王賢勇

(貴州畢節(jié)市第一中學(xué),貴州 畢節(jié) 551700)

1 “PBL”簡(jiǎn)介

以“PBL”為導(dǎo)向,改進(jìn)歐姆表的原理教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力.PBL是Problem-Based-Learning的縮寫,他是指以問(wèn)題為導(dǎo)向的一種教學(xué)方法.強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中,以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、問(wèn)題為導(dǎo)向來(lái)展開教學(xué)活動(dòng).教師要給學(xué)生布置任務(wù)或啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,讓學(xué)生置身于真實(shí)的情境中去探尋有價(jià)值的問(wèn)題.以小組合作為單位,有自主探究、有合作探究、有交流、有評(píng)價(jià),讓學(xué)生形成能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及自主學(xué)習(xí)的能力,一般流程如圖1.[1]

圖1

流程分為4個(gè)環(huán)節(jié).第1個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力.發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就是一種創(chuàng)新,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更有價(jià)值；第2個(gè)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力,尤其是從理論入手構(gòu)建解決問(wèn)題的思路；第3個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),解決問(wèn)題.實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要兼顧選材方便、操作性強(qiáng)、簡(jiǎn)單易懂、針對(duì)性強(qiáng)的原則；第4個(gè)環(huán)節(jié)是評(píng)估交流,作為教師在這個(gè)環(huán)節(jié)一定要讓學(xué)生充分進(jìn)行交流,最大限度做到:學(xué)生匯報(bào)、學(xué)生評(píng)價(jià)、學(xué)生反思、學(xué)生改進(jìn)、驗(yàn)證解決.教師只需要有簡(jiǎn)短的評(píng)價(jià),一個(gè)是針對(duì)問(wèn)題的評(píng)價(jià),一個(gè)是對(duì)學(xué)生科學(xué)態(tài)度、科學(xué)方法的評(píng)價(jià),鼓勵(lì)學(xué)生大膽去創(chuàng)新,嚴(yán)謹(jǐn)去求真.4個(gè)環(huán)節(jié)合成1個(gè)不可分割的有機(jī)體,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力,在科學(xué)思維和科學(xué)探究中培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度.相信經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期有效的培養(yǎng),學(xué)生定會(huì)形成解決物理問(wèn)題的一套科學(xué)方法,形成科學(xué)正確的價(jià)值觀念.

2 問(wèn)題提出

筆者事先購(gòu)置了10個(gè)熱敏電阻,常溫下電阻參數(shù)是80 Ω.學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)室測(cè)出熱敏電阻的伏安特性曲線如圖2所示.學(xué)習(xí)完人教社2004版高中物理選修3-1第2章第8節(jié)“多用電表的原理”之后,用多用電表的電阻擋來(lái)測(cè)該元件的電阻,假設(shè)用“×1”擋測(cè)出的電阻為R1,用“×10”擋測(cè)出的電阻為R2,假如不考慮偶然誤差,請(qǐng)從教材歐姆表的電路原理出發(fā)比較R1和R2的大小.

圖2

教師引導(dǎo)學(xué)生用圖3歐姆擋的電路原理[2]來(lái)分析.

圖3

假設(shè)接3時(shí)為“×1”擋,由歐姆調(diào)零時(shí)可得改裝電流表滿足

(1)

接入中值電阻R中,半偏得

(2)

由(1)、(2)式可得R中=R內(nèi),即中值電阻等于歐姆擋的內(nèi)阻.

假設(shè)接4時(shí)為“×10”擋,結(jié)合電路結(jié)構(gòu)可知,兩個(gè)歐姆擋共用一個(gè)電流表,故滿偏電流相同.由(1)式知電源電動(dòng)勢(shì)E與內(nèi)阻R內(nèi)成正比,再結(jié)合圖3,因?yàn)椤啊?0”擋的內(nèi)阻是“×1”擋的10倍,所以有

E′=10E.

(3)

假設(shè)分別用“×1”擋和“×10”擋去測(cè)同一個(gè)電阻Rx有

(4)

(5)

比較(4)和(5)式可得Ix

教師把指針式多用電表和熱敏電阻發(fā)給學(xué)生,請(qǐng)學(xué)生用對(duì)應(yīng)的歐姆擋測(cè)量出相應(yīng)的電阻,驗(yàn)證一下理論推導(dǎo)是否正確.當(dāng)學(xué)生測(cè)完電阻之后發(fā)現(xiàn),“×1”擋測(cè)出的電阻R1小于“×10”擋測(cè)出的R2.為什么理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)測(cè)量不相符合,學(xué)生討論、交流、匯報(bào).其中多數(shù)學(xué)生認(rèn)為是測(cè)量誤差導(dǎo)致的.

教師引導(dǎo)學(xué)生打開多用電表的電池蓋,觀察電源的結(jié)構(gòu),與圖3進(jìn)行對(duì)比,有什么發(fā)現(xiàn)?學(xué)生經(jīng)過(guò)認(rèn)真比對(duì)終于發(fā)現(xiàn),原來(lái)歐姆表內(nèi)部只有一組電源.教師繼續(xù)引導(dǎo):圖3的設(shè)計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn),存在什么缺點(diǎn)?一組電源是如何實(shí)現(xiàn)變換歐姆擋的4個(gè)擋位的?

3 問(wèn)題分析

3.1 圖3優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):有利于理解歐姆擋工作的原理和換擋的原理.

