李暉

[摘 ? 要]物理是基于實驗與觀察的自然學科，物理教學離不開實驗，物理實驗可以引導學生很好地學習物理知識。但在實際教學中，有的教師不自覺地將物理理論學習與物理實驗分隔開來，這樣不利于學生學習。在物理教學中，尤其是在復習課教學中，有效利用實驗資源能提高教學實效。

[關鍵詞]實驗資源整合;復習課;實驗設計

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）32-0044-03

《全日制義務教育物理課程標準》中關于課標的實施建議第二條：發(fā)揮實驗在物理教學中的重要作用。實驗是物理教學的重要組成部分，也是落實學生科學素養(yǎng)的關鍵所在。在復習課中，如何發(fā)揮實驗的主體作用從而實現(xiàn)高效復習呢？筆者基于課標，合理整合實驗資源，以實驗為驅動，讓學生產生主動而深入的思考。本文以《測量小燈泡電功率》為例，談談利用實驗資源開展復習課教學。

一、基于課標，確立目標

首先，測量小燈泡的電功率屬于“課標”中一級主題“能量”中的二級主題“電磁能”，“課標”的要求是結合實例理解電功和電功率;知道用電器的額定功率和實際功率。依據(jù)課標，可以把本部分內容拆分成以下幾個子任務：

1.理解電功率的概念，知道電功率是描述電流做功快慢的物理量，是電流做功多少與做功時間的比。

2.能利用電功率的定義式或推導式進行簡單的計算，并設計實驗測量電功率。

3.能區(qū)分額定功率和實際功率，知道不同的工作狀態(tài)下，用電器的電功率是不一樣的。

4.從能量轉化角度理解能耗的不同及電能轉化為其他形式的能的效率。

二、基于目標，逆向設計

教學目標既是起點，也是終點，為了完美完成本節(jié)內容的復習任務，可從以下三個角度進行設計。

1.技能角度：會選擇合適的器材連接電路，并能排除故障完成小燈泡功率的測量。

2.認知角度：通過實驗數(shù)據(jù)的分析，認識額定功率和實際功率，并會簡單計算。

3.觀念角度：了解測量電功率的其他方法，知道功率和能耗之間的聯(lián)系，并樹立節(jié)能環(huán)保的意識。

會測量是學生必備的實驗技能，要想讓學生能夠熟練測量，就必須讓他們親歷測量過程，親歷測量過程中的障礙和困難，激發(fā)他們對問題解決的思考。因此，本節(jié)復習課著重：①讓學生從安全實驗的角度選擇器材，并自行連接電路;②用一般的方法排除電路故障，讓學生在真實的實驗環(huán)境中發(fā)現(xiàn)問題，并利用已有的知識動手解決;③延伸課本基礎實驗，利用單表（只有一個電壓表或電流表）測量燈泡的電功率，加深學生對測量原理的理解;④學會測量生活中白熾燈的功率;⑤借助說明書，知道新工具的使用，借助數(shù)字化儀器分析功率和能耗的關系等。并由此確定了本節(jié)課的設計脈絡：

三、任務指引，實驗驅動

情境置入：多個家用吊燈當中有一個不亮，在更換燈泡時，我們要先看看燈泡的規(guī)格（銘牌），例如顯示為2.5 W，生活中所有用電器上都有這樣的標識，我們稱為額定功率。

任務：某燈泡的銘牌上標有2.5 V字樣，其他參數(shù)模糊不清，小燈泡電阻約為10 Ω，請設計方案測定小燈泡的額定功率。

問題1.怎樣設計電路？你的依據(jù)是什么？

回憶前面“電功”中所學的內容，知道[P=Wt=UItt=UI]，依據(jù)測量物理量的需要，可以設計出伏安法測電阻的電路，然后對問題設置情境，給出的器材有：電壓約為4.5伏的電源，規(guī)格不同的滑動變阻器（A.5 Ω，3 A;B.20 Ω，2 A;C.200 Ω，1.25A），電壓表、電流表、定值電阻一個，開關三個，導線若干，選擇合適的器材連接電路。

設計意圖：引導學生根據(jù)串聯(lián)分壓計算出滑動變阻器的最大阻值至少需要8 Ω，因此只能選擇B或C。由實際需要加強對串聯(lián)電路中電學量的計算練習，這樣既復習了歐姆定律的相關內容，也解決了器材的選擇問題。進一步思考，發(fā)現(xiàn)最大阻值200 Ω不方便在本實驗中調節(jié)電路，因此確定滑動變阻器B為選定器材，同時基于讀數(shù)準確性的需要，確定電流表和電壓表的量程都接小量程，最后連接實驗電路。

問題2.正確連接電路后，閉合開關，你的燈泡亮了沒有？不亮的原因可能是什么？如何檢測？

設計意圖：在學生分組實驗中預設了兩組故障，一組燈泡斷路，另一組燈泡短路。通過設置故障訓練學生排除故障的能力。對斷路情況，學生基于實際實驗操作，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)超過了量程，電流表示數(shù)為零。進一步將電壓表量程由0～3 V更換為0～15 V，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)接近電源電壓，由歐姆定律知識可以判斷故障為燈泡斷路。短路情況，則可根據(jù)“電壓表無示數(shù)，電流表示數(shù)很大”來加以判斷。無論是何種故障，都是學生在實驗過程中排查出來的，同時由學生自己歸納總結：

