物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究與實(shí)踐

汪文明，孫文斌,李 勇

(安徽工業(yè)大學(xué) 數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

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物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究與實(shí)踐

汪文明，孫文斌,李 勇

(安徽工業(yè)大學(xué) 數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

在物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用“五步”教學(xué)法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生要在實(shí)驗(yàn)過程中先進(jìn)行思考，保持思路的清晰性和條理性，從而減少發(fā)生低級(jí)錯(cuò)誤的幾率，有效地提高教學(xué)效率。

電學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)方法；故障排除

物理實(shí)驗(yàn)是理工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)接觸到的第一門實(shí)踐性課程，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法、科學(xué)態(tài)度方面有著重要作用。電學(xué)實(shí)驗(yàn)作為其重要組成部分，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生綜合能力極為重要，也為學(xué)生今后的專業(yè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。筆者在教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上，試圖探索、總結(jié)出有效的電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

一、電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

電學(xué)實(shí)驗(yàn)由于涉及到較多元器件和大量導(dǎo)線，是比較容易出現(xiàn)問題的一類實(shí)驗(yàn)，如果較好地組織課堂教學(xué)，則能有效培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。但從目前來看，由于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)薄弱，使得學(xué)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)普遍較差。具體表現(xiàn)為動(dòng)手能力差，儀器擺放混亂，導(dǎo)線交叉，電路連接隨意，實(shí)驗(yàn)過程顧此失彼，超量程現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至損壞電學(xué)儀器。而教師往往是疲于幫助學(xué)生檢查電路，教學(xué)效率低，沒有將教學(xué)重點(diǎn)放在引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生能力上。

二、電學(xué)實(shí)驗(yàn)“五步”教學(xué)法

針對(duì)上述問題，通過反復(fù)探索實(shí)踐，我們總結(jié)出電學(xué)實(shí)驗(yàn)“五步”教學(xué)方法，有效提高了教學(xué)效率，減少了學(xué)生發(fā)生低級(jí)錯(cuò)誤的幾率。“五步”教學(xué)法的步驟如下：一是認(rèn)識(shí)，即認(rèn)識(shí)儀器，包括兩個(gè)層次的認(rèn)識(shí)，首先是認(rèn)識(shí)電學(xué)符號(hào)，能將電學(xué)符號(hào)與實(shí)物儀器一一對(duì)應(yīng)起來；其次是通過仔細(xì)觀察，了解每一種儀器的基本使用方法。二是布局，即根據(jù)電路圖，把實(shí)物儀器擺放在相應(yīng)位置，布局的目的是為后續(xù)線路連接做準(zhǔn)備，只有布局好儀器，才能使整個(gè)電路整潔、美觀，導(dǎo)線不出現(xiàn)交叉，便于電路的連接。三是連接，即連接電路。電路連接的基本原則是先分后合，即按照電路的結(jié)構(gòu)或功能，將一個(gè)比較復(fù)雜的電路分成若干小的單元，先將每一個(gè)小的單元連接好，再合成總的電路。由于小的電路單元較為簡(jiǎn)單，連接出錯(cuò)的幾率非常小，而單元交叉的地方則是教師幫助學(xué)生檢查線路時(shí)的重點(diǎn)位置。四是測(cè)量，即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量操作，要點(diǎn)是注意各元件的初始位置、初始值，時(shí)刻關(guān)注指示儀表，避免超量程。五是整理，即做完實(shí)驗(yàn)后整理好儀器，恢復(fù)到初始狀態(tài)?！拔宀健苯虒W(xué)法看似呆板，但對(duì)于初次接觸電路實(shí)驗(yàn)的學(xué)生來說，能夠從紛繁蕪雜中整理出清晰的思路，有效提高學(xué)習(xí)效率；并且可以使教師從無休止的電路檢查中擺脫出來，將主要精力放在啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生分析、解決問題上。下面以物理實(shí)驗(yàn)中常見的電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，說明“五步”教學(xué)法如何進(jìn)行。電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示。

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本任務(wù)是將一個(gè)小量程電流表G改裝成兩個(gè)量程的多用途電流表，并借助標(biāo)準(zhǔn)電流表對(duì)分流電阻(R1和R2)進(jìn)行校準(zhǔn)。按照“五步”教學(xué)法的要求，首先是認(rèn)識(shí)儀器。由于是常規(guī)電學(xué)實(shí)驗(yàn)，所用儀器較簡(jiǎn)單且面板上均有詳盡標(biāo)注，通過觀察、分析，學(xué)生都能正確掌握其使用方法。第二步是布局儀器。在認(rèn)識(shí)儀器的基礎(chǔ)上，布局儀器也就不成問題，但關(guān)鍵是要通過強(qiáng)調(diào)、練習(xí)，使學(xué)生形成習(xí)慣、有意識(shí)地做好儀器布局規(guī)劃。第三步是連接電路。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)，將該電路分成三部分，即電源部分、改裝表部分、標(biāo)準(zhǔn)表部分，每一部分都比較簡(jiǎn)單，學(xué)生連接時(shí)不會(huì)有問題，合成總電路時(shí)提醒學(xué)生找準(zhǔn)交叉點(diǎn)，如改裝表和電源部分交叉于滑線變阻器滑動(dòng)端，標(biāo)準(zhǔn)表部分和電源部分交叉于電源負(fù)極與滑線變阻器底端的中間等。第四步是測(cè)量操作。首先根據(jù)電路原理計(jì)算出分流電阻(R1和R2)理論值并設(shè)置于電路，在進(jìn)行校準(zhǔn)過程中時(shí)刻關(guān)注小量程電流表G和標(biāo)準(zhǔn)電流表的示數(shù)。第五步是完成測(cè)量后整理好實(shí)驗(yàn)儀器。“五步”教學(xué)法對(duì)學(xué)生而言，其實(shí)是強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)過程中要先進(jìn)行思考，保持思路的清晰性和條理性。