缺點(diǎn)1:用不同的電源,導(dǎo)致多用電表的體積增大,耗材增多,經(jīng)濟(jì)成本上升,同時(shí)攜帶、使用都不方便.

缺點(diǎn)2: 由前面(1)、(2)式分析,結(jié)合圖3可知,歐姆擋由“×1”擋到“×10”擋,再到“×100”擋,最后到“×1000”擋.假設(shè)“×1”擋的電源電動(dòng)勢(shì)為E=3 V,電動(dòng)勢(shì)依次增大為30 V、300 V、3000 V.這么高的直流電動(dòng)勢(shì),一般的干電池、蓄電池和鋰電池都是無(wú)法做到的.那就說(shuō)明,圖3的設(shè)計(jì)只有理論意義,不具備可行性原則,所以沒有實(shí)際意義和實(shí)際價(jià)值.

3.2 一電源四擋位設(shè)計(jì)

教師指導(dǎo),學(xué)生設(shè)計(jì)與展示,交流評(píng)估.圖4-7是筆者在教學(xué)中收集學(xué)生設(shè)計(jì)歐姆表的原理圖.

圖4

圖6

圖5設(shè)計(jì)與圖4類似,不同點(diǎn)是多采用一個(gè)并聯(lián)電阻.

圖6設(shè)計(jì)說(shuō)明:R為可調(diào)電阻,類似于電阻箱,但只能調(diào)4個(gè)電阻值,4個(gè)阻值分別與G表并聯(lián),構(gòu)成4個(gè)電流表,再分別與電源E和滑動(dòng)變阻器一起構(gòu)成4個(gè)擋位的歐姆表.

圖7設(shè)計(jì)雖然只有2個(gè)擋位,但學(xué)生能夠根據(jù)教材進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),也是值得鼓勵(lì)的.

4 設(shè)計(jì)應(yīng)用

5 設(shè)計(jì)反思

圖8

5.1 創(chuàng)設(shè)情境,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,激發(fā)興趣

教學(xué)中給學(xué)生創(chuàng)設(shè)的情境必須真實(shí).情境可以來(lái)自生產(chǎn)、生活、科技、也可以是學(xué)生做過(guò)的實(shí)驗(yàn).筆者之所以安排學(xué)生先做熱敏電阻的伏安特性曲線,而且是事先選好熱敏電阻的阻值為80 Ω之內(nèi),目的是創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境便于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.學(xué)完歐姆擋的原理后,當(dāng)筆者把問(wèn)題拋給學(xué)生之時(shí),學(xué)生們興趣盎然、邏輯嚴(yán)密地導(dǎo)出“×1”擋測(cè)出的電阻R1大于“×10”擋測(cè)出的R2.當(dāng)學(xué)生用歐姆擋按題目的要求測(cè)量出電阻之后,得出的結(jié)論恰好與理論分析的相反.這樣設(shè)計(jì)的目的是讓理論與實(shí)驗(yàn)沖突,說(shuō)明理論存在問(wèn)題,需要修正理論,引出問(wèn)題.進(jìn)一步打開多用電表的電池后蓋,學(xué)生進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問(wèn)題.這樣層層遞進(jìn)的設(shè)計(jì),可以起到持續(xù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲的作用.

5.2 學(xué)會(huì)質(zhì)疑,善于猜想,驅(qū)動(dòng)求知

對(duì)學(xué)生而言,難點(diǎn)在于去理解為什么同一電流表、4個(gè)電源改裝的歐姆表在實(shí)際應(yīng)用中不行.因?yàn)閷W(xué)生還不知道要生產(chǎn)出幾千伏電動(dòng)勢(shì)的干電池、蓄電池、鋰電池成本極高,也很困難.所以教師可以在學(xué)習(xí)完“電動(dòng)勢(shì)”那一節(jié)書后給學(xué)生布置一個(gè)任務(wù):在科技報(bào)刊、網(wǎng)絡(luò)上查詢一下電池的電動(dòng)勢(shì)一般是多大.為后面歐姆表的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).教師引導(dǎo),讓學(xué)生明確任務(wù):同一電源下,要設(shè)計(jì)4個(gè)量程的歐姆擋,那就應(yīng)該改變電流表的量程.給學(xué)生墊上了一塊磚,降低設(shè)計(jì)難度.經(jīng)教師畫龍點(diǎn)睛后,放手讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)、交流.把課堂還給學(xué)生,教師做好課堂巡查指導(dǎo)任務(wù),注意發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問(wèn)題,對(duì)于“跑偏”的學(xué)生,必要時(shí)停下來(lái)傾聽學(xué)生的想法,再進(jìn)行指導(dǎo),切勿直接幫助學(xué)生給出設(shè)計(jì)方案.

最好的PBL課堂導(dǎo)向模式是給學(xué)生一個(gè)真實(shí)的情境,讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)有價(jià)值的問(wèn)題,激發(fā)學(xué)生的探知欲和興趣.然后經(jīng)過(guò)猜想、探究,學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案去尋找規(guī)律、提煉方法,解決問(wèn)題.最后學(xué)生在評(píng)估交流中優(yōu)化問(wèn)題、驗(yàn)證猜想、提高表達(dá)能力、增強(qiáng)自信心,成為學(xué)習(xí)的主人,達(dá)到理想學(xué)習(xí)的境地.