基于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)探討

龔浩 田仁軍 彭麗丹 陳忠陽 齊戀

摘 ? 要：通過理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合突破歐姆表表盤刻度、中值電阻、歐姆調(diào)零等教學(xué)難點(diǎn)，把科學(xué)思維、科學(xué)探究等物理學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)到高中物理教學(xué)中，能夠加深學(xué)生對(duì)相關(guān)概念和操作的理解。

關(guān)鍵詞：歐姆表;表盤刻度;中值電阻;歐姆調(diào)零

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）5-0073-3

普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)提出，發(fā)展核心素養(yǎng)是物理課程的基本理念，物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括四個(gè)方面，要求學(xué)科課程培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)探究方案和獲取證據(jù)的能力[1]。高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生探究問題、獲取事實(shí)依據(jù)的能力，因而是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。本文以“多用電表的原理”第一課時(shí)為例，探討基于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

1 ? ?教材及學(xué)情分析

多用電表的原理和使用是閉合電路歐姆定律的具體應(yīng)用，旨在提高學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。通過本節(jié)課的教學(xué)使學(xué)生知道歐姆表測(cè)量電阻的原理，了解歐姆表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和刻度特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)操作學(xué)會(huì)使用多用電表測(cè)量電壓、電流和電阻，養(yǎng)成良好的多用電表使用習(xí)慣[2]。教材的這部分內(nèi)容是實(shí)踐課標(biāo)要求、具有較強(qiáng)實(shí)用價(jià)值的內(nèi)容。在近年的高考中，對(duì)于多用電表學(xué)生感覺最困難的是歐姆表，而歐姆表中有關(guān)表盤刻度原理、歐姆調(diào)零、中值電阻概念的理解和應(yīng)用往往是學(xué)生最容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的幾個(gè)問題。

基于上述分析，在具體的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中形成了如下思考：本節(jié)課第一課時(shí)著重討論歐姆表，將歐姆表原理及操作合成在一節(jié)課中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理的同時(shí)，通過動(dòng)手實(shí)踐，加深對(duì)上述幾個(gè)難點(diǎn)的體驗(yàn)和理解，使之得以突破。

2 ? ?課前準(zhǔn)備

由于本節(jié)內(nèi)容是學(xué)生第一次接觸歐姆表原理和操作，讓學(xué)生在課堂上掌握原理并進(jìn)行測(cè)量是不符合學(xué)生現(xiàn)有水平的，所以本堂課的重點(diǎn)是讓學(xué)生理解表盤刻度原理，知道什么是歐姆調(diào)零和中值電阻。歐姆表電路的連接不是本節(jié)課的重點(diǎn)，所以在上課前將基本電路連接好，使學(xué)生能夠直接測(cè)量，表盤上只有刻度，沒有刻度值（如圖1）（建議直接用多用電表10 mA擋，遮住原有刻度），按小組數(shù)準(zhǔn)備器材。

學(xué)生用的待測(cè)電阻為220 Ω左右的色環(huán)電阻，方便學(xué)生動(dòng)手測(cè)量完成后，通過色環(huán)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)以致用的信心。

3 ? ?教學(xué)過程

3.1 ? ?引入

測(cè)量定值電阻的阻值最常用的是伏安法，但既要讀數(shù)又要計(jì)算。如果有一種電表能像電流表和電壓表一樣直接讀出阻值，就很方便。電壓表和電流表都用到了一個(gè)共同的元件——表頭，流過表頭的電流和指針偏角成正比，表頭表盤刻度呈現(xiàn)均勻分布的特點(diǎn)。

問題1：如果將表頭直接與待測(cè)電阻連接，表頭是否正常工作？還需要哪些元件？

問題2：為什么要用滑動(dòng)變阻器？

問題3：連接電路后，應(yīng)該用什么原理計(jì)算待測(cè)電阻的阻值？此外，還需要知道哪些物理量？

設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生已有電表改裝知識(shí)的基礎(chǔ)上，引入認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)原理“閉合電路歐姆定律”;引發(fā)學(xué)生討論所需器材及所需的物理量，即待測(cè)電阻外其他電阻的阻值。

3.2 ? ?分組實(shí)驗(yàn)

