初中物理九年级全一册《变阻器》探究式教学设计

初中物理九年级全一册《变阻器》探究式教学设计

一、设计理念与理论依据

本教学设计以建构主义学习理论、探究式教学理念以及物理学科核心素养为导向，致力于实现从知识传授到素养培养的转变。建构主义认为，学习是学习者在原有经验基础上主动建构新知识意义的过程。因此，设计将创设真实、富有挑战性的问题情境，引导学生像科学家一样经历“提出问题-猜想与假设-设计实验-进行实验-分析论证-评估交流”的完整科学探究过程，从而主动建构关于变阻器原理、结构、作用及使用方法的深层理解。

同时，设计深度融合《义务教育物理课程标准（2022年版）》的要求，着力发展学生的物理核心素养。在“物理观念”层面，强化“能量”“电路”观念，理解变阻器是通过改变电阻从而调控电路中电流与电压的关键元件；在“科学思维”层面，注重模型建构、科学推理和科学论证，引导学生将实际的滑动变阻器抽象为可连续变化的电阻模型，并运用欧姆定律进行解释；在“科学探究”层面，提供充分的动手实验与协作探究机会，培养学生发现问题、设计实验方案、操作仪器、收集与分析数据的能力；在“科学态度与责任”层面，通过介绍变阻器在各类电器、工业控制中的广泛应用，让学生体会物理知识与技术进步、社会发展的紧密联系，培养严谨认真、实事求是的科学态度以及运用所学服务社会的责任感。

二、教材分析与学情分析

教材分析：

本节“变阻器”内容位于人教版九年级物理全一册第十六章《电压电阻》的第四节。本章的核心是建立电压、电阻的概念，并探究电流、电压、电阻三者之间的定量关系（欧姆定律）。前三节已学习了电压、电阻的概念以及影响电阻大小的因素，本节“变阻器”是电阻知识的直接应用与深化，是连接静态的电阻概念与动态的电路控制的关键节点，也是后续学习欧姆定律、电功率、以及家庭电路等内容的必备基础和重要工具。教材通常从改变灯泡亮度的实际需求出发，引出改变电阻的必要性，进而介绍滑动变阻器的构造、原理、符号和使用方法，并简要提及电阻箱等其他变阻器。本设计将在此基础上进行拓展与深化，强调探究过程的完整性、原理理解的深刻性以及应用迁移的广泛性。

学情分析：

教学对象为九年级学生。他们的认知特点是从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡，具备一定的观察、实验能力和归纳推理能力。知识储备上，学生已经掌握了电路的基本构成、电流、电压、电阻的基本概念，以及影响导体电阻大小的因素，并初步具备了连接简单电路和使用电流表、电压表的技能。然而，学生的不足在于：对“通过改变电阻来连续控制电流”这一思想缺乏感性认识和深层理解；对于滑动变阻器这种具有多个接线柱的元件，其接入电路的有效部分及连接方法容易混淆；将电路图符号与实物对应，并规划电流路径的能力尚待加强。此外，学生渴望动手操作，但对实验的目的性、规范性和科学方法的运用认识不足。因此，教学需从学生已有经验和认知冲突出发，设计层层递进的探究任务，引导学生在“做中学”、“思中悟”，突破学习难点。

三、教学目标

基于核心素养的培育，设定如下三维教学目标：

1.物理观念

1.理解变阻器的工作原理：通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻，从而控制电路中的电流或调节用电器两端的电压。

