剖析學(xué)生疑問 培養(yǎng)實(shí)踐意識(shí) 提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率
——以“多用電表”實(shí)驗(yàn)為例

晏廷飛

廣東省中山市東升高級(jí)中學(xué)(528414)

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中的重要內(nèi)容，有很多可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐意識(shí)和提升實(shí)踐能力的資源可以挖掘。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生會(huì)有很多疑問。這其中的一些疑問是學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備不夠而導(dǎo)致的理解偏差，還有不少是由于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能與實(shí)驗(yàn)的要求之間存在差距，學(xué)生實(shí)踐較少，學(xué)生在理解問題時(shí)沒有理論聯(lián)系實(shí)際造成的。這些疑問的解決除了需要教師在講授原理時(shí)給學(xué)生透徹分析并引導(dǎo)學(xué)生積極思考外，還需要多給學(xué)生一些實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生從理論到實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生思考問題時(shí)能夠理論聯(lián)系實(shí)際，而不僅僅是從理論到理論。下面以“多用電表”為例，分析學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的疑問對(duì)實(shí)踐意識(shí)培養(yǎng)的作用。

1 利用原理的疑問弄清儀器結(jié)構(gòu)的合理性

實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。學(xué)生要是對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解不透徹，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的后續(xù)教學(xué)出現(xiàn)很多困惑。實(shí)驗(yàn)教學(xué)首先應(yīng)該理順實(shí)驗(yàn)原理的邏輯，把實(shí)驗(yàn)原理及其邏輯關(guān)系講解透徹。在實(shí)驗(yàn)原理部分，學(xué)生的一些疑問就是沒有聯(lián)系實(shí)際弄清儀器結(jié)構(gòu)的合理性而導(dǎo)致，引導(dǎo)學(xué)生分析這類疑問對(duì)培養(yǎng)實(shí)踐意識(shí)大有好處。在“多用電表”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)原理部分產(chǎn)生的典型疑問有如下兩個(gè)。

疑問1：將靈敏電流計(jì)改成電壓表時(shí)，只要串聯(lián)一個(gè)阻值合適的電阻就可以了，但是圖1中S接3或4時(shí)，為何不去掉改裝電流表時(shí)的電阻R1、R2？

學(xué)生的疑問聽起來的確很有道理，按照前面學(xué)生學(xué)習(xí)的串并聯(lián)的知識(shí)，把電流表改裝成電壓表只要串聯(lián)一個(gè)大電阻即可，選擇電壓檔時(shí)，電阻R1、R2是多余的，而且還增添計(jì)算的麻煩，看起來得不償失。實(shí)際上真的是這樣嗎？為此，可以引導(dǎo)學(xué)生如下思考。

思考1：假如為了改裝表的時(shí)候計(jì)算方便，選擇了電壓檔、電阻檔就要將R1、R2去掉，圖1應(yīng)該怎樣畫。

學(xué)生：應(yīng)該在表頭和R2之間加一個(gè)開關(guān)。

思考2：表頭和R2之間加一個(gè)開關(guān)，會(huì)帶來什么問題呢？(可以引導(dǎo)學(xué)生從多用電表的制作、使用等方面思考)

學(xué)生：需要給多用電表多做一個(gè)開關(guān)，操作時(shí)如果選擇的是電流檔，閉合表頭和R2之間的開關(guān)，如果是電壓檔、電阻檔，開關(guān)斷開。

思考3：很好，如果真是這樣，在使用多用電表的時(shí)候會(huì)是一種什么樣的體驗(yàn)?zāi)兀?/p>

學(xué)生：多了一個(gè)開關(guān)，操作麻煩，制造多用電表也麻煩。

思考4：除了操作、制造麻煩，多加一個(gè)開關(guān)還會(huì)有別的“麻煩”嗎？

學(xué)生：增加了成本。

思考5：很好，考慮得很周到，多加一個(gè)開關(guān)還會(huì)有別的“麻煩”嗎？請(qǐng)?jiān)倏紤]一下。

學(xué)生：保留R1、R2，由于并聯(lián)分流，可以對(duì)表頭起到保護(hù)作用。

疑問2：多用電表歐姆檔為何自帶電源？

產(chǎn)生這樣的疑問，根源在于學(xué)生使用多用電表次數(shù)太少，為此有必要給學(xué)生詳細(xì)分析原理，并讓學(xué)生練習(xí)使用多用電表來測(cè)電壓、電流、電阻，理論分析加上實(shí)踐操作，疑問自然消除?？梢龑?dǎo)學(xué)生思考如下。

