初中物理（九年级）《变阻器》探究式教学设计

初中物理（九年级）《变阻器》探究式教学设计一、教学内容分析《义务教育物理课程标准（2022年版）》将“探究电流与电压、电阻的关系”及“会使用电流表和电压表”作为核心内容，而变阻器正是实现“控制变量”、探究电路规律不可或缺的关键仪器。从知识图谱看，本节课位于“电路初探”与“欧姆定律”的枢纽位置。学生已学习了电路构成、电流与电压的测量，本课则要解决“如何连续、可控地改变电路中的电流或电压”这一实际问题，为后续定量探究欧姆定律搭建实验方法的桥梁，是“物理观念”中“能量观”与“相互作用观”的具体应用。课标强调的科学探究素养在本课有绝佳落脚点，学生将通过“发现问题（需要改变电流）设计解决方案（改变电阻）选择与优化方案（滑动变阻器）动手实践应用”的完整路径，体验“技术发明源于科学原理和实际需求”的工程思维。其育人价值在于，通过对变阻器结构原理的剖析及实际接线操作，培养学生严谨、规范的科学态度，理解简单元件中蕴含的巧妙设计思想，感受物理知识转化为技术应用的魅力，初步树立“知行合一”的创新意识。基于“以学定教”原则，学情研判如下：学生已具备电路连接的初步技能和电阻概念，但对电阻大小与导体尺寸的定量关系记忆可能模糊，这将成为理解变阻器原理的认知基础，需在新课伊始进行温故与诊断。潜在障碍主要有二：一是思维上，从“电阻是导体对电流的阻碍作用”这一抽象概念，跨越到“通过改变接入电路中电阻丝的长度来连续改变电阻”这一具体工作原理，存在理解梯度；二是操作上，滑动变阻器的正确接线（“一上一下”）及滑片移动与阻值变化的动态分析，极易混淆，这是技能难点。因此，教学中需设计层层递进的体验活动与可视化引导。课堂将通过“设问前测”、“动手试错”、“小组互评”等形成性评价，动态把握学生对原理的理解程度和操作规范性。针对不同层次学生，支持策略包括：为基础薄弱学生提供“原理结构对应图”和分步操作指南；为学有余力者设置“如何设计一个简易变阻器”或“比较滑动变阻器与电阻箱优劣”的拓展任务，满足差异化需求。二、教学目标知识目标：学生能够阐明滑动变阻器改变电阻的原理是基于“在材料、横截面积不变时，电阻大小与长度成正比”；能准确描述其结构组成，并解释“一上一下”接线规则的必然性；能在给定电路图中，正确判断滑片移动时变阻器接入电阻的变化及对电路中电流、电压的全局影响，构建局部元件变化影响整体电路的动态电路观。能力目标：学生能够独立、规范地完成滑动变阻器接入电路并调节的操作；能基于任务需求，设计简单电路，合理选用并正确连接变阻器以实现对灯泡亮度或电压表示数的连续控制；在探究活动中，提升依据原理分析结构、在操作中观察归纳规律的科学探究能力与动手实践能力。情感态度与价值观目标：学生在小组合作探究中，能主动交流想法，乐于分享操作发现，并敢于对同伴的接线方式提出有理有据的质疑或建议；通过了解变阻器在调光台灯、音量调节等生活中的广泛应用，体会物理知识的实用价值，激发利用所学改善生活的内在动机。科学思维目标：重点发展“模型建构”与“因果推理”思维。引导学生将实际的滑动变阻器抽象为“可连续改变长度的电阻丝”模型；通过分析滑片移动导致接入长度变化的因果关系链，训练其逻辑严密的推理能力，并能将这一分析模型迁移到分析电位器等相似器件的工作过程中。评价与元认知目标：引导学生依据“接线正确、操作规范、现象明显”的简易量规，对自身或他人的实验操作进行评价；在课堂小结时，反思“我是如何从不会接到会接的？”