(山東省濟(jì)南市歷城第二中學(xué),山東 濟(jì)南 250105)
“多用電表的原理”選自人教版高中物理選修3-1第二章第八節(jié),教科書中先是通過一個(gè)閉合電路歐姆定律的例題,讓學(xué)生在分析和解答的過程中,體會(huì)電阻值和電流表讀數(shù)具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想到電流表的讀數(shù)可以反映出電阻阻值大小,揭示歐姆表的原理和改裝依據(jù),繼而再拓展到多用電表。這樣設(shè)計(jì)的目的是使學(xué)生在原有的體驗(yàn)中學(xué)習(xí)新知識(shí),但是筆者認(rèn)為其中也存在著一定的缺陷:直接把歐姆表擺在學(xué)生眼前,沒有把物理知識(shí)與實(shí)踐情境相關(guān)聯(lián),會(huì)讓學(xué)生對(duì)歐姆表的內(nèi)部構(gòu)造缺乏深刻認(rèn)識(shí)。
基于提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的要求,筆者在教學(xué)中作了變通,沒有照搬教材的設(shè)計(jì)思路,采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過利用自制教具的情景式導(dǎo)入,培養(yǎng)學(xué)生用物理觀念解決實(shí)際問題的意識(shí);通過層層遞進(jìn)的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維;通過分組探究實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生大膽創(chuàng)新,提升學(xué)生的科學(xué)探究能力,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。
(1) 通過對(duì)歐姆表原理的討論分析,進(jìn)一步提高學(xué)生應(yīng)用閉合電路歐姆定律分析問題的能力。
(2) 了解歐姆表的基本結(jié)構(gòu)和刻度特點(diǎn),知道多用電表的測(cè)量功能。
(3) 在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的過程中,提升學(xué)生合作意識(shí)、科學(xué)探究能力以及將實(shí)際問題轉(zhuǎn)換成物理模型的能力,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力,增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。
(4) 通過易于測(cè)量的電流來測(cè)定難以測(cè)量的電阻,讓學(xué)生體會(huì)“轉(zhuǎn)換”的思想。在“一”到“多”的轉(zhuǎn)換中,品味變化之美。
圖1
在新課開始時(shí)教師先賣個(gè)關(guān)子,問學(xué)生平時(shí)在實(shí)驗(yàn)室是怎么測(cè)電阻的,學(xué)生大都回答用伏安法,此時(shí)給學(xué)生展示自制的神秘儀器(如圖1),利用自制儀器可以快速測(cè)出待測(cè)電阻的阻值。學(xué)生可以用圓珠筆里的彈簧、自動(dòng)鉛筆里的鉛等體驗(yàn)一下。待學(xué)生的興趣及好奇心被激發(fā)后,把貼上的歐姆表表盤撕掉,學(xué)生們驚訝地發(fā)現(xiàn),原來這就是一只普通的電流表!在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí),引出這節(jié)課的主要任務(wù):把電流表改裝成測(cè)電阻的歐姆表。
接下來運(yùn)用問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué),一層層揭秘歐姆表的內(nèi)部構(gòu)造,使學(xué)生對(duì)歐姆表的改裝有較深的認(rèn)識(shí)。
問題1:要用電流表來測(cè)電阻,如何形成電流回路?也就是說歐姆表里需要有哪些電學(xué)元件?
要想形成電流回路,得有電源,這樣就使學(xué)生明確了改裝歐姆表需要用到電源、電流表表頭、滑動(dòng)變阻器等器材(如圖2)。
圖2
圖3
問題2:如何確保在測(cè)量任意大小的電阻時(shí),電流表讀數(shù)均不超過量程?
學(xué)生很快就想到:將A、B直接相接,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表剛好滿偏,保持滑動(dòng)變阻器觸頭位置不變,那么換成其他任何不為零的電阻,電流表讀數(shù)都不可能超量程了,這其實(shí)是讓學(xué)生明確了歐姆表調(diào)零的意義。
問題3:在測(cè)未知電阻Rx時(shí),如何根據(jù)電流表的讀數(shù)讀出待測(cè)電阻的阻值呢?
這就涉及了歐姆表的原理(如圖3),并把閉合電路歐姆定律滲透進(jìn)去了,學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)電流與電阻有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
倘若我們每次測(cè)電阻時(shí),都要把相應(yīng)的電流表讀數(shù)代入閉合電路歐姆定律方程,去計(jì)算電阻的阻值,會(huì)顯得很麻煩!啟發(fā)學(xué)生能不能去尋找一個(gè)一勞永逸的辦法,可否不用每次都計(jì)算,直接讀數(shù),以方便人們?nèi)ナ褂??以此來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力,增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感。
學(xué)生利用所提供的器材分組討論方案,并完成實(shí)驗(yàn):把電流表改裝成歐姆表,將相應(yīng)的電流表表盤改換成歐姆表表盤。
為每個(gè)學(xué)習(xí)小組提供以下器材:干電池、0.6A量程電流表、0—10Ω滑動(dòng)變阻器、最大阻值為999.9Ω的電阻箱、10Ω定值電阻等。其中電流表的表盤上貼上了修正紙,方便學(xué)生修改表盤。學(xué)生通過小組討論后會(huì)想到可以用電阻箱充當(dāng)待測(cè)電阻,這樣可以直接讀出待測(cè)電阻的阻值以便標(biāo)記。
實(shí)驗(yàn)完成后,學(xué)生爭(zhēng)先恐后地去展示自己的成果,學(xué)生不僅能在表面上發(fā)現(xiàn)歐姆表表盤數(shù)字大小順序與電流表相反、刻度不均勻等特點(diǎn),也能從原理上給予解釋。把滑動(dòng)變阻器和電源裝入黑箱中,只留下歐姆表表盤和兩根測(cè)量線,學(xué)生就自制出來了一只歐姆表。為了使學(xué)生能夠品嘗成功喜悅,接下來設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)環(huán)節(jié):“有幾個(gè)定值電阻的阻值老師搞不清楚了,麻煩同學(xué)們利用自己改裝的歐姆表,幫老師測(cè)量一下并貼上標(biāo)簽?!睂W(xué)生們都能積極地測(cè)量。
學(xué)生明確了電流表、電壓表、歐姆表的內(nèi)部構(gòu)造后,把它們的功能整合在一起稱為“三用電表”(如圖4),進(jìn)而拓展成多用電表也就水到渠成了。在拓展的過程中使學(xué)生體會(huì)轉(zhuǎn)換的思想,品味物理變化之美。
圖5
多用電表在生活中具有很重要的作用,可以用來維修電學(xué)儀器,檢查電路故障等,給學(xué)生展示多用電表的內(nèi)部構(gòu)造(如圖5),學(xué)生發(fā)現(xiàn)它和自己的改裝思路相同,以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的自信心。告訴學(xué)生這節(jié)課重現(xiàn)了科學(xué)家發(fā)明多用電表的歷程,希望大家一直保持實(shí)驗(yàn)探究的熱情,以后能為物理學(xué)的發(fā)展、為科技的進(jìn)步貢獻(xiàn)自己的力量,以此來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。
核心素養(yǎng)的提升并不是一朝一夕的事情,這就需要教師樹立以人為本的教育理念,培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力;需要教師重視實(shí)驗(yàn)教學(xué),倡導(dǎo)科技創(chuàng)新,培養(yǎng)實(shí)踐能力;需要教師在情境創(chuàng)設(shè)上下功夫,重視問題設(shè)置,通過問題解決來提升學(xué)生的思維品質(zhì)。