沪科版九年级物理：探究电流的影响因素（教案）

沪科版九年级物理：探究电流的影响因素（教案）

一、教学目标

（一）物理观念

1.形成初步的电路系统观：理解电流是电荷在闭合回路中的定向移动，其大小受到回路中电源（电压）和导体（电阻）的共同制约，建立“电压是形成电流的外部原因，电阻是导体对电流的阻碍作用”的核心概念。

2.建构定性与定量相结合的概念模型：通过探究活动，初步认识到电流大小与电压、电阻之间存在定性关系（电压越大，电流越大；电阻越大，电流越小），为下一课时学习欧姆定律的定量关系奠定基础。

（二）科学思维

1.科学推理与猜想能力：能基于生活经验（如电池节数影响灯泡亮度）和已有知识（电压、电阻的初步概念），对“电流大小与哪些因素有关”提出有依据的合理猜想，并阐明猜想理由。

2.控制变量法的深度应用：深刻理解并熟练运用控制变量法设计探究方案。能够清晰表述在探究电流与电压关系时需控制电阻不变，探究电流与电阻关系时需控制电压不变，并能设计出相应的实验电路图和操作步骤。

3.图像分析与信息处理能力：初步学会将实验数据绘制成图像（I-U、I-R草图），并能从图像趋势中归纳总结出电流与电压、电阻的定性关系，发展基于证据得出结论的科学思维。

4.批判性思维与误差分析：能对实验过程中出现的非常规现象（如灯泡电阻随亮度变化）进行讨论，初步认识理想模型（定值电阻）与实际元件（小灯泡）的区别，培养实事求是的科学态度。

（三）科学探究

1.完整经历科学探究过程：学生将以小组为单位，完整经历“提出问题→猜想与假设→设计实验与制订计划→进行实验与收集证据→分析与论证→评估与交流”的科学探究全过程。

2.强化实验设计与操作技能：能够根据探究目标，正确选择实验器材（学生电源或电池组、滑动变阻器、定值电阻、电流表、电压表、开关、导线等），并规范连接串联电路。重点练习电流表、电压表的正确使用方法（量程选择、连接方式、读数）以及滑动变阻器在“控制电压不变”和“改变电压”两种不同目的下的使用方法。

3.合作学习与有效沟通：在小组内进行明确分工（操作员、记录员、汇报员等），协作完成实验。能够清晰、有条理地汇报本组的探究过程、数据、结论及遇到的问题。

（四）科学态度与责任

1.激发探究兴趣与求知欲：通过设计悬念（“如何让同一个灯泡变得更亮或更暗？”）和联系生活实际（调光台灯、汽车前灯亮度调节），让学生感受到物理规律源于生活并服务于生活。

2.培养严谨认真、实事求是的科学态度：在实验操作和数据记录中力求准确、客观，尊重实验事实，即使数据与预期有偏差也能诚实记录并尝试分析原因。

3.树立安全用电与规范操作的意识：在电路连接与调试过程中，强化“先设计电路图，再连接实物图”、“先检查电路，再闭合开关”、“实验结束后先断开电源，再整理器材”等安全操作规范。

