核心素養(yǎng)導向下“層進式問題串”的教學設(shè)計
——以“電流計改裝成歐姆表”為例

陳水勇

(福建省龍海第一中學,福建 漳州 363100)

物理學科核心素養(yǎng)是指“學生通過學科學習而逐漸形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力．包括物理觀念、科學思維、科學探究及科學態(tài)度與責任4個方面”．[1]物理教學中應如何開展有效教學,使物理核心素養(yǎng)真正落在實處,是所有一線物理教師的共同訴求．學生的核心素養(yǎng)不是與生俱來的,也不是一蹴而就的,需要教師在平常教學中不斷加以引導訓練,學生不斷去體驗感悟,因此教師需要深度備課,根據(jù)每節(jié)課的教學目標,借助具體的、層進式的問題情境,引導學生在問題解決的實踐中逐漸加以形成．

“層進式問題串”是指在一定的學習范圍或主題內(nèi),圍繞一定目標或某一中心問題,按照一定邏輯結(jié)構(gòu)精心設(shè)計的一組有梯度的問題．[2]“多用電表的原理與使用”是司南2003版高中物理選修3-1第4章第2節(jié)的內(nèi)容,[3]教師們在上這節(jié)課時,大都覺得難以創(chuàng)新,一般都采用“傳統(tǒng)講授+習題”的教學方式,課后學生雖然能夠使用歐姆表測量電阻,但對于使用歐姆表測電阻時,為什么要先歐姆(電)調(diào)零、歐姆表的刻度為什么左大有小、

刻度為什么不均勻等問題仍然一知半解,尤其對學生的科學探究及科學思維的能力得不到有效培養(yǎng)．筆者以此節(jié)課為例,說明高中物理教學如何通過設(shè)計“層進式問題串”,促進學生物理核心素養(yǎng)的形成．

1 利用問題串——任務(wù)驅(qū)動,有效導入

電流計改裝成直接測量電阻的歐姆表,與之前學生學過的把電流計改裝成電壓表,內(nèi)容有一定的聯(lián)系．在新課導入環(huán)節(jié),采用遞進的若干個引導性的問題,在回顧舊知識的基礎(chǔ)上引入要解決的問題,使學生產(chǎn)生認知需要．

問題1:你能否畫出把一個電流計改裝成電壓表的電路圖?求出待測電壓U與通過電流計I的關(guān)系式?

圖1

問題2:如果把電流計改裝成3 V的電壓表,如圖1表盤刻度應怎樣改標?

問題3:前面學過測電阻用什么方法?能否把電流計改裝成直接測量電阻的歐姆表? 怎樣改裝?

設(shè)計意圖:通過由淺入深的問題串,啟發(fā)學生分析伏安法測電阻,既要用到電流表,又要用到電壓表,還要用公式比較麻煩,從而使學生產(chǎn)生認知需要．引導學生分析被測電壓U與Ig關(guān)系式U=Ig(Rg+R),得出被測電壓U與Ig成正比,所以改裝后的電壓表刻度是均勻的．用問題串檢測學生的學情,站在學生的角度備課,按照“最近發(fā)展區(qū)”的理論,有效引入新課,讓學生發(fā)現(xiàn)新問題,激發(fā)學生的求知欲望,達到進入深度學習的啟動狀態(tài),進而實現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)．

2 利用問題串——問題驅(qū)動,理論探究

提出問題:如何把電流計改裝成能夠直接測量電阻的歐姆表?

問題1:把電流計改裝成能夠直接測量電阻的歐姆表,除了電流計G、被測電阻Rx外,還需要哪些器材?

教師提問:學生提出兩種方案: (1) 干電池、導線、開關(guān)．(2) 干電池、變阻器、導線、開關(guān)．教師引導學生交流討論得出還需要變阻器．因為如果沒有變阻器,電流可能很大,甚至超過電流計的量程,所以應該選擇第2方案,使學生學會能根據(jù)實驗內(nèi)容選擇實驗器材．

問題2:如何設(shè)計一個把電流計改裝成能夠直接測量電阻的歐姆表簡單的電路?并求出Rx與I的關(guān)系式?

圖2

師:Rx越小,I越________

生:Rx越小,I越大．

生:把一個已知阻值的電阻如Rx=10 Ω,接入電路,就可以求出Rg+R+r的值．

生:3種: (1)I>Ig; (2)I=Ig; (3)I

生:使Rx=0 Ω,再移動變阻器,直至電流達到滿偏．

圖3

問題4:如圖3電路,若電源的電動勢E=1.5 V,電流計滿偏電流Ig=5 mA,A、B為接線柱,用導線把A、B直接連起來,調(diào)節(jié)變阻器電阻R使電流計恰好達到滿偏電流,則Rg+R+r等于多少?

圖4

問題5:如圖4電路,若電源的電動勢E=1.5 V,電流計滿偏電流Ig=5 mA,保持R阻值不變,A、B間斷開,此時Rx=________,電流表的示數(shù)I=________.

