顏 輝 黃樹清

(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)科和知識的特點,高中物理教學(xué)要大膽創(chuàng)設(shè)“實體驗”環(huán)境,讓學(xué)生更多的觀察和實踐,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)問題和解決問題.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“實體驗”實現(xiàn)從理論到實踐的跨越,有效提升學(xué)生實驗素養(yǎng)進(jìn)行實踐探討.

1 基于“實體驗”的電表的改裝與封裝,提升實踐與應(yīng)用能力

高中物理教材中對于串并聯(lián)電路知識的介紹,更側(cè)重于讓學(xué)生根據(jù)串并聯(lián)電路的特點進(jìn)行應(yīng)用與實踐,將電流計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)生解題時套用,但是學(xué)生并沒有掌握真諦,畢竟，單調(diào)、空洞地講解永遠(yuǎn)比不上親自動手體驗.因此,筆者從電表改裝的理論分析出發(fā),準(zhǔn)備好相關(guān)的實驗器材,創(chuàng)設(shè)電表改裝的“實體驗”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,邁出理論到實踐的第一步,實現(xiàn)學(xué)生動手實踐能力和知識應(yīng)用能力的有效提升.筆者所設(shè)計的3個教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)如下.

1.1 電表改裝的理論分析

通過“串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”第一課時的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)掌握了串并聯(lián)電路的特點和電表改裝的基本原理,本節(jié)實踐課可以設(shè)計一道改裝電表的例題,讓學(xué)生通過計算完成電表改裝的理論分析過程,為接下來的實踐做好知識的準(zhǔn)備.

圖1 毫安電流表

例題.如圖1是一臺毫安電流表,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,并計算電阻的阻值;

(2) 畫出改裝電表的結(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驗

在理論分析的基礎(chǔ)上指導(dǎo)學(xué)生動手操作,教師準(zhǔn)備好電表改裝所需的實驗器材,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驗.

實驗器材: 1臺毫安電流表(Rg=100Ω,Ig=1mA)、電阻箱(0-9999Ω)、 記號筆、硬紙板、導(dǎo)線若干.

實驗要求:

(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),用記號筆在盤面上標(biāo)出對應(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 實踐的對比與反思

在完成電表的改裝和封裝之后，教師接著展示實驗室的電壓表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(如圖3),讓學(xué)生對比自己的實驗成果,從而讓學(xué)生對串聯(lián)電路的分壓作用有了真實的認(rèn)識和體會,同時讓學(xué)生體會到動手實踐的樂趣和成就感.教師通過設(shè)置如下問題進(jìn)行實踐后的反思,突破電表改裝中的難點問題,從而讓學(xué)生在“實體驗”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步理解改裝電壓表的本質(zhì).問題設(shè)置如下.

圖3 電壓表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

(1) 表盤上電流值指的是流過哪個元件的電流?

(2) 表盤上電壓值指的是哪兩端的電壓?

(3) 電表指針偏轉(zhuǎn)角越大,流過表頭的電流也越大嗎?

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

改裝后的電壓表是否有使用價值,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,創(chuàng)設(shè)校準(zhǔn)電表的“實體驗”環(huán)節(jié),根據(jù)學(xué)生設(shè)計的校準(zhǔn)電路完成實際的校準(zhǔn)過程.實際的校準(zhǔn)過程中會出現(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題,提升學(xué)生分析誤差和處理實際問題的能力.筆者設(shè)計以下兩個教學(xué)與實踐環(huán)節(jié).

2.1 設(shè)計校準(zhǔn)電路圖,完成實物連線

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)計校準(zhǔn)電路圖,并完成實物連線(如圖4).教師用手機(jī)拍攝較為典型的學(xué)生的設(shè)計電路圖和實物連線,利用手機(jī)屏幕投射功能將其直接投射到白板上,對學(xué)生的設(shè)計方案和實物連線做出及時的反饋和點評,從而使學(xué)生對校準(zhǔn)電路有更深刻的理解.

圖4 校準(zhǔn)電路設(shè)計與實物連接

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)計的電路完成校準(zhǔn)電路的實物連接,通過視頻技術(shù)實時直觀地呈現(xiàn)校準(zhǔn)的全過程,在實際的校準(zhǔn)過程中發(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)是一個電阻,表頭讀數(shù)偏小實質(zhì)上是電流偏小.教師讓學(xué)生充分表達(dá)自己的觀點,并將學(xué)生討論提出的改進(jìn)方案付諸實施.學(xué)生通過改裝電表的校準(zhǔn)與改進(jìn)的真實體驗,掌握了分析和處理實驗誤差的方法,并體會到了思考和實驗的樂趣,極大地促進(jìn)了學(xué)生實驗素養(yǎng)的提升.

圖5 改裝電表的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果

3 基于“實體驗”的思維拓展訓(xùn)練,提升實驗思維能力

基于“實體驗”的教學(xué)的最終目的是通過學(xué)習(xí)和實踐讓學(xué)生掌握處理實際問題的方法,并具備一定的實踐創(chuàng)新能力.因此,在最后環(huán)節(jié)設(shè)計基于“實體驗”的思維拓展訓(xùn)練,讓學(xué)生前后桌一起通過動手實驗去尋找或驗證問題的答案.本環(huán)節(jié)的設(shè)計讓物理教學(xué)從實驗中來到實驗中去,實現(xiàn)了學(xué)生實驗思維能力的培養(yǎng)和鍛煉.筆者設(shè)計如下環(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臺量程3V,另1臺量程15V,串聯(lián)接入電路中(如圖6),閉合開關(guān)時: ① 兩臺電壓表的讀數(shù)是否相同?② 兩臺電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角是否相同?③ 請前后兩桌的同學(xué)為一組進(jìn)行分組實驗,通過實驗驗證你們的想法.

4 結(jié)語

本節(jié)課的教學(xué)所創(chuàng)設(shè)的實體驗環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣,層層遞進(jìn),實現(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,進(jìn)行改裝電表的理論計算;二是在實際進(jìn)行改裝和封裝電表過程中,學(xué)會利用串并聯(lián)電路的知識分析和解決實際問題;三是通過對改裝電表的校準(zhǔn)和改進(jìn)加深了學(xué)生對串并聯(lián)知識的理解和對電壓表本質(zhì)的認(rèn)識.反思本節(jié)課的教學(xué),在設(shè)計校準(zhǔn)電路時教師可放手讓學(xué)生自主設(shè)計實驗方案,在設(shè)計實驗時,每個學(xué)生的思路是不一樣的,設(shè)計出來的方案也不盡相同,或許有的方案超出了所學(xué)范圍,但是關(guān)鍵在于設(shè)計方案的過程,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)生實驗的創(chuàng)造力.[2]基于“實體驗”的物理教學(xué)著眼于提升學(xué)生的實驗素養(yǎng),摒棄了紙上談兵的傳統(tǒng)教學(xué)模式,沒有拘泥于知識方法的講授,發(fā)揮物理學(xué)科的天然優(yōu)勢,盡可能地創(chuàng)設(shè)條件和情境讓學(xué)生動手實驗,通過實驗?zāi)芨玫卣莆罩R和方法,同時通過實驗去發(fā)現(xiàn)和解決實際問題,造就學(xué)生敢于探索和實踐的品質(zhì).