寧文文 李振文

摘 要：基于項目式教學的高中物理教學，以“如何制作歐姆表”為項目驅(qū)動問題，讓學生經(jīng)歷歐姆表的原理設(shè)計、器材選取、成品制作、成果匯報等項目環(huán)節(jié)，從而達到學生對電路及其應用相關(guān)知識深度融合的教學目標。

關(guān)鍵詞：項目式教學 教學實踐 制作歐姆表

“項目式教學”是依據(jù)課程標準和教學內(nèi)容，通過項目研究、項目實施的基本方法，由教師創(chuàng)設(shè)教學情境，以項目問題的生成、探究、解決、運用來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，以學生的發(fā)展為本，注重核心素養(yǎng)全面提升的一種探究式教學方式。[1]項目式教學如何在物理學科課堂中實施，以促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，是研究者正在關(guān)注的問題。[2]項目教學的實施可分為課前制作過程、課堂展示過程兩個主要階段。本文擬以“制作歐姆表”為例，對項目式教學的實踐過程進行探索。本項目的目的是促進學生對“電路及其應用”專題知識的深度融合。

一、課前制作過程

為了完成制作歐姆表的項目，學生在課前經(jīng)歷了三個項目任務(wù)，首先是設(shè)計電路圖，然后依據(jù)電路圖選擇所需的器材，最后完成歐姆表的制作。

任務(wù)一：設(shè)計歐姆表的電路圖

學生通過自學、查閱資料的方式，設(shè)計歐姆表的電路圖。不同的小組有不同的設(shè)計方案。有的小組采用理論定標的定標方案，有的小組采用實驗定標的定標方式。還有兩個小組提出了更換歐姆表倍率的設(shè)計方法。教師基于學生的設(shè)計方案及實際分組情況，及時調(diào)整任務(wù)，使每個小組都有側(cè)重點。四個小組的任務(wù)分別為：第一小組為理論定標，第二小組為實驗定標，第三小組為通過并聯(lián)電阻改變倍率，第四小組為通過更換電池改變倍率。

任務(wù)二：選擇器材

學生基于任務(wù)一中選取的實驗方案，選擇合適的器材，并了解各個元件在電路中的作用。主要器材包括電池（1.5 V）、表頭（200 μA，1 mA）、可變電阻等。其中可變電阻經(jīng)歷了由滑動變阻器（阻值不夠）到電阻箱（阻值不連續(xù)、調(diào)節(jié)不方便）最后到電位器的選擇過程。由此，學生深刻體會到實驗器材選取的重要性。

任務(wù)三：制作歐姆表

學生根據(jù)實驗原理圖連接好實物，然后進行歐姆表定標、誤差評定、說明書制作等環(huán)節(jié)，最終完成歐姆表的制作。

二、課堂展示過程

學生在課前完成歐姆表后，在課堂上對其制作原理、制作過程、誤差分析等進行展示交流?？紤]到課堂時間的局限，為了能夠讓學生進行充分的討論，所有小組都進行詳細的展示是不現(xiàn)實的。所以，不同的小組會承擔不同的角色，有的小組主要負責展示，有的小組主要負責質(zhì)疑。教師根據(jù)小組制作歐姆表的原理和類型，統(tǒng)籌安排第一、三小組進行詳細展示，第二、四小組進行質(zhì)疑，并同時簡要展示自己的項目成果。下面對課堂的實踐過程進行詳細說明。

1. 交代項目 統(tǒng)一標準

首先，教師對項目進行簡要介紹，并強調(diào)制作歐姆表的電路圖中各個元件對應的物理符號，從而統(tǒng)一標準。其中包括電源（電動勢E，內(nèi)阻r）、滑動變阻器（R）、表頭（Ig，Rg）、待測電阻（Rx）等。

教師對課堂展示方式進行介紹，課上匯報總共分為四個小組，兩個匯報組，兩個質(zhì)疑組。鼓勵學生要在交流和質(zhì)疑中共同進步。同時提醒學生，當某個小組匯報時，其余小組完成“歐姆表成果匯報課堂評價表”，如表1所示。

2. 小組匯報 評價交流

（1）第一小組匯報

第一小組重點匯報了歐姆表的制作原理及理論定標的過程。首先，學生展示如何測量歐姆表的內(nèi)阻。學生通過紅黑表筆短接，將表頭調(diào)為滿偏。然后在紅黑表筆間接入電阻箱，調(diào)節(jié)電阻箱使表頭達到半偏，讀出電阻箱的示數(shù)，此即為歐姆表的內(nèi)阻。由于此時示數(shù)在表盤中間，也稱為中值電阻。然后，學生展示如何進行理論定標。此階段學生進行了公式推導。