二、教学重难点

项目

内容

突破策略

教学重点

1.科学探究方法的掌握：控制变量法在本探究中的具体应用逻辑与操作设计。

2.探究过程的完整实施：引导学生自主设计并完成探究电流与电压、电阻关系的实验。

3.定性结论的归纳：通过分析实验数据，得出“电阻一定时，电流与电压成正比；电压一定时，电流与电阻成反比”的定性结论。

1.采用“问题链”和对比讨论，引导学生自主构思控制变量的方案。

2.提供“探究任务单”作为脚手架，将大任务分解为可操作的步骤。

3.利用数字化实验系统或实物投影，实时共享多组数据，通过大数据归纳提升结论可信度。

教学难点

1.实验方案的设计：如何设计一个电路，既能方便地改变电压或电阻，又能精确地控制其中一个量不变。

2.滑动变阻器的双重作用理解：在探究电流与电压关系时，用它来改变定值电阻两端电压；在探究电流与电阻关系时，用它来保持更换后电阻两端电压不变。

3.数据背后物理意义的理解：从“数据变化趋势”上升到“物理量之间的因果关系”理解。

1.进行“电路设计工作坊”，让学生在试错和优化中体会滑动变阻器的核心作用。

2.采用类比法（如水压、水管阻力对水流量的影响）辅助理解。

3.引导学生在分析数据时多问“为什么”，将数据点连成图像，观察整体趋势。

三、教学理念与策略

本教学设计秉持“以学生为主体，以探究为主线，以素养为导向”的现代教学理念，深度融合STEM（科学、技术、工程、数学）教育思想与项目式学习（PBL）要素。

1.情境化与问题驱动：创设“为玩具小车设计可调速电路”的微型工程项目情境，将“探究电流影响因素”转化为解决实际工程问题的核心知识需求，激发内在动机。

2.探究式与建构主义：摒弃验证式实验，采用开放度较高的探究式实验。教师扮演“教练”和“资源提供者”角色，学生以小组为“研究团队”，自主构建知识。

3.跨学科整合：

1.4.科学与工程（SE）：强调电路设计的系统性思维和优化迭代的工程思维。

2.5.技术（T）：引入数字化传感器（电流、电压传感器）与传统测量工具并行，体验技术革新对科学探究的促进作用。

3.6.数学（M）：强化数据记录表格的设计、图像的绘制与分析，理解函数关系（正比、反比）的物理图景。

7.差异化与支架教学：通过分层探究任务单（基础版与挑战版）、可视化思维工具（如概念图、流程图）和关键问题提示，为不同认知水平的学生提供支持，确保全员参与深度探究。

四、教学准备

类别

资源与器材

作用说明

教师准备

1.多媒体课件（含情境视频、动画电路图、数据记录模板、分析图表）

2.演示用大型电流表、电压表、电路示教板

3.数字化实验系统（含电流、电压传感器，数据采集器，电脑及投影）

4.分组器材清单及“工程师任务卡”

5.板书设计（思维导图框架）

创设情境，清晰演示，提供技术支持和组织框架。数字化系统用于快速呈现多组数据规律。

学生分组器材

（6-8组）

方案A（传统探究）：

1.学生电源（或3节干电池串联的电池组）

2.滑动变阻器（20Ω）

3.定值电阻（5Ω，10Ω，15Ω各一个）

4.电流表（0-0.6A，0-3A）

5.电压表（0-3V，0-15V）

6.开关、导线若干

7.学生实验记录单

方案B（融合数字化）：

1.在方案A基础上，增加一套电流/电压传感器与数据采集器（连接平板电脑）

2.小灯泡（2.5V）一个（用于拓展对比探究）

方案A保障基础实验技能训练。方案B提升探究效率和精度，便于进行拓展性、对比性探究（如研究小灯泡的电流与电压关系）。

认知工具

1.KWL表（已知-想知-学知）

2.实验设计思维导图模板

3.数据记录与分析模板（含表格和坐标系）

4.小组互评量规

帮助学生梳理前概念、规划探究、处理信息并进行有效评价。

五、教学过程（两课时连排，共90分钟）

第一阶段：情境导入，提出问题（预计时间：10分钟）

【活动设计】

1.播放微视频：展示一个遥控玩具车以不同速度行驶，以及汽车前灯从近光切换至远光的变化。

2.教师提问：“同学们，玩具车的速度和车灯的亮度是如何被驾驶员（或遥控器）控制的？其内部的电路发生了什么变化？”

3.学生头脑风暴：基于前一节学习的电流、电压、电阻概念，学生可能会提到“改变了电池”、“调节了电阻”等。

4.聚焦核心问题：教师引导：“归根结底，是电路中的电流大小发生了改变。那么，作为一个‘电路工程师’，我们如何才能精确地控制一个电路中的电流呢？电流的大小究竟与哪些因素有关？”

5.填写KWL表第一部分：学生个人或小组填写“我们已经知道什么”（K：电流是电荷定向移动形成的，电路需要闭合，有电压表、电流表等）和“我们想知道什么”（W：电流大小到底由什么决定？具体怎么影响？是不是只和电压、电阻有关？）。

【设计意图】从真实的工程应用场景出发，将抽象的物理问题转化为具体的、有意义的驱动性问题。KWL表的使用有助于激活学生的前认知，并明确本节课的学习目标，使学习过程更具方向性。

第二阶段：大胆猜想，建立假设（预计时间：10分钟）

【活动设计】

1.回顾已有概念：教师引导学生回顾：“电压是形成电流的原因，电阻是导体对电流的阻碍作用。”这为猜想提供了理论支点。

2.生活经验联想：

1.3.“一节电池和两节电池分别给同一个小灯泡供电，亮度一样吗？这说明了什么？”（提示电压可能影响电流）

2.4.“在同一电源下，铜丝和镍铬合金丝分别接入电路，小灯泡亮度一样吗？”（提示电阻可能影响电流）

5.小组讨论与猜想：以小组为单位，基于以上提示进行讨论，形成本组的猜想。

1.6.猜想1：导体两端的电压可能影响电流。电压越大，电流可能越大。

2.7.猜想2：导体的电阻可能影响电流。电阻越大，电流可能越小。

3.8.（可能出现的猜想3：导体的长度、横截面积、材料…教师可引导：这些因素其实是通过影响电阻来间接影响电流的，本节课我们先聚焦于电阻这个整体属性。）

9.明确探究变量：师生共同确定，本次探究的因变量是电流I，需要探究的自变量是电压U和电阻R。同时认识到，要研究I与U的关系，必须保持R不变；要研究I与R的关系，必须保持U不变。至此，控制变量法的必要性自然浮现。