、“哪个环节最容易出错？为什么？”，从而内化规范操作的程序性知识，提升学习策略的自我监控能力。三、教学重点与难点教学重点：滑动变阻器的构造原理及其在电路中的正确连接与使用方法。确立依据源于课标对“理解欧姆定律”及“会使用基本电学仪器”的能力要求。滑动变阻器是电学实验的核心控制器件，其原理的理解和使用的熟练度，直接决定了后续一系列探究实验（如探究电流与电压、电阻的关系）能否顺利开展。从中考考查角度看，变阻器的连接、作用及动态电路分析是高频考点，常以电路设计、实验操作题或综合应用题形式出现，分值权重高，且重点考查学生的知识应用与逻辑分析能力。教学难点：动态分析滑片移动时变阻器接入电阻的变化，并据此推断电路中电流、电压的变化情况。难点成因在于：首先，这是一个涉及空间想象（哪段电阻丝被接入）和逻辑推理（长度变化→电阻变化→总电阻变化→电流变化→各部分电压变化）的复杂思维链，对学生的抽象思维和综合分析能力要求较高。其次，学生常因未能建立清晰的“电流路径”模型而错误判断接入电阻。预设突破方向是：借助实物剖视图或动画模拟，将接入部分“高亮”显示，化抽象为形象；设计从局部到整体的渐进式分析训练，先单独分析变阻器自身，再将其放回完整电路进行分析。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含变阻器结构剖视动画、动态电路分析模拟）；实物展台；调光台灯（可拆解展示）；滑动变阻器（大型演示用及学生分组用，每组23个）、小灯泡、电池盒（或学生电源）、开关、导线若干；不同型号定值电阻若干（供对比）；学习任务单（内含探究记录与分层练习题）。1.2环境布置：学生分组（4人一组，异质分组），实验器材提前分置于各组；黑板划分区域，预留电路图绘制及核心原理要点板书空间。2.学生准备2.1知识预备：复习影响导体电阻大小的因素；预习课本关于变阻器的初步介绍。2.2物品携带：铅笔、直尺等作图工具。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设，提出问题：（教师出示一个普通的台灯和一个调光台灯，分别打开）同学们，请看，这两个台灯有什么不同？对，一个亮度固定，一个可以连续调节。大家再想想，我们听音乐时调节音量，用车载旋钮调节空调风力，这些“连续调节”的背后，是什么物理量在发生改变呢？（稍作停顿）没错，是电流的大小。那么，我们怎样才能随心所欲地、连续地改变一个电路中的电流呢？1.1唤醒旧知，明确方向：根据我们学过的欧姆定律，改变电流有哪两种途径？（改变电压或改变电阻）。在生活中，直接、平稳地改变电源电压往往不便，更常用的方法是改变电路中的电阻。上节课我们知道，导体的电阻与它的长度、横截面积、材料和温度有关。基于这个原理，如何设计一个可以方便改变电阻的器件呢？这节课，我们就一起来探索这个神奇的元件——变阻器，并亲手掌控电路中的电流。第二、新授环节任务一：从需求到原理——构想“可变电阻”教师活动：首先，我会引导学生聚焦核心：“如果要改变一个电阻的阻值，最简便可行的方法是改变哪个因素？”通过讨论，锁定“改变长度”。接着，我会展示一根长电阻丝和一把金属夹，提出问题：“如何用它们组合，来模拟一个可以连续改变接入电路电阻大小的装置？”我会请学生上台尝试连接，并引导全班观察思考：“夹子夹在不同位置，相当于改变了什么？”之后，我会揭示这种设计的本质，并指出其不便之处，从而自然过渡到对更优化、更紧凑结构的探索。