童 鑫

（深圳市光明區(qū)高級(jí)中學(xué)，廣東 深圳 518106）

0 引言

文章以人教版高中必修三的“電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量”為例，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)情況調(diào)查?！半姵仉妱?dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量”這節(jié)內(nèi)容基本涵蓋了對(duì)學(xué)生高中物理素養(yǎng)全方位的考察。對(duì)養(yǎng)成學(xué)生的物理核心素養(yǎng)能力十分重要[1]。

學(xué)生學(xué)情分析：學(xué)生在學(xué)習(xí)“測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”的時(shí)候，已經(jīng)學(xué)習(xí)了前面必修三關(guān)于電場(chǎng)電路的所有知識(shí)，已經(jīng)建立起了靜電場(chǎng)的理解以及靜電場(chǎng)與電路之間關(guān)系的理解。學(xué)生在上這節(jié)課之前已經(jīng)可以根據(jù)歐姆定律用兩組數(shù)據(jù)就可以把電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻求解出來(lái)了。但是不能理解和運(yùn)用數(shù)據(jù)分析電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，不能通過(guò)分析排除不可靠數(shù)據(jù)。

該節(jié)課的內(nèi)容涵蓋了電路實(shí)驗(yàn)大部分內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的核心素養(yǎng)的各方面能力都有很高的要求[2]，可以看做是對(duì)電路分析、電路實(shí)驗(yàn)分析“大綜合”。

課堂教學(xué)設(shè)計(jì)：教學(xué)內(nèi)容主要分為兩個(gè)部分，分別是在“電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量中對(duì)歐姆定律的理解”（見圖1）以及“實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)和誤差分析”（見圖2）。

圖1 “電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量中對(duì)歐姆定律的理解”內(nèi)容的教學(xué)流程圖

圖2 “實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)和誤差分析”內(nèi)容的教學(xué)流程圖

1 電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量中對(duì)歐姆定律的理解

環(huán)節(jié)1 復(fù)習(xí)舊知：教師首先讓學(xué)生復(fù)述歐姆定律中電壓、電阻和電流的關(guān)系；厘清新學(xué)的電池電動(dòng)勢(shì)E、電池內(nèi)阻r和路端電壓U、電流I的關(guān)系。為新知識(shí)的講解進(jìn)行鋪墊。

環(huán)節(jié)2 新課講授：學(xué)生觀察老師演示伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)，養(yǎng)成正確的實(shí)驗(yàn)操作和習(xí)慣。從實(shí)驗(yàn)中體會(huì)電動(dòng)勢(shì)的內(nèi)阻的求解不是單純的解方程，而是通過(guò)數(shù)據(jù)作圖對(duì)圖像進(jìn)行分析求解而來(lái)，并學(xué)會(huì)對(duì)可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和取舍。

環(huán)節(jié)3 應(yīng)用拓展：通過(guò)講授、提問(wèn)和現(xiàn)場(chǎng)推導(dǎo)、讓學(xué)生理解歐姆定律是根本，圖像分析是方法、需要熟練掌握?qǐng)D像法和歐姆定律分別對(duì)物理量和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在知識(shí)點(diǎn)總結(jié)完成后，給學(xué)生介紹伏阻法，安阻法測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的操作步驟并提出相關(guān)問(wèn)題讓學(xué)生靈活運(yùn)用歐姆定律分析特殊電路的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻與其他電路參數(shù)之間的關(guān)系：（1）在伏阻法和安阻法中寫出關(guān)于電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的歐姆定律；（2）伏阻法和安阻法的歐姆定律公式能否直接用來(lái)作圖分析電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻；（3）如果要能夠通過(guò)作圖分析電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，需要對(duì)公式進(jìn)行怎樣的變形。（4）結(jié)合例題讓學(xué)生寫出在特定電路下關(guān)于電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的歐姆定律的表達(dá)式。

環(huán)節(jié)4 課堂小結(jié)：（1）歐姆定律在測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻方法上的應(yīng)用；（2）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變量分離和“化曲為直”的意義；（3）回顧學(xué)習(xí)內(nèi)容，結(jié)合例題進(jìn)行自我總結(jié)。

2 實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)和誤差分析

環(huán)節(jié)1 復(fù)習(xí)舊知：教師引導(dǎo)學(xué)生回顧以前測(cè)量電阻的兩種電表接法并分析這兩種接法的誤差來(lái)源和影響為新課做鋪墊[3]。

環(huán)節(jié)2 新課講授：以實(shí)驗(yàn)探究為手段，進(jìn)行電表誤差的實(shí)驗(yàn)探究，充分利用歐姆定律和之前學(xué)習(xí)過(guò)程中電表誤差結(jié)論對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，將理論與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深度綁定。在教學(xué)中通過(guò)繪制電路圖，類比電流表內(nèi)揭發(fā)和電流表外接法，定義“電流表內(nèi)接法和電流表外接法”；讓學(xué)生按照兩種電表接法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集，并用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；運(yùn)用電表內(nèi)接電路和電表外接電路的電表誤差來(lái)源和結(jié)果影響的結(jié)論，分析“電流表內(nèi)接電路法”（見圖3）和“電流表外接電路法”（見圖4）的誤差來(lái)源和結(jié)果影響；分局兩種電表接法的誤差來(lái)源，找到“0”誤差點(diǎn)，分別為圖3 中“I=0”和圖4中“U=0”的點(diǎn)進(jìn)行線性擬合；比對(duì)兩個(gè)0 誤差點(diǎn)擬合出的理想U(xiǎn)-I圖線分析兩種電表接法對(duì)實(shí)驗(yàn)造成的測(cè)量結(jié)果影響。

