形式在黑板上勾勒出本课主干：核心问题→猜想→实验探究（串联、并联）→数据分析→规律得出→对比应用。  方法提炼：“比起两个具体的公式，老师更希望你们记住今天走过的那条‘路’——科学探究的一般路径。从问题出发，设计实验寻找证据，让数据告诉我们答案，这才是物理学习的‘法宝’。”  作业布置与延伸：“今天的探索暂告一段落，但思考可以延续。请看分层作业：1.基础性作业：完成练习册对应基础题，巩固公式。2.拓展性作业：观察家中的插座和用电器，画出一个房间的照明电路简化图，并标出你认为的电压关系。3.探究性作业（选做）：如果将两个规格不同的灯泡串联，哪个更亮？结合电流和电压规律，尝试给出理论解释，有条件可以动手验证。我们下节课将带着这些思考，继续电学的奇妙旅程。”六、作业设计1.基础性作业（必做）：1.背诵并默写串、并联电路的电压规律（文字叙述及公式）。2.教材本节后配套练习中，涉及直接应用规律进行简单计算和判断的习题。3.设计意图：确保全体学生掌握最核心的知识点，为后续学习打下坚实基础。2.拓展性作业（建议大多数学生完成）：1.情境应用题：“小明发现爸爸的摩托车有两个车头灯。晚上打开时，两个灯一样亮。请你根据所学知识判断，这两个车头灯最可能是串联还是并联？为什么？请画出相应的简化电路图。”2.小型设计题：设计一个简单电路，要求使用两节干电池、两个小灯泡、一个开关，使两个小灯泡都能正常发光（亮度可不同），且能用一个电压表测出其中任一灯泡两端的电压。画出电路图，并简要说明设计思路。3.设计意图：引导学生在真实或模拟情境中应用规律，实现从知识理解到初步的迁移应用，培养解决问题的能力。3.探究性/创造性作业（选做，鼓励学有余力学生尝试）：1.家庭小探究：在家长指导下，安全地使用数字万用表（电压档）测量一节干电池、两节串联干电池、两节并联干电池（需注意型号完全相同且新旧程度一致）的电压。记录数据，并思考你的发现与今天所学的电路电压规律有何联系与区别？撰写一份简短的探究报告。2.理论探究题：查阅资料或独立思考：为什么在并联电路中，各支路两端电压会相等？尝试从“电压”的定义（电势差）和电路导电原理的角度，进行初步的、定性的解释。3.设计意图：突破课堂限制，将探究延伸至生活与实践，激发深度学习兴趣，培养信息搜集、理论联系实际和初步的科学研究能力。七、本节知识清单及拓展★1.串联电路电压规律：串联电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和。公式表达为：U总=U1+U2+…+Un。理解要点：电压在串联电路中“分摊”，总“动力”等于克服各段“阻力”所需“动力”之和。（教学提示：可通过与“接力赛”总路程等于各段路程之和类比帮助理解。）★2.并联电路电压规律：并联电路中，各支路两端的电压相等。公式表达为：U总=U1=U2=…=Un。理解要点：各支路直接连接在电源两端，共享同一“电压平台”。（教学提示：强调这是并联电路的基本特征，是分析并联电路的起点。）★3.电压表的使用方法（重温）：测量电压时，电压表必须与被测用电器并联；电流从“+”接线柱流入，“”流出；根据电源电压或估计值选择合适的量程。（易错点：与电流表串联使用混淆，需反复对比强化。）★4.科学探究七要素在本课中的体现：本课是一次完整的科学探究实践。具体表现为：提出问题（电压如何分配）→猜想与假设（基于电流规律和生活经验）→设计实验（确定测量点、设计表格）→进行实验与收集证据（分组动手测量）→分析与论证（处理数据、归纳规律）→评估（反思误差、改进方案）→交流与合作（组内协作、全班分享）。（核心方法：这是解决未知物理问题的通用“路线图”。）▲5.串、并联电路特性对比：从电压视角看，串联分压，并联等压。结合电流规律（串联等流，并联分流），形成对两种基本电路模型的完整认识。（思维提升：对比是深化理解、构建知识网络的有效方法。）▲6.实验误差的概念：测量值与真实值之间的差异叫误差。本课误差可能来源于电压表本身精度、读数视线偏差、导线电阻、接触电阻等。误差不可完全避免，但可通过改进仪器、规范操作、多次测量取平均值来减小。（科学态度：区分误差与错误，培养实事求是的态度。）▲7.规律的应用方向：主要用于：（1）计算电路中未知的电压值；（2）判断电路的连接方式（根据电压关系反推）；（3）解释相关电路现象（如为什么家用电器要并联）；（4）为后续学习欧姆定律、电功等打下基础。（学习价值：明确知识用途，增强学习动力。）八、教学反思  （一）目标达成度分析：从课堂反馈与巩固练习完成情况来看，知识目标与能力目标达成度较高。绝大多数学生能准确陈述规律并完成基础应用。科学探究环节，小组基本能完成实验并收集有效数据，但部分小组在数据分析与归纳表述上仍显生涩，依赖教师引导，这反映出学生从具体数据到抽象规律的“一跃”仍需在后续教学中反复训练。情感态度目标在小组合作实验中体现明显，学生参与热情高，但如何引导更深度、更有效的讨论而非简单分工，是下一步要思考的问题。元认知目标仅在课堂小结时略有触及，深度不足。  （二）环节有效性评估：导入环节的生活情境对比成功激发了兴趣，驱动问题明确。新授环节的六个任务逻辑链条清晰，形成了有效的探究支架。其中，“任务二：设计实验方案”是承上启下的关键，学生在此处的充分讨论和设计，直接决定了后续实验的效率和成败。巡视中发现，提供了表格框架提示的小组进展更顺利，这印证了差异化支持的必要性。“任务四与任务五”的对比设计（教师引导探究串联，学生迁移探究并联）效果显著，既保证了核心规律的扎实得出，又给予了学生自主应用方法的空间，看到了学生能力成长的闪光点。“我当时想，他