学生活动：学生回顾影响电阻的因素，积极参与讨论，认同“改变长度”是最易实现的方案。观察同学上台的模拟演示，清晰看到接入电路的电阻丝长度随夹子移动而改变，直观建立“长度变化→电阻变化”的联系。思考并指出用夹子操作的粗糙与不稳定性。即时评价标准：1.能否准确说出改变电阻最便捷的物理因素。2.在模拟演示中，能否清晰指出被接入电路的部分。3.能否对简易装置的优缺点提出自己的看法。形成知识、思维、方法清单：★变阻器基本原理：变阻器是基于“在材料和横截面积不变时，电阻大小与长度成正比”的原理工作的。通过改变接入电路的电阻丝的长度，从而连续改变电阻。▲科学思维方法：从物理原理（电阻定律）出发，转化为技术实现路径（改变长度），这是典型的“原理导向设计”的工程思维起点。任务二：解密“庐山真面目”——认识滑动变阻器教师活动：分发滑动变阻器实物至各组。“请大家不要急于接线，先像科学家一样仔细观察它。”我会提出观察指引：“找一找，电阻丝在哪里？怎么绕制的？电流可能从哪里进，从哪里出？那个滑动的金属片（滑片）起什么作用？”结合课件动画，展示其内部结构剖视图，将抽象绕线“拉直”，帮助学生建立实物与原理图的对应关系。我会强调关键部件名称：瓷筒、线圈、金属棒、滑片、接线柱，并提问：“四个接线柱，我们该如何选择使用呢？”学生活动：学生分组观察实物，用手轻轻移动滑片，感受其与线圈的接触。对照动画，尝试指认各部分结构，并讨论电流的可能路径。特别关注四个接线柱的排布，猜测其连接方式。即时评价标准：1.观察是否细致，能否正确指认线圈、滑片等关键部件。2.能否根据结构，合理推测电流路径和滑片的“桥梁”作用。3.小组内是否能围绕接线柱功能展开有效讨论。形成知识、思维、方法清单：★滑动变阻器构造：核心是绕在绝缘筒上的电阻丝线圈；金属滑片与线圈接触，并可在金属杆上滑动，起到“活动触点”的作用。★接线柱：下端两个与电阻丝两端相连，上端两个与金属杆两端相连。观察与建模：将复杂的实物结构转化为清晰的结构模型图，是理解仪器工作原理的关键步骤。任务三：破解“接线密码”——探究正确连接方法教师活动：这是操作关键点。我会提出挑战：“现在，请各小组尝试将滑动变阻器接入电路，控制一个小灯泡的亮度。目标是：移动滑片时，灯泡亮度能发生明显、连续的变化。比一比，哪个组最先找到所有能实现调节的接线方法，并总结出规律。”在学生探索时，我巡视指导，特别关注那些连接后灯泡不亮或亮度不变的“问题接线”，将其作为后续讨论的宝贵资源。待多数小组成功后，我会邀请不同接线方案的小组展示电路图，并引导全班归纳共性。学生活动：小组合作，动手尝试各种接线组合（如接A、B；C、D；A、C；A、D；B、C；B、D）。记录哪些接法能使灯泡变光，哪些不能。通过对比分析，发现规律：只有分别接一个上接线柱和一个下接线柱（即“一上一下”）时，滑片移动才能改变接入电阻，从而调节灯泡亮度。即时评价标准：1.操作是否规范安全（先断开关，检查电路）。2.是否进行了系统性的尝试和记录。3.小组总结的规律是否准确、简洁（“一上一下”）。形成知识、思维、方法清单：★“一上一下”接线规则：这是确保滑动变阻器接入电路的部分是“电阻丝一端→滑片”这段可变长度的关键。若接“两上”，电阻几乎为零（金属杆）；若接“两下”，电阻固定为最大值且不可调。▲试错与归纳：通过系统的实验尝试，从正反案例中归纳普遍规律，是科学探究中的重要方法。