引導學生得出Rx→∞,I=0．

圖5

問題6:如圖5電路,若電源的電動勢E=1.5 V,保持R阻值不變,如果把任意電阻Rx接在A、B間,求出Rx與I的關(guān)系式?Rx與I成什么關(guān)系?

表1 電流I所對應的被測電阻Rx的阻值

教師引導學生得出:I=4 mA時,Rx=75 Ω;I=3 mA時,Rx=200 Ω;I=2 mA時,Rx=450 Ω;I=1 mA時,Rx=1200 Ω．

圖6

問題8: (1) 把如圖6所示電流計的刻度都改標為對應電阻的阻值.

圖7

用粘貼紙把對應的被測電阻的阻值粘貼在相應的電流的刻度板上,如圖7．

(2) 觀察圖7歐姆表的刻度,有何特點?

引導學生得出:左密右疏、左大右?。?/p>

設(shè)計意圖:如何充分利用表盤所有刻度及如何求出Rg+R+r的值是本節(jié)課的難點,也是培養(yǎng)學生科學思維、科學探究的著力點.為此教師利用層層遞進的問題串,改灌輸式為啟發(fā)探究,并根據(jù)學生現(xiàn)場表現(xiàn)情況適時加以提示點撥,最終得出當Rx=0 Ω時,要調(diào)節(jié)變阻器阻值使電流滿偏.這也就是為什么利用歐姆表測電阻前要先歐姆(電)調(diào)零的原因,真正落實了以學生為主體、教師為主導,以學定教的新課程理念．利用問題串解決問題的同時,教師還要注重培養(yǎng)學生良好的科學態(tài)度,如畫電路圖時規(guī)范使用直尺的良好習慣．

3 利用問題串——動手操作,實驗探究

教學中我們理論上成功地把電流計改裝成歐姆表,那么是不是能符合實際?能不能用實驗加以驗證呢?怎么做?

筆者根據(jù)教學實際設(shè)計如下問題.

問題1:現(xiàn)給你1節(jié)干電池(E=1.5 V,內(nèi)阻未知),1個變阻器,1只量程為5 mA的電流表(內(nèi)阻未知),一個電阻箱,如何連接電路,怎么操作來驗證問題8中的數(shù)據(jù)?

圖8

變阻器如果是滑動變阻器阻值不夠大,可把滑動變阻器與電位器或定值電阻串聯(lián)．請2個學生上臺操作,把上述器材連成如圖8所示電路,教師再根據(jù)學生的操作情況,設(shè)計系列小問題串,引導其他學生注意觀察,該位學生的操作是否正確,實現(xiàn)師生互動、生生互動、合作交流．

問題(1)有沒有先機械調(diào)零?

問題(2)連接電路時,開關(guān)是否斷開?

問題(3)閉合開關(guān)前,滑動變阻器的滑片是否處于最大阻值處?

問題(4)接著有沒有進行歐姆調(diào)零(電調(diào)零)?

問題2:用如圖8裝置驗證表1的數(shù)據(jù)是否正確?如選擇I=2 mA時,看被測電阻(電阻箱)Rx的示數(shù)是否是450 Ω?再請同學選擇當被測電阻Rx=1200 Ω時,看電流計的示數(shù)是否是I=1 mA?

學生上臺操作,電阻箱的阻值用實物投影儀顯示在屏幕上．此時學生非常好奇,剛才理論探究的結(jié)果是否正確,對實驗結(jié)果充滿期待,當學生通過實驗驗證發(fā)現(xiàn)結(jié)果正確無誤時,學生自發(fā)報以熱烈的掌聲．

設(shè)計意圖:通過問題串設(shè)計,實現(xiàn)以下教學目標的達成:通過之前自己理論探究設(shè)計的實驗器材及原理,現(xiàn)場動手實驗操作進行驗證．一方面讓學生體會到探究成功的喜悅,學以致用的樂趣,提高學生學習物理的興趣．另一方面通過動手操作達到加強歐姆表測電阻之前要先機械調(diào)零再歐姆(電)調(diào)零的動作記憶．

4 結(jié)語

以問題為主線、將實驗探究與科學思維相結(jié)合,通過精心設(shè)計層層遞進的“問題串”,從實驗器材的選擇、電路的設(shè)計、表盤的改標到現(xiàn)場用實驗加以驗證,既加深了學生對歐姆表原理的感性認識,又讓學生切實體會到科學探究之美．采用問題串與學生互動,充分發(fā)揮教師的組織引導作用,引發(fā)學生積極的參與思考、互動交流討論,有效地促成課堂的教學生成,有效保證學生思維活動的深入進行． 教學實踐表明,在高中物理教學中,通過巧設(shè)“層進式問題串”,引導和推動學生深度參與探究,才能使學生的物理觀念、思維方式、探究能力得到深刻而長遠的發(fā)展,為實現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了有效的途徑．