2.能识别滑动变阻器和电阻箱的实物、结构示意图和电路符号。

3.知道滑动变阻器和电阻箱在改变电阻方式上的区别（连续变化与跳跃变化）及其主要应用场合。

2.科学思维

1.能运用“影响电阻大小因素”的知识，推理并解释变阻器的工作原理，完成从原理到实物结构的思维建构。

2.通过分析不同接法下电流的路径，抽象出滑动变阻器接入电路的有效电阻部分，建立滑动变阻器在电路中的简化模型。

3.能根据电路控制要求（如亮度调节、音量调节），设计和判断滑动变阻器的正确接法，并进行简单的电路故障分析。

3.科学探究

1.经历完整的探究过程：针对“如何方便地改变电路中的电流”这一问题，能提出“改变电阻”的猜想，并设计出通过改变导体长度来改变电阻的初步方案。

2.能在教师引导下，通过观察、拆解滑动变阻器，描述其结构组成，并与自己的设计方案进行对比、优化。

3.能独立并规范地完成滑动变阻器的连接、调节操作，观察并记录其对电路中电流、用电器工作状态（如灯泡亮度）的影响。

4.通过实验探究，归纳总结出滑动变阻器“一上一下”的正确接法原则，以及滑片移动方向与电阻变化、电流变化之间的逻辑关系。

4.科学态度与责任

1.在探究活动中，养成严谨认真、如实记录实验现象、尊重实验数据的科学态度。

2.通过小组合作实验，培养团队协作、交流分享的意识与能力。

3.认识到变阻器是技术产品，感受物理原理应用于技术发明的魅力，激发创新意识。

4.了解变阻器在日常生活（如调光台灯、音量旋钮）、工业生产（如电机调速）、科学研究（如电路调试）中的广泛应用，体会物理学对推动社会发展和提高生活质量的重要作用。

四、教学重点与难点

教学重点：

1.滑动变阻器的工作原理。

2.滑动变阻器的正确连接方法（“一上一下”原则）及其在电路中的作用。

3.通过实验探究，理解滑片移动方向与接入电阻大小、电路中电流变化之间的关系。

教学难点：

1.理解滑动变阻器接入电路的有效电阻部分是滑片与所接下接线柱之间的那段电阻丝。

2.能根据电路图或实际需求，正确判断滑动变阻器滑片移动时引起的电阻、电流变化，并规划滑片的初始位置。

3.区分滑动变阻器与电阻箱的特点及适用场景。

五、教学准备

教师准备：

1.演示实验器材：大型滑动变阻器模型（可拆解）、调光台灯、可调速风扇、多媒体教学课件（包含滑动变阻器结构动画、各种应用实例图片/视频）、实物投影仪。

2.学生分组实验器材（按2人一组配置）：干电池组（或学生电源）及导线若干、小灯泡（带灯座）、电流表、滑动变阻器（50Ω，1A）、电阻箱（旋钮式）、开关。额外准备若干不同规格的定值电阻、电压表供拓展探究使用。

3.自制学案：包含学习目标、预习问题、探究任务单、实验记录表格、课堂反馈练习、课后分层作业。

学生准备：

1.复习影响导体电阻大小的因素。

2.预习本节内容，思考生活中哪些地方用到了改变电阻的原理。

3.准备好物理笔记本和绘图工具。

六、教学过程设计

（一）情境激疑，导入新课（预计时间：8分钟）

教师活动：

1.情境演示一：展示一个普通的台灯，打开开关，灯泡发光。提问：“同学们，如果我现在想让这个灯泡变暗一些，有什么办法？”（学生可能回答：降低电压、串联一个电阻等）。接着，展示一个调光台灯，旋转旋钮，灯泡亮度连续可调。提问：“这个台灯是如何实现亮度连续变化的？它内部的关键元件是什么？”

2.情境演示二：播放一段视频，展示剧场中灯光由暗逐渐变亮的过程，或者音响设备上旋转音量旋钮控制声音大小的特写。

3.提出问题：“这些设备都能方便地、连续地改变电流的强弱，从而控制亮度、音量、速度等。它们共同依赖一个重要的电路元件——变阻器。那么，变阻器是如何工作的？我们如何在电路中连接和使用它？今天，就让我们化身电路工程师，一起来探究变阻器的奥秘。”

学生活动：

1.观察教师演示，联系生活经验。

2.思考教师提出的问题，产生认知冲突和探究兴趣。

3.明确本节课的学习主题和探究任务。

设计意图：

从学生熟悉的日常生活和视听体验入手，创设真实、生动的问题情境。通过对比普通台灯与调光台灯，引发学生的认知冲突，激发其好奇心和探究欲望。明确点出“变阻器”这一核心元件，自然引出课题，使学生带着明确的问题和目的进入学习状态。

（二）任务驱动，初探原理（预计时间：12分钟）

教师活动：

1.提出核心探究任务一：“如何方便地、连续地改变一个小灯泡电路中的电流（即亮度）？”引导学生回顾已有知识进行猜想。

2.引导性提问：“根据欧姆定律和上节课所学，影响电路中电流大小的因素有哪些？（电压、电阻）。在电源电压通常不变的情况下，最直接的方法是什么？（改变电阻）。那么，影响导体电阻大小的因素中，哪个因素在实验中最容易改变和控制？（长度）。”

3.发布动手任务：请各小组利用桌上提供的电池、导线、小灯泡、开关，以及一段长导线（或电阻丝），尝试设计一个能通过改变电阻丝长度来改变灯泡亮度的简易装置。提示：如何保证接触良好且长度可调？

