电动势概念教学中科学史融入策略研究

一、引言

电动势作为电学中的重要概念，对于学生理解电路中的能量转化和电流产生机制起着关键作用。然而，由于其较为抽象，学生在学习过程中往往存在理解困难。将科学史融入电动势概念教学，能够为学生提供生动的知识背景，揭示概念的形成过程，有助于学生更好地掌握这一概念。

二、电的起源与早期探索

在古代，东西方文明都观察到了一些电现象。例如，古希腊的泰勒斯以及中国古代东汉的王充、西晋的郭璞等人，都记载了摩擦后的琥珀、玳瑁等能吸附轻小物体的现象。1600 年，英国女王的御医吉尔伯特把摩擦后的琥珀和磁石一起放进水里进行实验，发现磁石吸引铁屑的性质依旧，而摩擦后的琥珀不再能吸引小东西，他以“琥珀”（ēlektron）为摩擦产生的这种东西命名为“电”（拉丁文 ）。此后，1660 年德国人奥托・冯・格里克制作了可高速旋转的硫磺球，通过手和硫磺球的摩擦持续制造出电，人类有了能持续产生电的装置。1745 年，德国人克莱斯特和1746 年荷兰莱顿大学的马森布鲁克分别发明了莱顿瓶，这是人类最早的储存电的装置。这些早期的探索为后续对电的深入研究奠定了基础。

三、伏打电堆的发明与意义

18 世纪末，意大利解剖学家和生物学家伽伐尼在一次偶然的机会中，发现当用不同金属接触蛙腿时，蛙腿会发生抽动。他认为这是“动物电”的作用。然而，伏打对此产生了质疑，并重复了伽伐尼的实验。伏打发现，只要有两种不同金属互相接触，中间隔以湿的硬纸、皮革或其他海绵状的东西，不管有没有蛙腿，都有电流产生，从而否定了动物电的观点，认为两种不同金属的接触才是电流现象的真正原因。

1800年，伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置后来称为伏打电堆。伏打电堆的问世，使人们第一次获得比较强且稳定而持续的电流。它的发明具有划时代的意义，为研究动电现象打下了坚实基础，同时也推进了电化学的发展。伏打电堆作为最早的电池，被誉为 19 世纪初最伟大的发明之一，它让科学家们能够持续地研究电流的各种效应，为电动势概念的提出和研究创造了条件。

四、电的发展与电动势概念的完善

在伏打电堆发明之后，电学进入了一个飞速发展的时期。1820 年，丹麦物理学家奥斯特通过实验发现了电流的磁效应，在电与磁之间架起了一座桥梁。1826 年，德国人欧姆在多年实验基础上，提出了著名的欧姆定律，对电路中的电流、电压和电阻关系进行了定量描述，这也从侧面促使科学家们进一步思考电动势在电路中的作用。1831 年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，当他继续奥斯特的实验时，坚信磁能生电，最终发现在磁场中运动的导体会产生感应电动势，并能在闭合导体回路中产生电流。这一发现成为发电机和变压器的基本原理，也极大地丰富了电动势的内涵。1834 年俄国人楞次提出了感应电流方向的定律，即著名的楞次定律，进一步完善了对电磁感应现象中电动势相关问题的研究。

五、发电方式的演变与电的广泛应用

自电被发现和深入研究以来，发电方式经历了巨大的演变。最初，伏打电堆通过化学能转化为电能，为早期的电学实验提供了电源。随着电磁感应现象的发现，人们发明了发电机，利用机械能转化为电能。1866 年，德国工程师西门子发明了电动机原理，并应用于发电机的改进，使得大规模发电成为可能。随后，人们又相继开发出了水力发电、火力发电、核能发电等多种发电方式。如今，电的应用早已超越了最初的照明领域，在工业生产、交通运输、通信、计算机技术、航空航天等方方面面都发挥着不可或缺的作用。在工业生产中，各种电动设备提高了生产效率；在交通运输中，电动汽车、电动列车等逐渐普及；在通信领域，电信号的传输实现了信息的快速传递；在航空航天中，电为卫星、飞船等设备提供动力和控制支持。

六、科学史融入电动势概念教学的策略

（一）以故事形式引入激发兴趣

在课堂导入环节，教师可运用多媒体资源，以图文并茂、生动讲解的方式，讲述伽伐尼发现蛙腿抽动现象以及伏打对此进行研究发明伏打电堆的故事。比如，详细描述伽伐尼在解剖青蛙时，金属手术刀意外碰到青蛙腿部神经引发抽动的偶然场景，以及伏打如何对“动物电”观点产生质疑，通过大量实验，最终用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生电流。这种故事化的引入，能将抽象的知识与鲜活的历史事件结合，迅速吸引学生的注意力，激发他们对电和电动势相关知识的兴趣。同时，教师还可以引导学生思考当时科学家面临的问题与挑战，让学生仿佛置身于科学探索的历史长河中，感受科学家们勇于探索、敢于质疑的精神，为后续的学习营造积极的氛围。

（二）探究型课题形式展示过程

在概念讲解与深化阶段，教师可设计一系列探究型课题，如让学生模拟伏打当年的实验，探究不同金属组合以及中间介质对电流产生的影响。具体实施时，教师可提前准备好锌片、铜片、铁片、盐水、糖水、蒸馏水等实验材料，让学生分组进行实验。在实验过程中，学生需要记录不同金属组合和介质条件下，电流计的示数变化，通过对比分析实验数据，深入理解电动势产生的原理。此外，还可以设置拓展探究课题，如探究改变金属片的面积、介质的浓度等因素对电动势大小的影响。这种探究型课题的开展，不仅能让学生亲身体验科学探究的过程与方法，还能让学生了解电动势概念是如何在实验探索中逐渐形成的，培养学生的实践能力和科学思维。

（三）专栏或专题形式促进理解

在整个教学过程中，教师可以利用教室的黑板报、学习园地等空间，设置科学史专栏，介绍欧姆、法拉第、楞次等科学家在研究与电动势相关问题时的贡献。专栏内容可以包括科学家的生平事迹、主要研究成果以及他们在研究过程中所面临的困难和解决方法。例如，在讲解法拉第电磁感应现象时，详细阐述他经过十年坚持不懈的实验，最终发现感应电动势的过程以及这一发现对后续发电技术发展的重要意义。此外，教师还可以定期开展科学史专题讲座，围绕电动势相关的科学史内容，深入剖析重要历史事件和科学理论的演变过程。通过这些专栏和专题的形式，帮助学生从多个角度理解电动势概念，同时体会到科学知识的发展是一个不断完善的过程，培养学生尊重科学、追求真理的态度。

七、结论

将科学史融入电动势概念教学具有重要意义。它不仅能够帮助学生更好地理解电动势这一抽象概念，还能让学生了解科学知识的形成过程，培养学生的科学素养和探究精神。通过讲述电的起源、伏打电堆的发明以及电的后续发展等科学史内容，采用故事引入、探究型课题和专栏专题等多种融入策略，能够提升电动势概念教学的效果，让学生在学习知识的同时，感受科学发展的魅力。在未来的教学中，应进一步加强科学史与物理教学的融合，为培养具有创新精神和科学素养的人才奠定基础。

参考文献：

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