a.電流表有示數(shù)：電流表所在回路短路。

b.電流表無示數(shù)：電流表所在回路某處斷路。

c.電壓表有示數(shù)：電壓表兩接線柱與電源兩極之間連通，且與電壓表并聯(lián)的原件無短路。

d.電壓表無示數(shù)：與電壓表并聯(lián)的電路或元件短路或者電壓表兩接線柱與電源的兩極之間某處斷路。

在電路完好連接的基礎上，教師給出自測數(shù)據(jù)：

通過自測數(shù)據(jù)的計算，得出小燈泡的額定功率為0.70 W，同時將其與學生測量的結果0.75 W進行對比分析，尋找測量結果不一致的原因。

設計意圖：測量實驗在尊重事實的基礎上允許有誤差存在，由學生實驗數(shù)據(jù)的差異分析原因。

1.可能是導線不同引發(fā)系統(tǒng)誤差。

2.燈泡的出廠規(guī)格略有差異。

3.電流表讀數(shù)有誤差。

測量性實驗對結果的誤差分析非常重要。通過對實驗過程的反饋，為學生提高測量的準確程度提供依據(jù)與支撐。由測量數(shù)據(jù)可以得出規(guī)律：燈泡兩端電壓越大，實際功率越大，燈泡亮度越亮。當[U實=U額]時，[P實=P額]。

問題3.在實驗過程中，有些器材損壞了，可以更換，例如導線、定值電阻等，假設電流表損壞，就沒有另外的電流表可以更換了，你能否利用現(xiàn)有的器材重新設計電路，測出燈泡的額定功率？

這是一個開放的實驗電路設計，將課本中的基礎實驗拓展延伸，較為普遍的做法是將電壓表二次換接。但是由于操作不便，我們希望能一次性連接電路不進行電路換接。下面采集了兩種學生的設計方案供分析。

方案一：圖1中，電壓表能單獨或同時測量燈泡和定值電阻的電壓，要測量燈泡的額定功率，還要求出燈泡的額定電流，在該燈泡正常發(fā)光時，電壓表與定值電阻的組合不能求解額定電流，因此該方案不可行。

方案二：圖2中閉合開關S1和S2后調節(jié)滑動變阻器滑片使燈泡正常發(fā)光（電壓表示數(shù)為2.5 V），通過開關的通斷可以實現(xiàn)電路結構不變，測出定值電阻的電壓，由此求出此時燈泡的額定電流，方案可行。由此發(fā)現(xiàn)，單電壓表與定值電阻組合測量額定電流的大小，其原理與基礎實驗仍然相同，進一步拓展單電流表測小燈泡額定功率同樣可行。

問題4.生活中的白熾燈其額定電壓為220 V，實驗室的器材無法測量電功率怎么辦？需要什么器材？

設計意圖：在知曉測量原理的基礎上、在安全可靠的指引下，實驗器材如何選取？我們在家用電路中測量電功必須用到電能表，將電功率的測量從實驗室走向生活，讓學生自主分析確定實驗方案。演示實驗測量依據(jù)測量的數(shù)據(jù)，計算得出燈泡的功率為62 W，而燈泡的銘牌顯示為65 W，分析誤差的產生原因：時間的測量有誤差、數(shù)電能表轉的圈數(shù)過少、燈泡的自身規(guī)格有變等。

每一次測量都應有分析，讓科學嚴謹不停留在紙上，而是貫穿于整個實驗操作。進一步拓展現(xiàn)代測量工具——數(shù)字功率計。隨著科技的發(fā)展，生活中也有直接測量電功率的工具，根據(jù)說明書，我們可以判斷其測量原理與直流電路電功率的計算公式兼容。讓學生實際操作數(shù)字功率計測量同規(guī)格的白熾燈額定功率，發(fā)現(xiàn)測量值顯示為66 W，對比銘牌標注明顯偏大，繼續(xù)對實驗數(shù)據(jù)進行分析，我們發(fā)現(xiàn)功率計實際電壓為220 V，原來是實際電壓大于額定電壓220 V，進一步深化實際功率與額定功率的關系。生活中的白熾燈發(fā)光照明，有能耗，教師可繼續(xù)追問：相同亮度的LED燈與白熾燈功率相同嗎？實驗設計：用亮度儀測量，顯示白熾燈和LED燈的發(fā)光亮度基本相同，用數(shù)字功率計分別測量出此時白熾燈和LED燈的實際功率，發(fā)現(xiàn)LED燈的功率只有5 W左右。電功率的大小代表能耗的高低，我們還要從能耗的角度引導學生樹立效率意識和節(jié)能環(huán)保意識，由實驗數(shù)據(jù)解釋白熾燈逐漸退出居民家用電器的原因。

物理學科作為自然科學的一部分，其定理和規(guī)律都十分強調證據(jù)，實驗是我們尋找證據(jù)的重要手段，這種手段相對于物理學科而言有著不可替代的作用。物理教師在新課教學時，一般都會進行實驗操作，但是在復習課中往往忽視了實驗的重要作用，筆者認為，依據(jù)課標及復習內容的需要，逆向解析，重設實驗，以實驗資源的整合驅動復習內容的網絡化。復習起源于教師教（問題），著眼于學生學（實驗）。從腦信息存儲的角度看，從手到腦，認知更加深刻。以實驗操作的方式驅動復習，可讓復習課更加生動高效，也更加精彩。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?聶群群.初中物理實驗教學方法創(chuàng)新對策探討[J].中國校外教育，2020（2）：88-89.

[2] ?劉天有.初中物理實驗教學的實踐與思考[J].課程教育研究，2019（50）：150.

（責任編輯 易志毅）