4.巡视指导，观察各小组的设计方案。选取有代表性的设计（如用鳄鱼夹夹住电阻丝不同位置）进行展示和交流。

学生活动：

1.小组讨论，基于欧姆定律和电阻的影响因素，提出“通过改变接入电路的电阻丝长度来改变电阻，从而改变电流”的猜想。

2.动手尝试，合作搭建简易的“变阻”装置。可能会尝试用手按住导线不同点、使用鳄鱼夹滑动等方式。

3.交流展示：描述本组的设计思路、演示效果，并分析其优点（原理可行）和不足（操作不便、接触不良、调节不精细等）。

设计意图：

将“改变电阻”这一核心思想与已有知识（欧姆定律、电阻影响因素）建立联系，实现知识的迁移。通过开放性的设计任务，让学生亲身经历从原理猜想（改变长度）到粗糙实物实现的“发明”过程。这个过程不仅巩固了基础知识，更让学生深刻体会到“将理论转化为技术”需要解决的实际问题（如连续调节、接触良好），为引入标准化的滑动变阻器做好认知铺垫，理解其发明的必要性和巧妙性。

（三）观察建模，深化理解（预计时间：15分钟）

教师活动：

1.引出标准化元件：肯定学生的设计思路，指出其核心原理（改变长度）是正确的，但同时指出自制装置的局限性。出示实验室常用的滑动变阻器实物。

2.任务驱动探究二：“这个‘专业’的变阻器是如何实现‘方便、连续、稳定’地改变电阻的？它的内部结构是怎样的？”

3.分发滑动变阻器（可允许学生小心观察外部结构），并利用实物投影展示大型可拆解模型或播放结构剖视动画。

4.引导学生有序观察并描述其结构组成：

1.5.主体：表面涂有绝缘漆的电阻丝线圈（强调这是电阻主要部分）。

2.6.金属滑片：与电阻丝紧密接触，且可沿金属杆滑动。

3.7.四个接线柱：A、B、C、D（或标注为A、B及中间上下各一），分别与电阻丝两端和金属杆两端相连。

4.8.瓷管/支架：支撑和绝缘作用。

9.关键分析引导：

1.10.“电阻丝上的绝缘漆被刮掉了吗？在哪里？”（滑片接触点）。

2.11.“电流可能的路径有哪些？”引导学生分析：电流从某个接线柱流入，必须经过电阻丝，再从另一个接线柱流出。滑片是电流“换道”的开关。

3.12.通过动画演示，重点剖析：当连接A、C（或A、D）两个接线柱时，电流从A流入，经过滑片P，流向C（或D）。问学生：“此时，接入电路的有效电阻部分是哪一段？”（AP段）。移动滑片P，这段长度如何变化？（变化），电阻如何变化？（随之变化）。

4.13.同理分析其他连接方式（如B、C；B、D），并特别指出连接A、B或C、D时，电阻是固定值（最大值或近乎零），无法调节。

14.引导学生归纳出滑动变阻器的电路符号，并强调符号中箭头代表的物理意义（可移动的滑片及接触点）。

学生活动：

1.观察滑动变阻器实物，对照模型或动画，识别并描述其各部件名称及作用。

2.跟随教师的引导，思考并分析电流路径。在学案上画出不同接法时的电流路径示意图。

3.通过路径分析，理解“接入电路的有效电阻是滑片与所选下接线柱之间的那段电阻丝”这一核心概念。

4.归纳总结滑动变阻器的正确接法原则：必须“一上一下”（即分别接在金属杆和电阻线圈各一个接线柱上）。理解错误接法（同上同下）导致的结果。

5.练习画出滑动变阻器的电路符号，并标注接线柱。

设计意图：

这是突破教学难点的关键环节。通过实物观察、模型演示和动态分析，将抽象的“有效电阻部分”具体化、可视化。引导学生通过分析电流的微观路径，自主建构起滑动变阻器的电路模型，深刻理解其工作原理和“一上一下”接法原则的本质。这比直接告知结论更有利于学生形成持久且可迁移的理解。

（四）实验探究，掌握用法（预计时间：25分钟）

教师活动：

1.提出探究任务三：“我们已经知道了滑动变阻器的结构和原理，现在让我们通过实验来熟练掌握它的连接和调节方法，并探究其调节规律。”

