“電表改裝”的體驗(yàn)式教學(xué)設(shè)計(jì)

顏 輝 黃樹(shù)清

(1. 福建省福州格致中學(xué),福建 福州 350001； 2. 福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院,福建 福州 350108)

依據(jù)物理學(xué)科和知識(shí)的特點(diǎn),高中物理教學(xué)要大膽創(chuàng)設(shè)“實(shí)體驗(yàn)”環(huán)境,讓學(xué)生更多的觀察和實(shí)踐,從中培養(yǎng)學(xué)生思考和質(zhì)疑的能力,并能自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題.本文以魯科版高中物理選修3-1教材中“串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”的教學(xué)為例,進(jìn)行電壓表的改裝和校準(zhǔn),就如何依托“實(shí)體驗(yàn)”實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的跨越,有效提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)進(jìn)行實(shí)踐探討.

1 基于“實(shí)體驗(yàn)”的電表的改裝與封裝,提升實(shí)踐與應(yīng)用能力

高中物理教材中對(duì)于串并聯(lián)電路知識(shí)的介紹,更側(cè)重于讓學(xué)生根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用與實(shí)踐,將電流計(jì)改裝成大量程的電壓表就是利用了串聯(lián)電路的分壓作用,教師通常是采取純理論推導(dǎo)的方式來(lái)介紹電表的改裝原理,甚至還給出一些現(xiàn)成的公式讓學(xué)生解題時(shí)套用,但是學(xué)生并沒(méi)有掌握真諦,畢竟，單調(diào)、空洞地講解永遠(yuǎn)比不上親自動(dòng)手體驗(yàn).因此,筆者從電表改裝的理論分析出發(fā),準(zhǔn)備好相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材,創(chuàng)設(shè)電表改裝的“實(shí)體驗(yàn)”環(huán)節(jié),讓學(xué)生在理論分析的基礎(chǔ)上完成電表的改裝與封裝,邁出理論到實(shí)踐的第一步,實(shí)現(xiàn)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和知識(shí)應(yīng)用能力的有效提升.筆者所設(shè)計(jì)的3個(gè)教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)如下.

1.1 電表改裝的理論分析

通過(guò)“串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”第一課時(shí)的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)掌握了串并聯(lián)電路的特點(diǎn)和電表改裝的基本原理,本節(jié)實(shí)踐課可以設(shè)計(jì)一道改裝電表的例題,讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算完成電表改裝的理論分析過(guò)程,為接下來(lái)的實(shí)踐做好知識(shí)的準(zhǔn)備.

圖1 毫安電流表

例題.如圖1是一臺(tái)毫安電流表,內(nèi)阻Rg=100Ω,滿偏電流Ig=1mA.要把它改裝為量程為0～3V的電壓表:

(1) 分析(串/并)聯(lián)電阻,并計(jì)算電阻的阻值;

(2) 畫(huà)出改裝電表的結(jié)構(gòu)圖;

(3) 改裝后新電壓表的內(nèi)阻是多少?

1.2 電表的改裝和封裝實(shí)驗(yàn)

在理論分析的基礎(chǔ)上指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作,教師準(zhǔn)備好電表改裝所需的實(shí)驗(yàn)器材,并提出改裝電表的具體要求,讓學(xué)生兩兩為一組完成電表的改裝與封裝實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)器材: 1臺(tái)毫安電流表(Rg=100Ω,Ig=1mA)、電阻箱(0-9999Ω)、 記號(hào)筆、硬紙板、導(dǎo)線若干.

實(shí)驗(yàn)要求:

(1) 將毫安電流表改裝為量程為0～3V的電壓表;

(2) 完成電阻箱阻值的設(shè)定,如圖2(甲),在盒子內(nèi)用導(dǎo)線把電阻箱與毫安電流表的表頭串聯(lián);

圖2

(3) 如圖2(乙),用記號(hào)筆在盤(pán)面上標(biāo)出對(duì)應(yīng)刻度的電壓值,完成電表的封裝;

(4) 確定改裝后電壓表的精度.

1.3 實(shí)踐的對(duì)比與反思

在完成電表的改裝和封裝之后，教師接著展示實(shí)驗(yàn)室的電壓表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(如圖3),讓學(xué)生對(duì)比自己的實(shí)驗(yàn)成果,從而讓學(xué)生對(duì)串聯(lián)電路的分壓作用有了真實(shí)的認(rèn)識(shí)和體會(huì),同時(shí)讓學(xué)生體會(huì)到動(dòng)手實(shí)踐的樂(lè)趣和成就感.教師通過(guò)設(shè)置如下問(wèn)題進(jìn)行實(shí)踐后的反思,突破電表改裝中的難點(diǎn)問(wèn)題,從而讓學(xué)生在“實(shí)體驗(yàn)”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步理解改裝電壓表的本質(zhì).問(wèn)題設(shè)置如下.

圖3 電壓表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

(1) 表盤(pán)上電流值指的是流過(guò)哪個(gè)元件的電流?

(2) 表盤(pán)上電壓值指的是哪兩端的電壓?

(3) 電表指針偏轉(zhuǎn)角越大,流過(guò)表頭的電流也越大嗎?

