吳慶林 李旭偉

(1. 福建省三明第一中學(xué),福建 三明 365001; 2. 福建省三明市第二實(shí)驗(yàn)學(xué)校,福建 三明 365000)

高考評價(jià)體系在落實(shí)“價(jià)值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識為基”的新理念中,要求學(xué)生能夠在復(fù)雜的、新穎的試題情境下綜合應(yīng)用所學(xué)知識和技能處理問題．[1]教師創(chuàng)設(shè)的課堂情境要能夠激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知構(gòu)建,為素養(yǎng)表現(xiàn)搭建平臺,并影響學(xué)生分析與解決問題的策略與表現(xiàn)．通過建立教材中典型的問題情境,引導(dǎo)學(xué)生綜合應(yīng)用多個(gè)物理知識解決問題,進(jìn)而完成對分壓、限流電路中滑動變阻器的選取規(guī)律的建構(gòu)．

1 創(chuàng)設(shè)情境，凸顯思維“痛點(diǎn)”

滑動變阻器是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的儀器,在電路中有分壓和限流兩種接法．滑動變阻器的選擇是教學(xué)的難點(diǎn)也是高考熱點(diǎn)．在教學(xué)過程中教師會強(qiáng)調(diào):當(dāng)負(fù)載電阻Rx遠(yuǎn)大于滑動變阻器的最大阻值R0時(shí),宜采用分壓式接法;當(dāng)負(fù)載電阻Rx與滑動變阻器的最大阻值R0接近時(shí),宜采用限流式接法．學(xué)生雖然能夠直接應(yīng)用該原則,但對這一原則的掌握大多只停留在記憶層面,對其本質(zhì)原因無法理解,故“分壓與限流電路中滑動變阻器的選取”成為學(xué)生的思維“痛點(diǎn)”．

課堂演示1.將最大阻值為10 Ω的滑動變阻器以分壓的方式接入電壓為3 V的電路中(如圖1),勻速的將滑片從a點(diǎn)移至b,

圖1

請學(xué)生注意觀察小燈泡L(電阻約為2 Ω)的亮暗變化和滑片的位置．

現(xiàn)象:小燈泡的亮度隨著滑片先緩慢變亮,在滑片接近b端時(shí)快速變亮(如圖2)．

圖2

課堂演示2.將演示1的實(shí)驗(yàn)儀器按圖3連接,勻速的將滑片從a點(diǎn)移至b,請學(xué)生注意觀察小燈泡L的亮暗變化和滑片的位置．

圖3

現(xiàn)象:滑片位于a點(diǎn)時(shí)小燈泡就具有一定的亮度,隨著滑片的移動先緩慢變亮,在滑片接近b端時(shí)則快速變亮(如圖4)．

圖4

圖4

這一教學(xué)過程所提供的視覺體驗(yàn)與已有的電學(xué)知識形成認(rèn)知上的沖突,該現(xiàn)象引起了學(xué)生極大的興趣,有效的促進(jìn)學(xué)生將外部動機(jī)轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)的內(nèi)在動機(jī),使其積極參與到教師創(chuàng)設(shè)的問題探究情境中．此時(shí)教師提問:為什么勻速移動滑動變阻器的滑片小燈泡的亮暗未能均勻的變化?引導(dǎo)學(xué)生說出是由于小燈泡兩端的電壓變化不均勻?qū)е碌模?/p>

2 DIS演示建構(gòu)物理規(guī)律

由于用電器兩端的電壓無法直觀的看出,教師利用DIS系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),將電壓變化規(guī)律展示在學(xué)生面前,具體步驟如下.

(1) 圖1分壓電路中將小燈泡更換為阻值為5 Ω的定值電阻Rx．將DIS系統(tǒng)中的電壓傳感器連接于定值電阻的兩端,用于測量電壓．將位移傳感器發(fā)射端固定在滑動變阻器的滑片上,將位移傳感器接收端固定在物理平臺上并與發(fā)射端保持正對,用滑片的位移來代替滑動變阻器阻值的變化(如圖5)．

(2) 移動動滑動變阻器滑片,使計(jì)算機(jī)中的呈現(xiàn)出電壓隨滑片移動而變化的曲線,如圖6(a)．

(3) 改變定值電阻的阻值,使Rx分別為1 Ω、10 Ω、50 Ω和200 Ω,并重復(fù)實(shí)驗(yàn)過程．

(4) 按圖3限流法連接電路,重復(fù)以上步驟,電壓隨滑片移動而變化的曲線如圖6(b)．

學(xué)生觀察到電壓的變化規(guī)律曲線后,更加深刻的理解之前的演示實(shí)驗(yàn)中小燈泡的亮暗變化不均勻的現(xiàn)象源自于電壓不均勻的變化．接著教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖6,思考并回答分壓限流電路中滑動變阻器的選取規(guī)律．教師對學(xué)生的回答進(jìn)行點(diǎn)評并總結(jié).

如圖6(a)為分壓法得到的曲線: ① 當(dāng)Rx=1 Ω時(shí)Rx?R0,曲線非常彎曲,滑動變阻器無法起到較好的調(diào)節(jié)電壓的作用;② 當(dāng)Rx相較R0越大時(shí),越呈線性變化關(guān)系,因此這種條件下電壓便于調(diào)節(jié)且精度較高;③ 電壓始終都是從0開始變化．

如圖6(b)為限流法得到的曲線: ① 當(dāng)Rx=200 Ω時(shí)Rx?R0,曲線近乎一條直線,但電壓調(diào)節(jié)范圍小; ② 當(dāng)Rx=1 Ω時(shí)Rx?R0,曲線非常彎曲,滑動變阻器就起不到調(diào)節(jié)電壓的作用; ③ 當(dāng)Rx=10 Ω時(shí),電壓調(diào)節(jié)范圍以及調(diào)節(jié)精度都相對合適．

分壓接法時(shí),選擇阻值比用電器阻值小的滑動變阻器,用電器幾乎不影響電壓的分配,其兩端的電壓隨著滑片的移動呈線性變化,既方便于實(shí)驗(yàn)的操作又利于讀取的電壓表數(shù)據(jù)．限流接法時(shí),選擇阻值與用電器阻值相近的滑動變阻器,移動滑片能夠線性的調(diào)節(jié)用電器兩端的電壓且調(diào)節(jié)范圍較大．