2.明确实验目标：

1.3.目标1：正确连接滑动变阻器，控制小灯泡亮度。

2.4.目标2：探究滑片移动方向与接入电阻大小、电路中电流大小（灯泡亮度）之间的关系。

3.5.目标3：学习在闭合开关前，将滑片置于阻值最大位置（保护电路）的操作规范。

6.提供实验电路图（电源、开关、小灯泡、电流表、滑动变阻器串联），并讲解实验步骤和安全注意事项（如电源电压选择、检查电路等）。

7.布置具体的探究问题链，指导学生在实验过程中记录和思考：

1.8.问题a：按照电路图连接实物，你选择了哪两个接线柱？在学案上画出你的实物连接简图。

2.9.问题b：闭合开关前，滑片应放在什么位置？为什么？（阻值最大端，限制电流，保护电路）。

3.10.问题c：缓慢移动滑片，观察电流表示数和小灯泡亮度如何变化？记录滑片向左、向右移动时，电流的变化情况。

4.11.问题d：改变滑动变阻器的接法（换用另一组“上一下”接线柱），重复上述观察。你发现的规律是否一致？

5.12.问题e：尝试连接“同上”（如A、B）或“同下”（如C、D）的接法，观察电路现象，验证之前的分析。

13.巡视指导，重点关注学生的电路连接规范性、操作顺序是否正确、数据记录是否及时。对共性问题进行集中提示。

14.组织交流与论证：

1.15.邀请不同小组分享他们的连接方式、观察到的现象和总结的规律。

2.16.引导学生用语言精确描述规律：“当滑片向靠近（或远离）所连接的下接线柱方向移动时，接入电路的电阻变小（或变大），电路中的电流变大（或变小），灯泡变亮（或变暗）。”

3.17.强调规律具有普适性，但具体描述依赖于接法。培养学生根据具体电路进行分析的能力。

学生活动：

1.小组合作，阅读实验步骤和要求。

2.根据电路图，讨论并确定滑动变阻器的接法，然后动手连接实物电路。连接完毕后，相互检查。

3.严格按照操作规范：先将滑片置于阻值最大位置，再闭合开关进行实验。

4.系统地进行实验探究：移动滑片，观察并记录电流表示数和小灯泡亮度的变化，完成探究问题链。

5.尝试不同的接法，验证“一上一下”原则的有效性和错误接法的结果。

6.分析实验数据，小组内讨论，尝试总结规律。

7.参与全班交流，分享本组的发现，聆听其他组的汇报，完善自己的结论。

设计意图：

这是教学的核心实施环节，将知识应用于实践。通过目标明确、层次清晰的探究任务，让学生在真实的动手操作中巩固连接方法，理解操作规范（保护电路），并自主发现滑片移动与电阻、电流变化的动态关系。问题链的设计引导学生进行有序、深入的探究和思考，避免实验流于形式。充分的交流论证环节，旨在培养学生的语言表达能力、科学论证能力和批判性思维，使发现的规律从感性经验上升为理性认知。

（五）对比拓展，认识电阻箱（预计时间：8分钟）

教师活动：

1.提出新情境：“如果需要知道接入电路的具体电阻值，比如精确地设定一个电流值，滑动变阻器方便吗？”（不方便直接读数）。

2.展示电阻箱实物，并简要介绍其结构（多个定值电阻通过转盘开关组合而成）。

3.演示并讲解电阻箱的使用方法：如何读数（各旋钮对应倍数×示数之和）、如何调节（旋转旋钮至所需阻值）。

4.引导学生对比滑动变阻器与电阻箱的异同，完成学案上的对比表格（从原理、阻值变化特点、能否读数、主要用途等方面）。

1.5.滑动变阻器：通过改变长度连续变化电阻，阻值不可知，适用于需要连续、平滑调节的场合（如调光、调压）。

2.6.电阻箱：通过切换不同阻值的电阻进行跳跃式变化，阻值可知，适用于需要精确设定电阻值的场合（如实验校准、设定特定工作点）。

7.简要介绍数字电位器、光敏电阻、热敏电阻等现代变阻元件，拓宽学生视野，指出变阻思想的多样化实现方式。

学生活动：

1.观察电阻箱结构，学习其读数方法，并进行简单操作练习。

2.在教师引导下，对比分析滑动变阻器和电阻箱的特点，理解它们各自的优势和适用领域。

3.了解其他类型的变阻元件，感受科技的进步。

设计意图：

通过引入电阻箱，并与滑动变阻器进行对比，使学生认识到技术产品的多样性源于不同的需求。这有助于学生形成更全面的“变阻器”概念体系，避免思维固化。同时，介绍现代变阻元件，将课堂知识与科技前沿相联系，激发学生的探索兴趣。