思考1：多用電表測(cè)電阻時(shí)，能像電壓檔、電流檔一樣，讓表之外的電路中的電流流過表頭產(chǎn)生讀數(shù)嗎？

學(xué)生：不能，因?yàn)闅W姆檔測(cè)電阻，電阻不能提供電壓、電流。

思考2：歐姆表能不能不要內(nèi)置電源，測(cè)量的電阻接入通電的電路，帶電測(cè)量阻值？

學(xué)生：如果這樣其本質(zhì)就是一塊電壓表。雖然利用閉合電路的歐姆定律也可以計(jì)算出每一讀數(shù)對(duì)應(yīng)的電阻值，但是在不同的電路中被測(cè)電阻電壓不一樣，計(jì)算會(huì)非常麻煩，如果測(cè)一次算一次，且存在無法調(diào)零的可能性，這個(gè)表就沒有存在的必要。

通過上述思考，可讓學(xué)生明白有些事情并不是理論上的想當(dāng)然，理論要聯(lián)系實(shí)際，要多方面綜合考慮。在電壓檔、電阻檔保留了R1、R2，雖然在設(shè)計(jì)多用電表時(shí)，計(jì)算麻煩，但是這樣做可以節(jié)約成本、簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作，還可以保護(hù)表頭，提高多用電表能通過的電流值。多用電表內(nèi)置電源是為了讓表頭有讀數(shù)，也是為了能夠方便、快捷的測(cè)量。

2 利用儀器外形的疑問深化原理的理解

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先要讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)、外形作初步了解后，再熟悉其使用規(guī)則、注意事項(xiàng)等。學(xué)生看到實(shí)驗(yàn)儀器的外形時(shí)，出于好奇，會(huì)對(duì)儀器產(chǎn)生一些疑問。能夠通過觀察儀器，產(chǎn)生疑問，說明學(xué)生積極思考，而且具有較強(qiáng)的觀察能力。引導(dǎo)學(xué)生搞清楚為什么要把儀器做成這樣，不僅有利于學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，更能幫助學(xué)生更好使用儀器。學(xué)生觀察多用電表時(shí)，會(huì)產(chǎn)生如下疑問。

疑問：多用電表歐姆檔的表盤刻度為什么不均勻？為什么歐姆檔的表盤刻度值從右向左依次增大？為什么越往左越密？

學(xué)生產(chǎn)生這一疑問的根源在于沒有透徹理解實(shí)驗(yàn)原理，或者對(duì)實(shí)驗(yàn)原理一知半解。可引導(dǎo)學(xué)生作如下思考。

思考1：在圖1中，設(shè)G表與R1、R2并聯(lián)等效電阻為R并，當(dāng)S接入歐姆檔時(shí)，推導(dǎo)電流與被測(cè)電阻的函數(shù)關(guān)系式。

思考2：由上式可知被測(cè)電阻Rx與電流I是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以將電流與電阻值換算后，在表盤上標(biāo)出來，方便直接讀數(shù)。二者是線性關(guān)系嗎？如不是線性關(guān)系，表盤會(huì)均勻嗎？

學(xué)生：二者不是線性關(guān)系，故而表盤刻度不均勻。

思考3：由上式可得被測(cè)電阻越大，流過表頭的電流越小，表頭上的零刻線(0 Ω)應(yīng)該標(biāo)在左邊還是右邊？

學(xué)生：0 Ω在右邊，左邊是無窮大，從右往左值越來越大。

思考4：請(qǐng)從上式分析被測(cè)電阻阻值變化對(duì)電流變化的影響程度，被測(cè)電阻較小時(shí)，阻值變化對(duì)電流變化的影響如何？被測(cè)電阻阻值較大時(shí)，被測(cè)電阻阻值變化對(duì)電流變化的影響又如何？

學(xué)生：當(dāng)被測(cè)電阻較小時(shí)，其阻值的變化對(duì)電流變化影響較大，指針偏轉(zhuǎn)角度變化明顯，刻度間隙大；當(dāng)被測(cè)電阻阻值較大時(shí)，電流很小且電流變化受被測(cè)電阻阻值影響較小，表盤刻度間隙小。

搞清楚為什么要把儀器做成這樣，而不是另外的樣子，對(duì)學(xué)生理解原理和使用儀器都有很大幫助，可以促進(jìn)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，更好、更熟練使用儀器，提升動(dòng)手實(shí)踐能力。

3 由實(shí)驗(yàn)操作的疑問弄透實(shí)驗(yàn)步驟的邏輯

實(shí)驗(yàn)操作是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，學(xué)生經(jīng)常會(huì)將實(shí)驗(yàn)中的操作順序記混、記反，經(jīng)常忘記實(shí)驗(yàn)操作中的注意事項(xiàng)，導(dǎo)致操作失誤，實(shí)驗(yàn)失敗。實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生要求高，難度大，疑問多。幫助學(xué)生梳理這些疑問，給學(xué)生進(jìn)行釋疑，學(xué)生能更好理解每一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作背后的邏輯，每一個(gè)注意事項(xiàng)要求的道理何在，這不僅能提升對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，更能提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作水平。使用多用電表測(cè)電阻時(shí)，學(xué)生疑問如下。

