王永勝

【摘要】“多用電表原理”是高中物理疑難問題之一，文章基于PCK理論對“多用電表的原理”教學(xué)設(shè)計進行優(yōu)化，取得非常好的效果。

【關(guān)鍵詞】多用電表原理；教學(xué)設(shè)計；PCK理論

“多用電表原理”是高考實驗考察的重點內(nèi)容之一，也是學(xué)生最為頭痛的疑難之處。無論是電表電流的流向問題，歐姆調(diào)零的本質(zhì)，還是歐姆表的換擋原理，學(xué)生多數(shù)是機械記憶，不曾正真理解。如何通過教學(xué)來改變這一局面呢？筆者在實際教學(xué)過程中，借助PCK理論，從教師的學(xué)科的知識、課程的知識、學(xué)生的知識以及教學(xué)的知識四個維度，對“多用電表原理”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計進行優(yōu)化，取得很好的教學(xué)效果。

一、新課引入

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧有關(guān)電壓表、電流表相關(guān)知識：（1）兩個電表改裝的原理以及改裝電路圖（如圖2所示）；（2）兩個電表的中紅黑接線柱的連接原則以及其中電流流向規(guī)律。簡單復(fù)習(xí)之后，引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)主題。

【設(shè)計意圖：PCK理論指出，教師在教學(xué)設(shè)計過程中，要從課程知識角度進行設(shè)計。首先，從多用電表改裝的實驗方法上來看，電流表與電壓表的改裝的方法與歐姆表改裝的方法是一脈相承的；其次，多用電表中，三個電表的電流流向法則本質(zhì)上是統(tǒng)一的。因此，在新課教學(xué)之前，引導(dǎo)學(xué)生回顧兩個電表的改裝，一方面為學(xué)生接下來的自主探究提供方法借鑒；另一方面為突破歐姆表電流方向這一教學(xué)難點，實現(xiàn)學(xué)生意義建構(gòu)奠定基礎(chǔ)?！?/p>

二、教學(xué)活動1：測電阻

教師給出如下的一個測量電阻開放問題，引發(fā)學(xué)生對電阻測量的深層次思考。

例題：待測電阻Rx；電源：電動勢2V，內(nèi)阻0.5 Ω；電流表：10mA，內(nèi)阻9.5 Ω；電壓表：3V 內(nèi)阻約為3 KΩ；電阻箱：0-9999 Ω；滑動變阻器0-1000 Ω；開關(guān)、導(dǎo)線若干，若還要其他實驗器材，自選。你能想到幾種測量的方法？請畫出測量電路圖并寫出測量Rx的表達式。

學(xué)生在思考后給出3種測量電阻的方案以及測量表達式，如表1所示。

學(xué)生交流評估3種電阻的測量方案，給出歐姆表中測量電阻的原理應(yīng)為方案3。

【設(shè)計意圖：嚴(yán)玉琴老師在《從中學(xué)物理教師的PCK看課堂教學(xué)設(shè)計》一文中指出，物理教師在進行課堂教學(xué)設(shè)計過程中，在充分評估學(xué)生相關(guān)知識儲備基礎(chǔ)上，進行課堂教學(xué)的針對性設(shè)計已達到事半功倍的效果。學(xué)生在學(xué)習(xí)多用電表原理之前，在恒定電流相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)過程中，對于電阻的測量已經(jīng)進行過深入的學(xué)習(xí)與研究，為歐姆表的改裝設(shè)計提供了知識基礎(chǔ)。因此，在“多用電表原理”一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)過程中，學(xué)生已經(jīng)具備自主探究的能力?！?/p>

因此，基于對學(xué)生的認(rèn)知水平，在多用電表的原理教學(xué)過程中設(shè)計了一個開放性問題：測電阻。歐姆表改裝原理是閉合電路的綜合應(yīng)用，因此在教學(xué)過程中，設(shè)計如上的測量電阻開放問題。如此一方面幫助學(xué)生進一步理解閉合電路歐姆定律；另一方面，提高學(xué)生分析與處理問題的能力。在測量電阻問題解決過程中，學(xué)生找到歐姆表改裝的基本原理。初步體會歐姆表測量原理，為接下來的電表改裝順利進行提供保證，也為學(xué)生理解歐姆表測量原理提供理論支撐。

三、教學(xué)活動2：探究歐姆表原理

在測電阻活動后，學(xué)生明確了歐姆表改裝的基本原理，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計歐姆表改裝的具體實驗方案。在經(jīng)歷實驗設(shè)計方案由1.0版本到2.0版本的升級過程后，學(xué)生在明確設(shè)計方案的同時，深刻認(rèn)識歐姆表的設(shè)計原理。具體的教學(xué)活動設(shè)計如表2所示。

【設(shè)計意圖：PCK理論指出，教師要具備一定的學(xué)科教學(xué)的知識，即指教師要具備教學(xué)內(nèi)容的選擇與組織，教學(xué)內(nèi)容的表征與呈現(xiàn)手段，學(xué)生學(xué)習(xí)活動的設(shè)計的相關(guān)能力。教師在教學(xué)過程中，要根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，選擇適合教學(xué)內(nèi)容的最優(yōu)化教學(xué)策略。對多用電表原理這一內(nèi)容，在實際教學(xué)過程中，教師如果依據(jù)教材照本宣科，最后將多用電表的一些使用注意事項總結(jié)提煉一下，讓學(xué)生死記硬背，這樣勢必會導(dǎo)致學(xué)生對于多用電表的原理一知半解，云里霧里，不能深刻理解“多用電表原理”，為實際問題的解決帶來了許多障礙。怎樣解決呢？蘇霍姆林斯基曾說：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個探究者、發(fā)現(xiàn)者、研究者，而在兒童的精神世界中，這種需要特別強烈?！币虼?，在教學(xué)過程通過實驗方案1.0版的不完善，引發(fā)學(xué)生3個認(rèn)知沖突，使學(xué)生產(chǎn)生強烈的解決問題的內(nèi)部動機，從而主動投入到知識生成、發(fā)展、運用的過程，實現(xiàn)本節(jié)課教學(xué)難點的突破?！?/p>