（六）应用迁移，巩固提升（预计时间：10分钟）

教师活动：

1.呈现多层次、联系实际的巩固练习题（在学案上或课件上）。

1.2.层次一（基础识别与判断）：给出滑动变阻器实物图或电路图，判断不同接法下滑片移动时电阻的变化，或判断能否起到变阻作用。

2.3.层次二（电路设计与分析）：提供具体情境（如设计一个亮度可调的床头灯电路；分析电位器式音量调节旋钮的工作原理），要求学生画出电路图，说明变阻器的连接和调节方式。

3.4.层次三（故障分析与综合）：设计含有滑动变阻器的电路故障分析题，或结合欧姆定律进行简单计算（如滑动变阻器滑片在某位置时，电路中的电流是多少）。

5.组织学生独立思考、小组讨论相结合的方式解决问题。

6.针对共性问题进行精讲点拨，特别是如何将实际问题抽象为电路模型进行分析。

学生活动：

1.独立完成基础练习，巩固基本概念和规律。

2.小组讨论应用性、设计性问题，运用所学知识解决实际问题，并准备汇报思路。

3.聆听教师讲评，订正错误，深化理解。

设计意图：

通过分层递进的练习，检测并巩固本节课的学习效果。将物理知识与生活实际、技术应用紧密联系，培养学生运用物理观念和科学思维解决实际问题的能力，实现知识的迁移和内化。小组讨论环节进一步促进合作学习和思维碰撞。

（七）课堂总结，反思升华（预计时间：7分钟）

教师活动：

1.引导学生以思维导图或知识树的形式，自主梳理本节课的核心知识脉络：从需求（改变电流）到原理（改变长度以改变电阻），到实现（滑动变阻器的结构、符号、接法、使用），再到拓展（电阻箱等其他变阻器）。

2.提问引导学生进行过程与方法反思：“回顾今天的探究过程，我们运用了哪些科学方法？”（转换法——用灯泡亮度显示电流大小；模型法——将变阻器抽象为电路符号和有效电阻模型；控制变量法——探究中保持电压不变等）。

3.进行情感态度价值观的升华：肯定学生在探究过程中的表现，再次强调变阻器作为基础元件在现代化生活中的无处不在，鼓励学生关注生活中的物理，敢于动手尝试，善于用科学的眼光分析和解决问题。

4.布置分层课后作业。

学生活动：

1.在教师引导下，回顾、梳理、整合本节课所学内容，构建个人知识体系。

2.反思探究过程中运用的科学方法，加深对科学探究本质的理解。

3.聆听教师总结，感受物理学的应用价值，强化学习物理的兴趣和责任感。

4.记录课后作业。

设计意图：

引导学生进行系统化的知识梳理，将零散的知识点整合成有机的结构。强调科学方法的提炼，提升学生的元认知能力。通过价值升华，将课堂学习延伸到学生的情感态度和价值观领域，实现立德树人的教育目标。

七、板书设计（主板书区）

变阻器——电路控制的“阀门”

一、原理：通过改变接入电路的电阻丝长度来改变电阻（R=ρL/S）

二、滑动变阻器

1.结构：电阻丝线圈、金属杆、滑片(P)、接线柱(A,B,C,D)

2.符号：（绘制标准符号）

3.接法原则：“一上一下”

1.4.有效电阻：滑片P与所接下接线柱之间的电阻丝。

2.5.错误接法：“同上”或“同下”→电阻不变或为零。

6.使用：

1.7.作用：改变电流、调节电压（保护电路、控制用电器）。

2.8.规律：滑片移近下接线柱→R↓→I↑；滑片远离下接线柱→R↑→I↓。

3.9.规范：闭合开关前，滑片置于阻值最大处（保护作用）。

三、电阻箱（对比）

1.原理：组合定值电阻。

2.特点：阻值跳跃变化、可直接读数。

3.用途：精确设定电阻值。

八、分层作业设计

A层（基础巩固）：

1.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.简述滑动变阻器的工作原理和“一上一下”的接法原则。

3.完成课本本节后的基础练习题。

4.观察家中电器，找出至少两种可能使用了变阻原理的设备，并猜想其调节方式。

B层（能力提升）：

1.设计一个用滑动变阻器、电源、开关、