任务四：掌握“调控语言”——分析滑片移动与阻值变化教师活动：在学生掌握接线后，深化思维训练。我会在板书画出两种“一上一下”的接法（如接A、D和B、C），并提出核心问题：“以接A、D为例，滑片P向右移动时，接入电路的电阻丝是变长还是变短？电阻变大还是变小？灯泡会变亮还是变暗？”我会引导学生“追踪电流路径”：电流从A流入，必须经过哪段电阻丝才能流向D？配合动画，将电流路径高亮显示。总结出“远则长，近则短”的简易判断口诀（即滑片远离下方所接线的那个端点，则接入电阻变长）。然后变换接法，让学生举一反三。学生活动：学生跟随教师引导，用手指在实物或电路图上“画”出电流路径。理解“接入电路的有效部分是从下方接线柱到滑片之间的那段电阻丝”。应用口诀或原理，分析不同接法下滑片移动时阻值的变化，并用实验验证自己的判断。即时评价标准：1.分析问题时，能否清晰说出电流的流经路径。2.对不同接法的变化分析是否准确、迅速。3.能否将分析结论与实验观察现象相印证。形成知识、思维、方法清单：★动态分析核心：分析前，必须先明确下方接入的是哪个接线柱（即电流从电阻丝的哪端流入）。接入电阻的有效长度就是从该下端接线柱到滑片触点之间的电阻丝长度。★变化规律：滑片远离下端接线柱，长度变长，电阻变大；滑片移近下端接线柱，长度变短，电阻变小。思维可视化：通过追踪电流路径，将抽象的空间位置关系转化为清晰的逻辑链条。任务五：初识“电路全局”——变阻器在电路中的作用教师活动：将视角从变阻器本身扩展到整个电路。我会设计一个简单串联电路（电源、开关、滑动变阻器、小灯泡、电流表），提问：“移动滑片改变变阻器电阻时，①小灯泡两端的电压会变吗？②电路中的总电流如何变？③变阻器分走的电压如何变？”引导学生运用欧姆定律和串联电路特点进行推理。然后，增加一个电压表并联在灯泡两端，让学生通过实验测量数据，验证推理。学生活动：基于已有知识进行理论推导：变阻器电阻增大→总电阻增大→总电流减小（电流表示数减小）→灯泡电阻不变，其两端电压减小（电压表示数减小）。随后进行实验，记录数据，验证理论分析的正确性。即时评价标准：1.理论推导的逻辑是否清晰、正确。2.实验操作是否规范，数据记录是否准确。3.能否用实验数据验证并巩固理论认识。形成知识、思维、方法清单：★核心作用：滑动变阻器在电路中的主要作用是通过改变自身电阻，从而改变电路中的电流，以及各部分电路两端的电压（分压）。▲系统思维：将电路视为一个整体，任何一个元件的变化都会引起连锁反应。这要求我们具备动态的、联系的系统分析能力。任务六：拓展视野——变阻器的“家族”与应用教师活动：简要介绍变阻器家族的其他成员，如电阻箱（能读出确切阻值，但变化不连续）、电位器（常用于音量调节，原理相通）。展示实物或图片。引导学生列举生活中的变阻器应用实例，如调光台灯、电饭煲保温控制、汽车油量表等，并尝试简单解释其工作原理。提问：“这些应用，体现了变阻器在技术上实现了什么价值？”学生活动：观察电阻箱、电位器实物或图片，比较其与滑动变阻器的异同。积极联想生活中的应用，并尝试用本节课所学知识进行解释。理解变阻器是实现“自动控制”或“人工调节”的基础元件之一。即时评价标准：1.能否识别不同类型的变阻器并说出其主要特点。2.举例是否恰当，解释是否合理。3.是否体会到物理知识的技术转化价值。形成知识、思维、方法清单：▲变阻器类型：滑动变阻器（连续调节）、电阻箱（精确读数）、电位器（旋钮式调节）。