由于表頭上的電流值與滿偏電流之間存在倍數(shù)關(guān)系，因此，令：

代入公式計算出對應的電阻值。之后，小組成員將計算好的電阻值標在1∶1繪制好的表盤上，將表盤固定在表頭上，歐姆表制作完成。實物如圖1所示。

另外，學生用歐姆表和多用電表測量了多組阻值，從而對歐姆表進行了誤差評定，如表2所示。

最后，學生將制作的使用說明書附在儀器上。學生依照自己的使用說明書演示自制歐姆表的使用方法，并進行了測量未知電阻的演示。

（2）第二小組質(zhì)疑

第二小組學生按照“歐姆表成果匯報課堂評價表”完成對第一小組的優(yōu)點、缺點的評價，針對自己的疑惑進行提問，同時簡要展示自己小組的實驗定標方式。

他們通過與第一小組相同的測量中值電阻的方法得到歐姆表的內(nèi)阻。然后，在紅黑表筆調(diào)零的前提下，保持電位器不變，依次調(diào)節(jié)電阻箱阻值，記錄指針在電流表表盤的位置與電阻箱讀數(shù)的關(guān)系。學生將所有刻度進行實驗標定后，再依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)1∶1將其繪制在表盤上，從而完成實驗定標過程，同時自制使用說明書。他們的成品如圖2所示。學生對他們制作的歐姆表也進行了誤差評定，如表3所示。

此時，教師引導討論：第一小組和第二小組的兩種定標方式有何不同之處？學生討論得出，理論定標由于歐姆表內(nèi)阻的測量存在誤差，導線本身的電阻、導線連接位置的電阻都會引起表盤阻值標定時產(chǎn)生系統(tǒng)偏差。實驗定標過程主要是電阻箱本身的阻值引起的誤差，如果用更加精確的定值電阻來標定，實驗定標的誤差會非常小。從以上兩組的誤差評定數(shù)據(jù)也可以得出，實驗定標比理論定標的誤差小。因此在實際的定標過程中，都是通過用標準電阻進行實驗定標的方式對歐姆表進行定標的。

此時教師將單一量程的歐姆表過渡到可變量程的歐姆表。教師引導學生思考，理論上制作好的歐姆表可以測量任何阻值的電阻，但是由于歐姆表電阻值與電流之間不是線性關(guān)系，當待測電阻阻值太大或者太小時，誤差都比較大。當Rx≈R中，即接近中間刻度附近時，指針偏轉(zhuǎn)與Rx的關(guān)系更接近線性，刻度更均勻，測量值才更加準確。[3]因此要想測量各種電阻，實際的歐姆表都會制作成多倍率。而為了讀數(shù)方便，一般將相鄰的倍率設(shè)為10。如何更換歐姆表的倍率成了學生需要繼續(xù)深入研究的問題。緊接著此問題，第三小組進行匯報。

（3）第三小組匯報

第三小組學生首先對改變歐姆表量程的原理進行介紹。在電源電動勢不變的前提下，依據(jù)擴大電流表量程的原理，通過并聯(lián)電阻使流過干路中的電流擴大為電流表滿偏電流的10倍，從而使歐姆表倍率降低10倍。同理，使干路電流擴大為滿偏電流的100倍，從而使歐姆表倍率降低100倍。

那么需要并聯(lián)多大的電阻，才能實現(xiàn)倍率降低10倍呢？此時，需要測量表頭的滿偏電流和內(nèi)阻。首先，他們組利用精密毫安表測量表頭的滿偏電流。將表頭、滑動變阻器、精密毫安表、電源、開關(guān)串聯(lián)。閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使表頭達到滿偏，讀出此時毫安表的讀數(shù)為1 mA。因此，表頭的滿偏電流Ig =1 mA。然后，他們組利用伏安法測量表頭的內(nèi)阻，如圖3所示。

他們利用圖3所示原理，先調(diào)節(jié)電阻箱使表頭達到滿偏，記錄此時電阻箱讀數(shù)為1 400 Ω、電壓表的示數(shù)為1.5 V。然后根據(jù)歐姆定律：

學生借助電阻箱，利用實驗定標法，對“×1”擋的歐姆表進行定標?！啊?0”擋直接在“×1”擋的基礎(chǔ)上，將其示數(shù)乘10即可。歐姆表實物如圖5所示。