四、教學(xué)活動3：改裝多用電表

升級歐姆表實驗設(shè)計方案后，教師連接好改裝電路：干電池一節(jié)（電動勢1.5V、內(nèi)阻均未知）、電阻箱（2個）、滑動變阻器、靈敏電流計（100mA），導(dǎo)線若干。教師“偶然”間將歐姆表的兩個接線柱短接了，學(xué)生“意外”發(fā)現(xiàn)歐姆表的指針不在零刻度處，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，引起學(xué)生深入思考。成功解決“歐姆調(diào)零”問題后，教師又指出連接電路的電源、電流表內(nèi)阻未知的實際情況，進一步啟發(fā)學(xué)生深入思考歐姆表內(nèi)阻的內(nèi)涵與歐姆調(diào)零的意義。在所有問題成功解決之后，學(xué)生自主動手改裝歐姆表。通過實際測量一些具體阻值，體會歐姆表的使用方法與注意事項。

【設(shè)計意圖：PCK理論指出教學(xué)要具備一定的學(xué)生知識，即教師對學(xué)生學(xué)習(xí)特定內(nèi)容過程中的經(jīng)驗可能出現(xiàn)的困難有足夠的認(rèn)識。這些困難一方面指的是內(nèi)容本身給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了困難，另一方面是由于不同學(xué)生的認(rèn)知水平差異而造成的對于該內(nèi)容的典型誤解?！抖嘤秒姳碓怼芬还?jié)中，歐姆調(diào)零原理對學(xué)生來說就是第一種情況。在教學(xué)過程中，由于教師對學(xué)習(xí)知識的認(rèn)識不夠深刻，對于“歐姆調(diào)零”往往只是簡單介紹一下，至于為什么要歐姆調(diào)零，更是一帶而過。古人云：知其然，而知其所以然。本節(jié)課中，教師在學(xué)生經(jīng)過理論探究的基礎(chǔ)上，在學(xué)生深入討論后，在學(xué)生自以為改裝成功時，通過實驗展示歐姆表短接后，指針不在零刻度的這種真實情況，激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生深入理解歐姆調(diào)零的緣由與必然。同時教學(xué)過程中，在電源內(nèi)阻等歐姆表內(nèi)部電路的電阻未知的問題拋出，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)真梳理歐姆表改裝的原理，進而對于歐姆表的內(nèi)部電阻以及中值電阻等概念理解更加深刻。】

五、教學(xué)活動4：組裝多用電表

教師引導(dǎo)學(xué)生思考三種電表改裝的共同點和本質(zhì)：電流表、電壓表以及歐姆表都是靈敏電流計改裝而來的；改裝的本質(zhì)都是借助電流與被測物理量之間建立一一對應(yīng)的關(guān)系來進行電表改裝，并在此基礎(chǔ)上提出研究問題：電壓表、電流表和歐姆表都有一個表頭，三個電表能不能三合一呢？三合一前對三個電表的電流流向要進行怎樣的約定呢？ 學(xué)生思考并給出三表合一的具體方案如圖3所示。

【設(shè)計意圖：多用電表的電流流向問題考查對學(xué)生來說是一個頭痛問題，特別是多用電表的歐姆檔的電流流向，學(xué)生總是無法準(zhǔn)確描述，究其原因在于學(xué)生對于多用電表的內(nèi)部構(gòu)造不是十分清楚的。因此，在教學(xué)活動的最后，設(shè)計了組裝多用電表的環(huán)節(jié)。借助新課引入環(huán)節(jié)中初中知識復(fù)習(xí)，明確電壓表和電流表的電流流向原則：紅色接線柱接電源的正極，黑色接線柱接電源的負(fù)極。從電流的流向來看，電壓表和電流表的電流流向規(guī)律是相同的，都是從紅色接線柱流入電表，從黑色接線柱流出電表的。】

歐姆表是一種測量電阻的電表，它的兩端接線柱原則上是沒有具體紅黑之分的。但是如果要進行三表合一，則三種電表的電流流向必須要進行統(tǒng)一。如此一來，歐姆表的電流流向就必須和電壓表、電流表進行統(tǒng)一，即“紅進黑出”.

綜上，高中物理難學(xué)是不爭的事實，難學(xué)的內(nèi)容和原因都因人而異。從PCK的視角看， 原因可能來自“學(xué)科知識本身、知識的前后聯(lián)系、學(xué)生原有的基礎(chǔ)（前觀念）和教學(xué)策略的選擇”等四個方面。教學(xué)中，教師借助PCK理論對“目標(biāo)的設(shè)定、內(nèi)容的選擇、策略的把握和評價的實施”等教學(xué)要素的設(shè)計優(yōu)化，勢必會起到事半功倍的效果。

【參考文獻】

[1]嚴(yán)玉琴. 從中學(xué)物理教師的PCK看課堂教學(xué)設(shè)計[J]. 物理教學(xué)，2014 （9） ：17-19.

[2]湯家合.基于PCK理論的教學(xué)設(shè)計——以“向心加速度”概念教學(xué)為例[J].物理教師，2017 ， 38 （5） ：17-20.