圖3 電流表內(nèi)接電路法

圖4 電流表外接電路法

環(huán)節(jié)3 應(yīng)用拓展：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，舉一反三，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和結(jié)論進(jìn)行實(shí)踐分析。在教學(xué)中要根據(jù)之前伏安法總結(jié)出來(lái)的結(jié)論對(duì)安阻法和伏阻法進(jìn)行誤差來(lái)源和結(jié)果影響分析；思考如何利用非理想電流表和電壓表測(cè)出真實(shí)的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻；在不同的實(shí)驗(yàn)要求中選擇合適的電表設(shè)計(jì)符合實(shí)驗(yàn)要求的電路圖。

環(huán)節(jié)4 課堂小結(jié)：（1）電流表內(nèi)接電路法和電流表外接電路發(fā)的誤差來(lái)源分析和結(jié)果影響分析；（2）伏阻法和安阻法中電表誤差來(lái)源和結(jié)果影響分析；（3）對(duì)復(fù)雜電路圖中運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行分析。

3 素養(yǎng)提升：預(yù)期學(xué)生通過(guò)課堂學(xué)習(xí)的素養(yǎng)提升方向

3.1 預(yù)期進(jìn)步

通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，預(yù)期學(xué)生應(yīng)該在物理核心素養(yǎng)方面有以下進(jìn)步：

（1）物理觀念：首先要知道電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻指的是什么？其次要了解電源電動(dòng)勢(shì)的三種測(cè)量方法，然后是知道什么是電流表內(nèi)接電路什么是電流表外接電路，最后是能夠定性分析非理想電壓表、電流表對(duì)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量影響。

（2）物理思維：首先是知道歐姆定律。其次是要知道伏安法、伏阻法、安阻法測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)的閉合電路歐姆定律。然后是能夠根據(jù)測(cè)量方法對(duì)歐姆定律進(jìn)行公式變形并通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接分析。最后是能夠定量分析非理想電壓表和電流表對(duì)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量的影響。

（3）物理探究：首先是知道伏安法、安阻法、伏阻法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)的操作步驟和流程。其次是能夠跟同學(xué)交流過(guò)程并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。然后是能夠和同學(xué)交流討論實(shí)驗(yàn)誤差并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納整理。最后是能夠根據(jù)交流和討論的結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（4）責(zé)任與態(tài)度：首先是體會(huì)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)操作的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。之后是體會(huì)到用圖像分析的只管、便利和高效。然后是能夠從實(shí)驗(yàn)的完成過(guò)程中獲得成就感并樂于幫助他人完成實(shí)驗(yàn)。最后是能夠從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作中了解不足[4]。

3.2 教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)

這份教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于從實(shí)際實(shí)驗(yàn)需求目標(biāo)出發(fā)，例如應(yīng)用歐姆定律來(lái)分析電路問(wèn)題中為什么在伏阻法、安阻法中要進(jìn)行歐姆定律分析（變量分離），為什么不把電表參數(shù)直接畫在坐標(biāo)軸上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（化曲為直）。再例如電路中電表誤差分析和實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)中為什么要回顧電流表內(nèi)接和電流表外接測(cè)電阻的誤差分析，分析電流表內(nèi)接電路圖和電流表外接電路圖中的0 誤差點(diǎn)的位置，新的連線和之前兩種電表接法的數(shù)據(jù)擬合直線在截距、斜率上面的差異情況。相比于以前的教學(xué)方法中的口訣法來(lái)記憶電流表內(nèi)接電路（電動(dòng)勢(shì)不變，內(nèi)阻偏大）和電流表外接電路（電動(dòng)勢(shì)偏小，內(nèi)阻偏?。┒愿荏w現(xiàn)出物理思維和科學(xué)探究在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中起到的重要作用。相比于等效電路法來(lái)分析電流表內(nèi)接電路（測(cè)量的內(nèi)阻等效為內(nèi)電阻和電流表內(nèi)阻串聯(lián)，測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)不變）和電流表內(nèi)接電路（測(cè)量的內(nèi)阻等效為內(nèi)電阻和電壓表內(nèi)阻并聯(lián)，測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)等效為電動(dòng)勢(shì)減電壓表占據(jù)的電壓），這份教學(xué)設(shè)計(jì)在理解難度上門檻更低，更加適合廣大學(xué)生學(xué)習(xí)、理解、掌握和應(yīng)用。

課堂授課完成之后，本人對(duì)高二年級(jí)所有學(xué)生進(jìn)行本節(jié)課的學(xué)習(xí)情況調(diào)查，通過(guò)自制作業(yè)批改匯總，得到如下的答題情況和自我評(píng)價(jià)分析：學(xué)生的難點(diǎn)主要集中于歐姆定律在特定電路中的應(yīng)用以及根據(jù)測(cè)量方法對(duì)對(duì)歐姆定律變形從而化曲為直對(duì)得到電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的數(shù)值。這說(shuō)明學(xué)生知道要運(yùn)用歐姆定律和圖像法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，但是不能理解知識(shí)的原理并加以靈活運(yùn)用。另外可以看到對(duì)于電表誤差分析的掌握要弱于歐姆定律的理解，說(shuō)明電表誤差分析這個(gè)作為高中階段引入的知識(shí)，理解起來(lái)需要學(xué)生不斷在應(yīng)用中理解和掌握。這也說(shuō)明了高中階段電表誤差分析這一內(nèi)容具有非常重要的學(xué)習(xí)意義。

4 結(jié)語(yǔ)

文章基于新課標(biāo)對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)[5]，以電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)和作業(yè)結(jié)果分析統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而進(jìn)行教學(xué)反思和改進(jìn)。希望能夠?qū)ξ锢斫虒W(xué)工作有所幫助。