2 基于“實(shí)體驗(yàn)”的電壓表的校準(zhǔn)與改進(jìn),提升分析和處理實(shí)驗(yàn)誤差的能力

改裝后的電壓表是否有使用價(jià)值,最關(guān)鍵的一步就是和標(biāo)準(zhǔn)電壓表放在一起進(jìn)行校準(zhǔn),教師指導(dǎo)學(xué)生完成電壓表校準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì),創(chuàng)設(shè)校準(zhǔn)電表的“實(shí)體驗(yàn)”環(huán)節(jié),根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的校準(zhǔn)電路完成實(shí)際的校準(zhǔn)過(guò)程.實(shí)際的校準(zhǔn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)改裝表讀數(shù)總是小于標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)或總是大于標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)這兩種誤差情況,在充分認(rèn)識(shí)電壓表本質(zhì)的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生正確分析誤差造成的原因,并且尋求解決辦法處理所遇到的問(wèn)題,提升學(xué)生分析誤差和處理實(shí)際問(wèn)題的能力.筆者設(shè)計(jì)以下兩個(gè)教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié).

2.1 設(shè)計(jì)校準(zhǔn)電路圖,完成實(shí)物連線

教師提出校準(zhǔn)改裝的電壓表的具體要求: (1) 用標(biāo)準(zhǔn)電壓表校準(zhǔn)改裝的電壓表; (2) 從0V到3V校準(zhǔn)電壓表.學(xué)生根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)校準(zhǔn)電路圖,并完成實(shí)物連線(如圖4).教師用手機(jī)拍攝較為典型的學(xué)生的設(shè)計(jì)電路圖和實(shí)物連線,利用手機(jī)屏幕投射功能將其直接投射到白板上,對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案和實(shí)物連線做出及時(shí)的反饋和點(diǎn)評(píng),從而使學(xué)生對(duì)校準(zhǔn)電路有更深刻的理解.

圖4 校準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)與實(shí)物連接

2.2 用標(biāo)準(zhǔn)電壓表校準(zhǔn)改裝電壓表,分析誤差并提出改進(jìn)方案

教師按照學(xué)生設(shè)計(jì)的電路完成校準(zhǔn)電路的實(shí)物連接,通過(guò)視頻技術(shù)實(shí)時(shí)直觀地呈現(xiàn)校準(zhǔn)的全過(guò)程,在實(shí)際的校準(zhǔn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)改裝表讀數(shù)總是小于標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)(如圖5),讓學(xué)生4個(gè)人為一小組分析和討論造成這一誤差的原因,并提出改進(jìn)方案.通過(guò)分析和討論讓學(xué)生更進(jìn)一步理解電壓表的本質(zhì)是一個(gè)電阻,表頭讀數(shù)偏小實(shí)質(zhì)上是電流偏小.教師讓學(xué)生充分表達(dá)自己的觀點(diǎn),并將學(xué)生討論提出的改進(jìn)方案付諸實(shí)施.學(xué)生通過(guò)改裝電表的校準(zhǔn)與改進(jìn)的真實(shí)體驗(yàn),掌握了分析和處理實(shí)驗(yàn)誤差的方法,并體會(huì)到了思考和實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣,極大地促進(jìn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的提升.

圖5 改裝電表的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果

3 基于“實(shí)體驗(yàn)”的思維拓展訓(xùn)練,提升實(shí)驗(yàn)思維能力

基于“實(shí)體驗(yàn)”的教學(xué)的最終目的是通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐讓學(xué)生掌握處理實(shí)際問(wèn)題的方法,并具備一定的實(shí)踐創(chuàng)新能力.因此,在最后環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)基于“實(shí)體驗(yàn)”的思維拓展訓(xùn)練,讓學(xué)生前后桌一起通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)去尋找或驗(yàn)證問(wèn)題的答案.本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)讓物理教學(xué)從實(shí)驗(yàn)中來(lái)到實(shí)驗(yàn)中去,實(shí)現(xiàn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維能力的培養(yǎng)和鍛煉.筆者設(shè)計(jì)如下環(huán)節(jié).

圖6

思維拓展訓(xùn)練: 由同一表頭改裝而成的電壓表,1臺(tái)量程3V,另1臺(tái)量程15V,串聯(lián)接入電路中(如圖6),閉合開(kāi)關(guān)時(shí): ① 兩臺(tái)電壓表的讀數(shù)是否相同?② 兩臺(tái)電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角是否相同?③ 請(qǐng)前后兩桌的同學(xué)為一組進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你們的想法.

4 結(jié)語(yǔ)

本節(jié)課的教學(xué)所創(chuàng)設(shè)的實(shí)體驗(yàn)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣,層層遞進(jìn),實(shí)現(xiàn)了3方面的教學(xué)目標(biāo):一是利用串并聯(lián)電路的知識(shí),進(jìn)行改裝電表的理論計(jì)算;二是在實(shí)際進(jìn)行改裝和封裝電表過(guò)程中,學(xué)會(huì)利用串并聯(lián)電路的知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題;三是通過(guò)對(duì)改裝電表的校準(zhǔn)和改進(jìn)加深了學(xué)生對(duì)串并聯(lián)知識(shí)的理解和對(duì)電壓表本質(zhì)的認(rèn)識(shí).反思本節(jié)課的教學(xué),在設(shè)計(jì)校準(zhǔn)電路時(shí)教師可放手讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),每個(gè)學(xué)生的思路是不一樣的,設(shè)計(jì)出來(lái)的方案也不盡相同,或許有的方案超出了所學(xué)范圍,但是關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)方案的過(guò)程,有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性的科學(xué)探究思維,提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造力.[2]基于“實(shí)體驗(yàn)”的物理教學(xué)著眼于提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng),摒棄了紙上談兵的傳統(tǒng)教學(xué)模式,沒(méi)有拘泥于知識(shí)方法的講授,發(fā)揮物理學(xué)科的天然優(yōu)勢(shì),盡可能地創(chuàng)設(shè)條件和情境讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)芨玫卣莆罩R(shí)和方法,同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問(wèn)題,造就學(xué)生敢于探索和實(shí)踐的品質(zhì).