（1）觀察實(shí)驗(yàn)器材

讓學(xué)生找到實(shí)物圖與電路圖（圖2）的聯(lián)系。

（2）分配小組任務(wù)

以4個(gè)學(xué)生為一個(gè)小組，一個(gè)學(xué)生拿紅黑表筆，一個(gè)學(xué)生拿電阻，一個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)讀數(shù)并記錄在學(xué)案中，最后一個(gè)學(xué)生計(jì)算電阻的阻值并做好發(fā)言準(zhǔn)備。

（3）討論

問題1：測(cè)得的電流有多大？阻值是多少？如何得出？

問題2：其他部分的電阻是多少？怎么操作最方便計(jì)算除待測(cè)電阻外的阻值？

問題3：如果每次都這樣計(jì)算待測(cè)電阻阻值不方便，根據(jù)什么關(guān)系式可以將表頭刻度轉(zhuǎn)換為電阻的刻度？

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)操作讓學(xué)生熟悉歐姆表測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)原理;通過討論和思考初步了解歐姆調(diào)零的概念;寫出待測(cè)電阻與表頭電流關(guān)系式Rx= -150 Ω，引導(dǎo)學(xué)生思考表盤刻度的轉(zhuǎn)換，為下一步學(xué)生自己動(dòng)手標(biāo)注電阻值做好準(zhǔn)備。

3.3 ? ?轉(zhuǎn)換表盤刻度

給出相應(yīng)參數(shù)E=1.5 V，Ig=10 mA，學(xué)生根據(jù)電路圖和待測(cè)電阻與表頭電流關(guān)系式Rx= -150 Ω，在表中填寫電阻值，并在表盤刻度上方標(biāo)注相應(yīng)的電阻值（如圖3、表1所示）。

設(shè)計(jì)意圖：通過動(dòng)手操作讓學(xué)生親身體驗(yàn)歐姆表刻度，明確歐姆表及其工作原理。

3.4 ? ?討論中值電阻的概念以及歐姆調(diào)零的意義

問題1：觀察刻度，呈現(xiàn)什么特點(diǎn)？

問題2：短接的時(shí)候電流為Ig，回路的總電阻是150 Ω，當(dāng)電流為 時(shí)，什么原因?qū)е码娏髯冃?？總阻值變?yōu)樵瓉淼膸妆?？把r、Rg、R1稱為R ，R 和R 是什么關(guān)系？

問題3：要讓總阻值變?yōu)樵瓉淼膬杀?，歐姆表中間位置的刻度應(yīng)為多少？它實(shí)際是什么電阻的阻值？

問題4：當(dāng)Rx為其他值時(shí)，不改變電路的前提下，如果指針不指在中間，R 是否變化？

問題5：R 為定值，若r、Rg、R1其中一個(gè)或幾個(gè)發(fā)生了改變，要讓電阻刻度依然準(zhǔn)確，Rx依然滿足關(guān)系式Rx= -150 Ω，應(yīng)該調(diào)節(jié)什么元件才能保證R =150 Ω？怎樣調(diào)節(jié)？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過觀察，知道歐姆表表盤刻度的特點(diǎn)，左密右疏，不均勻;通過討論，明確中值電阻的概念，即指針指在表盤中間位置時(shí)的電阻值，同時(shí)也是歐姆表的內(nèi)阻值。知道當(dāng)紅黑表筆短接，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使表頭滿偏即是“歐姆調(diào)零”，清楚為什么要調(diào)零。

3.5 ? ?驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果

根據(jù)待測(cè)電阻上的色環(huán)（圖4）及讀數(shù)說明，驗(yàn)證測(cè)量是否準(zhǔn)確?，F(xiàn)場(chǎng)提供多用電表，讓學(xué)生觀察多用電表，為下節(jié)課做準(zhǔn)備。

4 ? ?課后反思

本節(jié)課將歐姆表測(cè)量原理、刻度原理與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)了在一堂課中學(xué)生手腦并用，測(cè)量有依據(jù)、有驗(yàn)證，比單獨(dú)分析歐姆表原理或單純地測(cè)量待測(cè)電阻阻值，更能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)關(guān)系轉(zhuǎn)換讀數(shù)的思維能力，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究的核心素養(yǎng)打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：1-6.

[2]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-1教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2010：99-102.

（欄目編輯 ? ?李富強(qiáng)）