【设计意图】猜想不是瞎想，而是基于经验和已有知识的合理推断。此环节将生活现象与物理概念紧密联系，让学生体会物理来源于生活。明确自变量、因变量和控制变量，是科学探究规范化的关键一步。

第三阶段：设计实验，制定方案（预计时间：20分钟）——本节核心与难点

【活动设计】

1.任务发布：教师出示“工程师任务卡”——任务一：探究通过某导体的电流I与其两端电压U的关系（R不变）；任务二：探究通过导体的电流I与该导体电阻R的关系（U不变）。

2.电路设计工作坊（小组活动）：

1.3.各小组领取基础器材（电源、开关、导线、一个定值电阻、电流表、电压表）。

2.4.挑战1：如何测量通过定值电阻的电流和它两端的电压？——引导学生设计出将电流表串联、电压表并联在电阻两端的正确电路。

3.5.挑战2（核心）：如何改变定值电阻两端的电压？学生可能会提出“改变电池节数”。教师肯定并追问：“如果不更换电源，能否在电路内部连续、方便地调节电压？”引出滑动变阻器。

4.6.探索滑动变阻器的接法：让学生尝试将滑动变阻器接入电路，观察移动滑片时，小灯泡（可先用灯泡代替电阻直观观察）亮度的变化，理解其分压原理。

5.7.形成方案一电路图：最终，师生共同优化出标准电路图（电源、开关、滑动变阻器、定值电阻、电流表串联，电压表并联在定值电阻两端）。

8.方案迁移与深化：

1.9.挑战3：对于任务二，需要更换不同的定值电阻（如5Ω、10Ω、15Ω），但要保持它们两端的电压U不变。如何实现？——引导学生发现，在方案一的电路中，每次换用不同的电阻后，可以通过调节滑动变阻器，使电压表的示数回到一个指定的值（如2V）。此时，滑动变阻器的作用从“改变电压”变成了“控制电压不变”。

10.确定步骤与记录表格：各小组讨论并起草实验步骤，设计数据记录表格。

1.11.表1：探究I与U的关系（R=___Ω）

|实验次数|电压U/V|电流I/A|备注|

|:---:|:---:|:---:|:---|

|1||||

|2||||

|3||||

2.12.表2：探究I与R的关系（U=___V）

|实验次数|电阻R/Ω|电流I/A|备注|

|:---:|:---:|:---:|:---|

|1|5|||

|2|10|||

|3|15|||

13.方案汇报与互评：邀请1-2个小组分享他们的电路设计和操作步骤，其他小组进行补充和质疑。教师最终进行规范性总结，强调电表量程选择、连接、读数以及闭合开关前滑片位置（置于最大阻值处）等安全操作要点。

【设计意图】这是培养工程思维和科学探究能力的关键环节。通过设置层层递进的“挑战”，让学生在试错、讨论、优化中自主建构出合理的实验方案，特别是深刻理解滑动变阻器在不同探究目的下的不同作用，突破教学难点。设计表格也培养了学生的规划能力。

第四阶段：进行实验，收集证据（预计时间：25分钟）

【活动设计】

1.明确分工与安全提示：小组成员分任操作员、记录员、监督员（检查电路、读数）。教师巡视全场，再次强调“一查二接三试四测”的操作流程和安全规范。

2.分组实验与数据采集：

1.3.各小组按照自己设计的方案连接实物电路，检查无误后开始实验。

2.4.任务一：保持定值电阻（如10Ω）不变，调节滑动变阻器，使电压成整数倍或有规律地变化（如1.0V，2.0V，3.0V），分别读出对应的电流值，记录在表1中。

3.5.任务二：分别将5Ω、10Ω、15Ω的定值电阻接入电路，每次更换后，调节滑动变阻器，使电压表示数保持为同一个值（如2V），分别读出对应的电流值，记录在表2中。

4.6.（可选）拓展任务：对于学有余力或使用数字化设备的小组，可将定值电阻换为小灯泡，重复任务一，观察I-U关系是否还是直线，引发认知冲突，为后续学习伏安特性曲线埋下伏笔。

7.教师巡视指导：关注学生的操作规范性，帮助解决接线错误、电表反偏、示数不稳定等常见问题。鼓励学生多次测量，减少偶然误差。利用实物投影或数字化系统，捕捉典型数据或现象进行即时分享。