★广泛应用：任何需要连续、可控地调节电流、电压、亮度、音量、温度的电器设备中，几乎都有变阻器的身影。STS思想：科学（S）原理（电阻定律）催生了技术（T）产品（变阻器），技术产品广泛服务于社会（S）生活，这体现了科学、技术、社会的紧密联系。第三、当堂巩固训练1.基础层（全体必做）：(1)画出用滑动变阻器（接A、C两接线柱）控制灯泡亮度的电路图，并标出电流方向。(2)判断：对于接B、D的变阻器，滑片P向左移动时，接入电阻如何变化？(3)选择题：关于变阻器接线，下列说法正确的是（）。2.综合层（大多数学生完成）：设计一个电路：用滑动变阻器、一个电源、一个开关、一个灯泡和一个电压表，要求电压表能测灯泡电压，且移动滑片时，电压表示数能从较小值连续调到较大值。请画出电路图，并说明滑片应向哪个方向移动使电压表示数变大。3.挑战层（学有余力选做）：有一个最大阻值模糊的滑动变阻器，请你利用一个已知阻值的定值电阻R0、一个电流表、一个电源和开关，设计一个实验方案，大致测出该变阻器的最大阻值。画出电路图并简述步骤。反馈机制：基础层练习通过同桌互换、集体订正快速反馈。综合层任务邀请不同设计思路的学生上台展示电路图并讲解，教师点评其设计的合理性与创新性。挑战层任务可作为课后小组研讨课题，下节课请学生分享方案。第四、课堂小结引导学生进行自主总结：“今天我们沿着‘为何需要’到‘如何实现’，再到‘如何使用’的线索，探究了变阻器。现在，请大家用关键词或简易思维导图，梳理本节课的核心收获。”邀请几位学生分享他们的知识结构图。随后进行元认知提问：“回想一下，你觉得掌握变阻器使用的关键是什么？在分析动态电路时，哪个步骤最容易出错，你有什么好办法避免吗？”最后布置分层作业，并预告下节课内容：“今天我们学会了用变阻器控制电路，下节课，我们将利用这个得力工具，去揭开电路中最核心的定量关系——欧姆定律的神秘面纱。”六、作业设计基础性作业（必做）：1.整理课堂笔记，完整画出滑动变阻器的结构示意图和电路符号，并标注各部分名称。2.课本对应练习题：完成关于滑动变阻器连接与动态分析的基础习题。3.家庭小观察：找一找家中哪些电器可能有类似变阻器的调节装置（如旋钮、滑杆），并思考其调节的是什么。拓展性作业（建议完成）：1.情境设计：假设你是科技馆讲解员，需要向小学生讲解滑动变阻器的工作原理。请设计一个不超过3分钟的讲解词，并构思一个简单的演示实验。2.错误分析：收集几位同学（或假设）在连接、分析变阻器时出现的典型错误，分析其错误原因，并给出正确做法和温馨提示。探究性/创造性作业（选做）：1.微项目：利用铅笔芯（石墨导体）、电池、小灯泡、导线和金属夹，制作一个简易的“铅笔芯变阻器”，实现调光功能。记录制作过程，测试其效果，并与实验室滑动变阻器对比优缺点。2.文献拓展：查阅资料，了解除了改变长度，还有哪些技术可以改变电阻（如热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻），并简述其原理和一例应用。七、本节知识清单及拓展★1.变阻器发明初衷：为了解决“如何方便、连续地改变电路中的电流或电压”这一实际问题。这体现了技术发明源于明确的需求驱动。★2.核心工作原理：基于电阻定律（R=ρL/S），通过改变接入电路的电阻丝的有效长度来连续改变电阻。这是将物理原理转化为技术应用的精典范例。★3.