第三小組對他們制作的歐姆表進行了誤差評定，如表4所示。

（4）第四小組質(zhì)疑

第四小組學生按照“歐姆表成果匯報課堂評價表”完成對第三小組的優(yōu)點、缺點的評價，針對自己的疑惑進行提問。例如：并聯(lián)的電阻并非準確數(shù)值，這會導致兩個倍率之間并非嚴格的10倍關(guān)系。更換倍率后直接用示數(shù)乘10會導致較大的誤差，建議兩個倍率都進行標定，修正誤差。同時簡要展示自己小組更改倍率的方式。

四組學生的方案是在電表的滿偏電流不變的情況下，通過更換電池改變電動勢的方法來擴大歐姆表的倍率。第四小組學生設(shè)計的歐姆表電路如圖6所示。

據(jù)此設(shè)計的項目成果如圖7所示。

學生對他們的歐姆表也進行了誤差評定，如表5所示。

在第三小組和第四小組展示與質(zhì)疑之后，教師引導討論：兩種不同的更換倍率的方式，哪種更好？學生討論得出，通過并聯(lián)電阻的方式可以降低歐姆表的倍率，但是卻無法擴大歐姆表的倍率。雖然電池的增多會增加歐姆表的體積，但是它卻可以實現(xiàn)歐姆表倍率的擴大。因此，減小倍率是通過改變與表頭并聯(lián)阻值的大小來實現(xiàn)，增大倍率是通過改變電源電動勢來實現(xiàn)。這兩種方法需要配合使用。一般的歐姆表中，“×1”擋、“×10”擋、“×100”擋是通過改變與表頭并聯(lián)電阻的阻值來實現(xiàn)，而“×1k”擋是通過同時改變表頭的滿偏電流Ig和電源電動勢E來實現(xiàn)。[4]

3. 課堂總結(jié) 概念整合

教師對本節(jié)課的展示與交流進行總結(jié)。本項目促進了學生觀察和識別常見的電路元件，包括滑動變阻器、表頭、電位器、電阻箱、表頭、微安表等；促進學生理解和使用多用電表；促進學生深入理解閉合回路歐姆定律等內(nèi)容。從項目中引申出的超出課標要求的知識，包括電表的理論定標和實驗定標方式、降低和擴大歐姆表倍率的方法、測量表頭的滿偏電流和內(nèi)阻等，這也加深了學生對串并聯(lián)電路等恒定電流核心概念的理解。

三、小結(jié)與反思

項目式教學最終目的是落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，特別是核心概念的深度學習。通過“制作歐姆表”項目式教學，學生將串并聯(lián)電路、電表改裝、閉合回路歐姆定律、練習使用多用電表等核心知識進行整合。在整個制作過程中也培養(yǎng)了學生的動手操作能力。同時還促使學生逐步形成嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態(tài)度。總之，項目式教學與新課改下高中物理的模塊化、主題化內(nèi)容相契合，在以項目為研究對象的過程中，有助于提高學生的問題解決能力，鍛煉學生的邏輯思維能力。[5]同時，本次項目式教學通過小組互評、質(zhì)疑的過程，幫助學生認識自我、建立自信。總體上，本次項目學習的教學實踐過程，有效促進了學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

另外，本次項目式教學還有部分不足，將來可以在以下地方進行改進：

（1）誤差評定環(huán)節(jié)可以選用標準電阻，用多用電表測一次，用自制歐姆表測一次，比較兩次結(jié)果的誤差。由于多用電表也不能準確測量電阻阻值，因此不能以多用電表的測量值直接作為評定自制歐姆表誤差的依據(jù)。

（2）誤差評定環(huán)節(jié)應該提前作出統(tǒng)一要求，例如需要進行幾組數(shù)據(jù)的誤差評定、可變倍率的歐姆表需要將兩個倍率都進行誤差評定等，從而使四個小組的評定結(jié)果可以統(tǒng)一分析和比較。

（3）課堂結(jié)尾可以增設(shè)歐姆表評定環(huán)節(jié)。課堂快結(jié)束時，可以給出一個未知電阻，四組學生分別用自己的歐姆表進行測量，比較四組的結(jié)果，分析各組的誤差大小和來源。

參考文獻

[1]周彩麗.青島三十九中：項目式教學，讓學習自然發(fā)生[J].教育家，2017（45）：90-91.

[2]侯肖，胡久華.在常規(guī)課堂教學中實施項目式學習：以化學教學為例[J].教育學報，2016，12（04）：39-44.

[3]曹吉安.多用電表測電阻為什么指針落在刻度盤中間附近最準確[J].中學物理教學參考，2018，47（21）：35-36.

[4]歐劍雄，陳國文.串聯(lián)式歐姆表的誤差分析及其量程選擇[J].物理教師，2014，35（03）：36-38+41.

[5]張惠鈺.高中物理項目式學習設(shè)計策略探討[J].物理教師，2017，38（09）：26-28.