周易

摘? ?要：“科學(xué)思維”是物理核心素養(yǎng)的重要組成部分，是高中物理的重要思維方法，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。文章基于此角度對(duì)電表改裝問題進(jìn)行分析，進(jìn)而反思實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;電表改裝;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）6-0031-3

實(shí)驗(yàn)室常用的電壓表與電流表均由滿偏電流較小的電流表表頭改裝而成。由于實(shí)驗(yàn)需求不同，對(duì)其量程的要求也就不盡相同，所以改裝的目的主要在于“擴(kuò)程”。下面分別對(duì)電壓表、電流表的改裝進(jìn)行分析。

1? ? 電壓表的改裝

1.1? ? 改裝特點(diǎn)

已知電流表表頭的滿偏電流Ig及內(nèi)阻Rg，由于滿偏電流Ig太小，一般不能直接用于測(cè)量，僅用于檢測(cè)電路中電流的有無以及判斷其方向。根據(jù)歐姆定律，表頭滿偏時(shí)的電壓為Ug=IgRg，同樣Ug也太小，無法承擔(dān)更大的電壓。為了滿足實(shí)驗(yàn)所需，必須給表頭串聯(lián)一個(gè)分壓電阻R0（改裝流程如圖1）。

改裝后的新表（電壓表）參數(shù)如下：

問題：常用的電壓表一般都有多個(gè)量程（至少兩個(gè)），那么又將如何設(shè)計(jì)改裝呢？

分析：設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

1.2? ? 核心素養(yǎng)分析

（1）模型溯源：電壓表改裝的物理“原型”其實(shí)就是最基本的串聯(lián)電路，如圖3所示。電路中的電流處處相等，電路兩端總電壓等于各串聯(lián)電阻兩端的電壓之和，電路總電阻等于各串聯(lián)電阻之和。

（2）推理創(chuàng)新：在串聯(lián)電路中，總電壓被分配到各串聯(lián)電阻上，阻值大的電阻分得的電壓大，阻值小的電阻分得的電壓小……據(jù)此推理，思維的火花油然而生，一種“分擔(dān)”的思想立馬浮于腦?！裟芙o表頭串聯(lián)一個(gè)“電壓分擔(dān)者”，量程不夠的問題便迎刃而解。于是，一個(gè)全新的設(shè)計(jì)躍然紙上，即圖1所示的改裝設(shè)計(jì)（多量程的情況亦如此，此處不再贅述）。

（3）素養(yǎng)呈現(xiàn)：看似簡單的建模與推理過程，其間包涵了科學(xué)推理、孕育了創(chuàng)新思維、內(nèi)化了學(xué)科特性，盡顯物理核心素養(yǎng)。倘若沒有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和良好的思維習(xí)慣，必將一籌莫展。

2? ? 電流表的改裝

2.1? ? 改裝特點(diǎn)

由于表頭滿偏電流Ig太小，直接用于測(cè)量可能會(huì)燒壞表頭，為了滿足實(shí)驗(yàn)所需，必須給表頭并聯(lián)一個(gè)分流電阻R0（改裝流程如圖4）。

顯然，R0越小，擴(kuò)大倍數(shù)越大。

問題：含多個(gè)量程（至少兩個(gè)）的電流表又該如何設(shè)計(jì)呢？

分析：設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

2.2? ? 核心素養(yǎng)分析

（1）模型溯源：電流表改裝的物理“原型”來自最基本的并聯(lián)電路，如圖6所示。電路中各支路兩端的電壓相等，電路總電流等于各支路電流之和，電路總電阻的倒數(shù)等于各支路電阻的倒數(shù)之和。

（2）推理創(chuàng)新：在并聯(lián)電路中，總電流被分配到各并聯(lián)支路上，支路電阻大的分得的電流小、支路電阻小的分得的電流大……據(jù)此推理，“分擔(dān)”思想再次躍然紙上。于是，便有了圖4所示的改裝設(shè)計(jì)。

但是，就“多量程”的改裝而言，電流表的設(shè)計(jì)比電壓表復(fù)雜多了——僅靠增加支路來實(shí)現(xiàn)電流的“分擔(dān)”已行不通。因?yàn)檫@樣雖然擴(kuò)大了量程，但是無法實(shí)現(xiàn)多量程共存。所以得換一個(gè)角度，從“改變分流電阻的阻值”上做文章，進(jìn)而在實(shí)現(xiàn)擴(kuò)程的同時(shí)，也做到了多量程共存，如圖5所示。

（3）素養(yǎng)呈現(xiàn)：同樣，建模與推理過程中孕育了創(chuàng)新思維、包含了科學(xué)推理。尤其是在多量程的設(shè)計(jì)中，先后經(jīng)歷了模型構(gòu)建、科學(xué)推理、問題發(fā)現(xiàn)、質(zhì)疑論證，最后得出新的解決方案。每個(gè)環(huán)節(jié)都關(guān)乎科學(xué)思維，都有助于內(nèi)化學(xué)科品質(zhì)，都在不間斷地激發(fā)好奇心與求知欲，是對(duì)基本知識(shí)、基本技能、思維品質(zhì)以及科學(xué)態(tài)度的一次大檢閱、大提升。

3? ? 反思教學(xué)

不難看出，當(dāng)面對(duì)新情境、新任務(wù)，需要運(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)儀器去進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、解決實(shí)際問題時(shí)，科學(xué)思維能力顯得尤為重要。

所以，我們必須摒棄傳統(tǒng)的“以講代做、演示為主、模擬泛濫、機(jī)械重復(fù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，開啟以培育和提升學(xué)生科學(xué)思維能力為目標(biāo)的新思路。

（1）注重基本概念和基本規(guī)律的理解，以儲(chǔ)備更多的物理“原型”。“問渠那得清如許，為有源頭活水來”就是這個(gè)道理，沒有“舊枝”，何來“新芽”。

（2）深刻理解實(shí)驗(yàn)原理，敢于質(zhì)疑、勤于論證、勇于創(chuàng)新。有了“舊枝”，我們還得施以“陽光、雨露、肥料”，“新芽”才能茁壯成長，這就是質(zhì)疑、論證和創(chuàng)新的重要性。

（3）高質(zhì)量完成基本實(shí)驗(yàn)，多動(dòng)手操作，少一些模擬和演示。如果一味地以講代做、演示為主、模擬橫行，那么學(xué)生自然就會(huì)眼高手低（一聽就懂、一做就錯(cuò)）。只有親自動(dòng)手、切身體驗(yàn)，去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，才能真正掌握必備的知識(shí)和必要的技能。

（4）學(xué)以致用，直面真實(shí)情境、解決實(shí)際問題。這是學(xué)習(xí)的最高境界，如果條件允許，多開展一些課外實(shí)踐活動(dòng)，解決實(shí)際問題（如：檢測(cè)電路故障、探究聲控電路、設(shè)計(jì)晴雨自動(dòng)晾衣架等），將所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為技能、內(nèi)化學(xué)科特質(zhì)、提升學(xué)科素養(yǎng)。

綜上所述，科學(xué)思維是應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的重要保證，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力顯得尤為重要。為此，我們必須重視基本實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確理解和體會(huì)其中所展現(xiàn)的科學(xué)思維能力，進(jìn)一步提高課堂效率;同時(shí)還得不斷提高自身的學(xué)科素養(yǎng)、加深對(duì)學(xué)科本質(zhì)的理解。只有這樣，才能更好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)、提升學(xué)生的科學(xué)思維能力、促進(jìn)學(xué)生終身發(fā)展。

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）