滑动变阻器构造“五要素”：瓷筒（绝缘骨架）、电阻丝线圈（核心电阻部分，通常为镍铬合金丝）、金属杆（支架与导体）、滑片（活动触点，与线圈接触并可在金属杆上滑动）、四个接线柱（A、B通常与电阻丝两端相连，C、D与金属杆两端相连）。★4.“一上一下”接线法则：必须选择一个上接线柱（C或D）和一个下接线柱（A或B）接入电路。这是确保滑片滑动能改变接入电阻的充要条件。接“两上”电阻≈0，接“两下”电阻最大且不可调。★5.接入电阻的有效部分判断：接入电路的实际电阻是从下方接线柱所连的电阻丝端点到滑片触点之间的那段电阻丝的电阻。分析前务必先明确下方接入的是哪个接线柱。★6.阻值变化动态分析口诀：“远增近减”。即滑片移动远离下方所接线的端点，则接入电阻丝长度增加，电阻变大；移近则长度减少，电阻变小。此口诀可快速判断。★7.在电路中的核心作用：保护电路（闭合开关前滑到阻值最大处）；调节电流；改变部分电路电压（分压）。它是电学实验中进行控制变量的关键仪器。★8.结构符号与电路符号：要能识别实物，并能正确绘制其在电路图中的符号，注意元件符号与实物接线柱的对应关系。▲9.常见错误类型：①接线错误（未“一上一下”）；②动态分析时，电流路径判断错误；③在复杂电路中，混淆局部变化与整体影响的关系。对策：养成“先标下端，再画路径，后析变化”的分析习惯。▲10.读数问题：普通滑动变阻器不能直接读出精确阻值，只能定性或粗略调节。需要精确读数时应选用电阻箱。▲11.变阻器家族：滑动变阻器（连续调节）、电阻箱（插塞式或旋钮式，阻值可读）、电位器（三端元件，常用于音量、亮度调节）。它们原理相通，但结构与用途各有侧重。▲12.生活应用举例：调光台灯（调节亮度）、音响音量旋钮（调节电流信号强弱）、汽车油量表（浮子带动变阻器滑片）、电饭煲保温控制（与热敏元件配合）等。体现了物理知识服务于生活的价值。▲13.技术思想升华：滑动变阻器的设计蕴含了“将直线运动（滑片移动）转化为电学参量连续变化（电阻变化）”的巧妙构思，是机械结构与电气功能结合的经典案例。▲14.探究方法回顾：本节课经历了“提出需求→原理分析→结构观察→实验探究（试错与归纳）→应用分析”的完整科学探究流程，这是研究任何仪器或规律的基本范式。八、教学反思假设本课教学已实施完毕，基于课堂观察与学生反馈，进行如下复盘：（一）目标达成度分析从课堂提问、小组实验操作和当堂练习反馈来看，绝大多数学生能够准确说出变阻器原理，掌握“一上一下”接线规则，并完成基础的动态电路分析，表明知识目标与基础能力目标基本达成。在“综合层”设计电路任务中，约70%的学生能独立设计出符合要求的电路，但部分学生在解释滑片移动方向与电压变化关系时逻辑表述不够清晰，反映出将理论分析转化为精准语言表达的能力仍需在后续课程中持续训练。情感目标方面，小组合作氛围浓厚，学生在“试错”环节表现出较高的探究热情和互助精神，当成功控制灯泡亮度时，能观察到明显的成就感。（二）核心环节有效性评估1.导入环节：调光台灯的对比直观有效，迅速聚焦“连续改变电流”的核心问题，激发了学生探究欲望。“怎样设计可变电阻？”的提问成功将学生置于设计者角色，激活了思维。2.任务三（探究接线规则）：采用“放手尝试收集错误归纳规律”的策略效果显著。学生通过亲身试错，对“两上”短路和“两下”断路现象印象深刻，从而对“一上一下”规则的理解从“被告知”转变为“自我发现”，记忆深刻。巡视中发现的典型错误接线成为课堂生成的宝贵资源。3.任务四（动态分析）：这是难点突破的关键。利用动画高亮显示电流