疑問：為什么每次換量程都要進(jìn)行歐姆調(diào)零？為什么要斷電測(cè)量？為什么測(cè)量時(shí)兩手不能同時(shí)接觸兩表筆的金屬桿？

歐姆調(diào)零、斷電測(cè)量、兩手不能同時(shí)接觸兩表筆金屬桿都是多用電表測(cè)電阻時(shí)非常重要的細(xì)節(jié)。這些要求如果只是讓學(xué)生簡(jiǎn)單識(shí)記，學(xué)生未必能夠長(zhǎng)時(shí)間記憶，教學(xué)效果不好。需要教師從如下引導(dǎo)學(xué)生思考，破除學(xué)生的疑問，理解上述實(shí)驗(yàn)操作要求背后的邏輯。

思考1：多用電表只有一個(gè)測(cè)量端嗎？

學(xué)生：觀察多用電表后得出其有多個(gè)測(cè)量端。

思考2：不同的測(cè)量端有什么不同？

學(xué)生：倍率不同，×1、×10、×100、×1 K等。

思考3：不同的倍率檔位，對(duì)應(yīng)圖1中哪個(gè)電阻不同？

學(xué)生：R5不同。

思考4：如果R5不同，還能保證沒有接入被測(cè)電阻Rx時(shí)，兩表筆短接時(shí)電流滿偏嗎(讀數(shù)為0 Ω)？

學(xué)生：不能。

思考5：為了解決這一問題，在電路中加了一個(gè)可變電阻R6，現(xiàn)在清楚R6的作用嗎？

學(xué)生：調(diào)節(jié)電路中總電阻，使得兩表筆短接時(shí)，電流滿偏，指針指到0 Ω。

思考6：測(cè)量電阻如果和電表外的電源連接，會(huì)導(dǎo)致什么后果？

學(xué)生：外面電源的電流會(huì)影響多用電表的讀數(shù)，導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤，甚至燒毀多用電表。

思考7：測(cè)量時(shí)如果兩手同時(shí)觸碰到金屬桿，會(huì)有什么影響？

學(xué)生：讀數(shù)是被測(cè)電阻和測(cè)量者并聯(lián)后的等效電阻。

實(shí)驗(yàn)操作是學(xué)生親身實(shí)踐，提升學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)的好機(jī)會(huì)。引導(dǎo)學(xué)生思考，破解學(xué)生的疑問，讓學(xué)生知其然還知其所以然，可以提升學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，提高實(shí)驗(yàn)成功率，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極體驗(yàn)。

4 使用讀數(shù)規(guī)則的疑問提升使用儀器的能力

實(shí)驗(yàn)中需要從儀器上獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。不同的儀器有不同的讀數(shù)規(guī)則，正確理解并記熟這些規(guī)則才能獲取正確的測(cè)量數(shù)據(jù)，順利完成實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。學(xué)生在理解規(guī)則時(shí)，往往也會(huì)產(chǎn)生各種疑問，搞清楚為何要這樣讀數(shù)，可以升華對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，促進(jìn)學(xué)生更好地使用儀器，將規(guī)則運(yùn)用到實(shí)際操作中。多用電表測(cè)電阻讀數(shù)時(shí)學(xué)生疑問如下。

疑問：為何不需要估讀？為何要求指針在表盤中央附近才準(zhǔn)確？

學(xué)生這一疑問主要是對(duì)多用電表測(cè)電阻的定位不清楚，對(duì)多用電表原理理解還有欠缺，還是要從理論的視角分析問題。為此可以引導(dǎo)學(xué)生如下思考。

思考1：多用電表測(cè)電阻能測(cè)準(zhǔn)嗎？

學(xué)生：不能，儀器測(cè)量都有誤差。

思考2：不錯(cuò)，是測(cè)不準(zhǔn)，但多用電表測(cè)電阻準(zhǔn)確性更差，這是為什么？

學(xué)生1：見過一些習(xí)題中提到“用多用電表粗測(cè)電阻”。

學(xué)生2：表盤刻度不均勻。

思考3：沒錯(cuò)，多用電表只能粗測(cè)電阻。因?yàn)楸肀P刻度不均勻，表盤刻度標(biāo)示可能都不準(zhǔn)確，讀數(shù)自然不準(zhǔn)確了，既然不準(zhǔn)就沒有必要估讀，因?yàn)楣雷x沒有意義。既然是粗測(cè)，測(cè)不準(zhǔn)，為何還要測(cè)？

學(xué)生：粗測(cè)之后，方便用伏安法精測(cè)時(shí)，選擇電壓表、電流表的量程和內(nèi)外接法。

思考4：測(cè)電阻時(shí)，為何要求指針指到表盤中央附近呢？

學(xué)生：表盤刻度右側(cè)間隔太大，左側(cè)太密，中央附近比較適中，讀數(shù)相對(duì)準(zhǔn)確。

通過上述思考，學(xué)生可以明白，多用電表為何不用估讀，指針偏轉(zhuǎn)過小、過大都需要換倍率。也理解了每一個(gè)倍率的量程都是0到∞，只有中值電阻附近測(cè)量值才相對(duì)準(zhǔn)確。