【设计意图】动手操作是物理学习的核心环节。此阶段让学生将纸面方案转化为实践，巩固电学实验基本技能，培养严谨、协作的科学态度。教师的个性化指导至关重要。

第五阶段：分析论证，形成结论（预计时间：15分钟）

【活动设计】

1.数据处理：各小组在记录单的坐标系中，根据表1数据绘制I-U关系点，根据表2数据绘制I-R关系点（或I-1/R关系点）。鼓励学生用平滑的线（直线或曲线）连接各点，观察趋势。

2.小组内分析：

1.3.观察表1，当电阻不变时，电压增大到原来的几倍，电流是否也大致增大到原来的几倍？

2.4.观察表2，当电压不变时，电阻增大到原来的几倍，电流是否大致减小为原来的几分之一？

5.全班交流与大数据归纳：

1.6.教师利用实物投影或数字化实验系统的共享平台，将多个小组的数据汇总到同一个坐标系中。

2.7.引导学生观察大量数据点呈现的整体规律，降低个别组误差带来的干扰，增强结论的说服力。

3.8.形成结论：在教师引导下，学生用自己的语言归纳：

1.4.9.结论一：当导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端的电压成正比。

2.5.10.结论二：当导体两端的电压一定时，通过导体的电流与其电阻成反比。

11.评估与反思：

1.12.引导小组回顾：实验数据是否支持最初的猜想？实验过程中遇到了哪些困难？是如何解决的？

2.13.讨论误差来源：电表读数误差、导线电阻、电源电压波动、接触电阻等。

3.14.对比拓展组数据：小灯泡的I-U图像不是直线，说明其电阻随温度（亮度）变化。强调“电阻一定”是得出正比关系的前提条件，体现物理规律的成立条件。

【设计意图】从数据到结论是科学思维的一次飞跃。通过绘制图像和全班数据共享，将抽象的数字化为直观的图形，帮助学生发现规律。评估反思环节深化对探究过程和方法论的理解，培养批判性思维。

第六阶段：总结迁移，应用拓展（预计时间：10分钟）

【活动设计】

1.回归初始问题：教师再次展示玩具车和汽车灯的图片。“现在，谁能从物理原理上解释，如何控制它们的电流？”学生应用本节结论回答：可以通过改变电压（如调节电源）或改变电阻（如使用变阻器）来实现。

2.构建概念网络：师生共同完善板书（思维导图），将电流、电压、电阻三者之间的定性关系清晰地呈现出来，形成知识结构。

3.生活与科技链接：

1.4.解释调光台灯、电动车调速器的工作原理。

2.5.简要介绍半导体技术如何通过改变材料特性（等效于改变电阻）来精密控制电流，应用于计算机芯片，感受物理知识在现代科技中的基石作用。

6.填写KWL表最后部分：学生填写“我学到了什么”（L），并可以提出新的问题，如“电流、电压、电阻三者之间有没有一个精确的数学公式？”自然引出下一课时欧姆定律的学习。

7.布置作业与预告。

【设计意图】首尾呼应，解决真实问题，让学生体验到学以致用的成就感。构建概念图有助于知识系统化。链接科技前沿，拓宽视野，激发持续探索的热情。

六、板书设计

（采用交互式、生成性思维导图形式，随教学进程逐步完善）

电流的大小与哪些因素有关？

（控制变量法）

|

+-------------------+-------------------+

||

【自变量：电压U】【自变量：电阻R】

（控制：电阻R不变）（控制：电压U不变）

||

+-----+-----++-------+-------+

||||

电路图结论电路图结论

（滑动变阻器电阻一定时，（滑动变阻器电压一定时，

用于改变U）I∝U用于保持U不变）I∝1/R

||||

+-----------++---------------+

|

【核心关系】

电压是形成电流的外因

电阻是阻碍电流的内因

二者共同决定电流大小

|

【应用】

调光、调速、自动控制...

七、分层作业设计

A层（基础巩固）：

1.完成实验报告，规范撰写探究目的、器材、步骤、数据表格、结论。

2.课本课后基础练习题，重点练习根据定性关系进行简单判断和解释现象。

B层（能力提升）：

1.设计一个利用滑动变阻器、小灯泡、电源、开关设计一个简易调光台灯电路，并说明调节亮度的原理。

2.思考：如果探究电流与导体长度的关系，应该如何设计实验？需要控制哪些变量？写出你的设计方案概要。

C层（拓展探究）：

1.查阅资料，了解除了滑动变阻器，还有哪些电子元件可以用于调节电流（如电位器、数字电位器、晶体管等），写一篇200字左右的科普小短文。

2.（选做）利用图形化编程软件（如Mind+、米思齐）和开源硬件（如Arduino），搭建一个可通过旋钮或光敏电阻自动调节LED亮度的电路，并录制演示视频。

八、教学反思