圖1 電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)電路圖

“五步”教學(xué)法推廣后，學(xué)生在連接電路時(shí)出錯(cuò)幾率大大降低。比較常見的情況是，以前有學(xué)生花大量時(shí)間進(jìn)行電路連接，結(jié)果還是錯(cuò)誤的，而在采用“五步”法后，不到5分鐘就連接好整個(gè)電路，在較短時(shí)間內(nèi)完成所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

三、電學(xué)實(shí)驗(yàn)故障排除方法

電學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)突出特點(diǎn)是容易出現(xiàn)故障，成功找出并排除故障，對(duì)教師、學(xué)生都非常重要。出現(xiàn)故障對(duì)學(xué)生而言是一件好事，通過教師引導(dǎo)，學(xué)生找出并排除故障，從而提高分析問題、解決問題的能力。電學(xué)實(shí)驗(yàn)故障種類很多，表現(xiàn)形式多種多樣，我們?cè)谔幚磉^程中要按照一定思路進(jìn)行，才能事半功倍，達(dá)到能力培養(yǎng)目標(biāo)。其基本思路為：(1)檢查電路，確保電路連接正確。檢查的順序正是按照電路連接順序，先檢查基本單元，再檢查單元之間的交叉線路，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生自己按照這一順序進(jìn)行，從中也能看出學(xué)生在線路連接中所存在的問題。(2)根據(jù)電路故障表現(xiàn)形式，依據(jù)電路圖，判斷故障產(chǎn)生原因及所在范圍。仍以上述實(shí)驗(yàn)為例，如圖1所示電路，將標(biāo)準(zhǔn)表接到1mA端，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，無論作何種操作，電流表G指針始終沒有反應(yīng)。依據(jù)電路圖分析，可能原因有三：一是電源E無輸出，二是開關(guān)K沒合上，三是電路中有未接通的地方，即沒有形成回路。其中原因一、二比較容易檢查、排除；如果是原因三，我們就得考慮，可能是有些儀器接線柱松動(dòng)或者某些導(dǎo)線有虛焊斷路情況。是不是要將所有接線柱和導(dǎo)線都檢查一遍呢？經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)不需要。首先利用萬(wàn)用表電壓檔檢測(cè)滑線變阻器滑動(dòng)端和電源負(fù)極之間是否有電壓輸出，如果有，說明電源部分正常。其次，利用萬(wàn)用表歐姆檔檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)表這一部分電阻是否為一定值或標(biāo)準(zhǔn)表是否有偏轉(zhuǎn)，如果是，說明標(biāo)準(zhǔn)表部分正常。最后利用萬(wàn)用表歐姆檔檢測(cè)電流表G兩端，如有示數(shù)，則改裝表部分也正常，則問題必然出在各部分交叉位置，如此一來，故障范圍就大大縮小，再利用萬(wàn)用表即可快速找出問題所在。上述判斷過程，在教學(xué)中以對(duì)話的形式，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生自己去思考、判斷、操作，從而達(dá)到我們的教學(xué)目標(biāo)。

有些學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程有一種誤解，以為實(shí)踐性課程按照講義上步驟完成就可以，不重視實(shí)驗(yàn)原理的預(yù)習(xí)，其實(shí)不然，只有掌握了實(shí)驗(yàn)原理，知其所以然，先動(dòng)腦后動(dòng)手，才能在出現(xiàn)問題時(shí)作出正確的分析、判斷，有所收獲。

[1]汪文明.補(bǔ)償法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012(1)：32-34.

[2]李勇，孫文斌等.面向“卓越計(jì)劃”的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[J]. 安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2014(2):105-106.

[3]曲運(yùn)蓮,張彩霞.電學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2005(1):28-29.

(責(zé)任編輯 汪繼友)

Research and Practice of Experimental Teaching Method of Physical Electricity Experiment

WANG Wen-ming, SUN Wen-bin, LI Yong

(School of Mathematical Sciences and Engineering, AHUT, Ma’anshan 243002, Anhui, China)

In the teaching of physics and electric experiment, we adopt the “five-step” teaching method, stressing that students should think in the process of experiment and keep the clarity and rationality of thinking, thus reducing the chance of occurrence of low-level errors and effectively improving teaching efficiency.

electrical experiment; teaching method; troubleshooting

2016-01-04

汪文明(1979-)，男，湖北黃岡人，安徽工業(yè)大學(xué)數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院講師，碩士。

G642.0

A

1671-9247(2016)06-0099-02