胡玉蓮

(江蘇省無錫市鳳翔實(shí)驗(yàn)學(xué)校，江蘇 無錫 214000)

物理復(fù)習(xí)教學(xué)方式大致可分為兩類：按知識點(diǎn)快進(jìn)式復(fù)習(xí)、知識背誦與習(xí)題訓(xùn)練相結(jié)合。前者按照教材章節(jié)順序快節(jié)奏、大容量地為學(xué)生“炒冷飯”，后者則要求學(xué)生機(jī)械背誦，再以此為“舟”遨游“題?！薄２捎靡陨蟽煞N方式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性，不利于學(xué)生知識和能力的進(jìn)階，也不利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。

任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)要求教師整合教學(xué)資源，把學(xué)生的生活與課堂相結(jié)合，確定符合學(xué)生認(rèn)知水平的任務(wù)，以任務(wù)為驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行科學(xué)探究，在科學(xué)探究中培養(yǎng)科學(xué)思維，形成物理觀念，提升核心素養(yǎng)。本文以“歐姆定律”復(fù)習(xí)教學(xué)為例，探索任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)的實(shí)施方略。

1 依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)確定任務(wù)

“歐姆定律”單元隸屬于一級主題“能量”、二級主題“電磁能”下的知識內(nèi)容，屬于“電磁能”單元概念進(jìn)階的第二層級“電路工作遵循相關(guān)規(guī)律”，是在第一層級“電路的結(jié)構(gòu)和連接方式”基礎(chǔ)上的遞進(jìn)，也是為進(jìn)階到第三層級“從能量角度認(rèn)識電源和用電器”打基礎(chǔ)。課程標(biāo)準(zhǔn)對本單元的要求是：知道電壓、電流和電阻；通過實(shí)驗(yàn)，探究電流與電壓、電阻的關(guān)系；理解歐姆定律。

本節(jié)課以“設(shè)計(jì)和制作熱敏電阻溫度計(jì)”作為任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生依次經(jīng)歷以下環(huán)節(jié)：再探歐姆定律、用伏安法測電阻、用特殊方法測電阻、利用DIS研究熱敏電阻特性、設(shè)計(jì)和制作熱敏電阻溫度計(jì)，在實(shí)驗(yàn)探究中將復(fù)習(xí)教學(xué)逐步引向深入，注意對實(shí)驗(yàn)的充分挖掘，精心設(shè)計(jì)問題鏈，通過實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，促進(jìn)他們形成物理觀念，在問題解決的過程中實(shí)現(xiàn)知識和能力的進(jìn)階，其教學(xué)流程如圖1所示。

圖1

2 任務(wù)驅(qū)動，引領(lǐng)教學(xué)

2.1 創(chuàng)設(shè)情境

防控新冠疫情期間，我們每天需要測體溫，學(xué)生對于溫度計(jì)很熟悉，其中蘊(yùn)含很多物理知識，本節(jié)課的任務(wù)是：設(shè)計(jì)和制作熱敏電阻溫度計(jì)，這個任務(wù)把生活中的實(shí)際問題與物理教學(xué)銜接起來。利用熱敏電阻設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生探究電流與電壓、電阻的關(guān)系，用Excel作圖分析，以圖像和問題為經(jīng)緯，促進(jìn)學(xué)生理解物理規(guī)律，提高能力。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置問題，隨著問題的展開，幫助學(xué)生歸納故障分析的一般方法，提高解決實(shí)際問題的能力。將探究的問題逐步引向深入，充分挖掘?qū)嶒?yàn)功能，創(chuàng)設(shè)測量大電阻的真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用單表法測量大電阻，加深對歐姆定律的理解，拓寬歐姆定律的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(DIS)研究熱敏電阻的溫度與電阻的關(guān)系，設(shè)置問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)熱敏電阻的測量電路圖，并對電壓表進(jìn)行改裝，體驗(yàn)制作熱敏電阻溫度計(jì)的過程。最后，將熱敏電阻換成壓敏電阻、光敏電阻等，設(shè)計(jì)新的測量工具，讓學(xué)生形成模塊化思想，提升學(xué)生思維品質(zhì)。

2.2 任務(wù)與問題設(shè)置

任務(wù)一：再探通電導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系

熱敏電阻溫度計(jì)的核心部件是一個神秘元件，將該元件與燈串聯(lián)在電路中，閉合電源開關(guān)，燈泡不亮，用酒精燈加熱元件，燈泡發(fā)光。

問題1：以上現(xiàn)象說明該元件電阻值的變化主要受哪個因素的影響？

問題2：電阻的影響因素除了溫度還有哪些？

問題3：若想要探究電流與電壓的關(guān)系，電路該如何設(shè)計(jì)？滑動變阻器的作用是什么？

圖2

圖4

問題1：分析測量10 Ω小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，你能得出什么結(jié)論？

問題2：定值電阻的I-U圖線有什么特點(diǎn)？

問題3：僅通過10 Ω小組的數(shù)據(jù)得出結(jié)論，你認(rèn)為合理嗎？若不合理應(yīng)該怎么做？

問題4：4條I-U圖線有什么特點(diǎn)？為什么每組得到的I-U圖線的傾斜程度不同？為什么有些點(diǎn)不在直線上？

問題5：通過以上數(shù)據(jù)，你認(rèn)為I與R有什么關(guān)系？你的依據(jù)是什么？

問題6：I-R圖像有什么特點(diǎn)？

任務(wù)二：運(yùn)用伏安法測量電阻

熱敏電阻溫度計(jì)的制作原理就是利用歐姆定律，將電表改裝成溫度表。因此，還需要知道熱敏電阻阻值隨溫度變化的特點(diǎn)，這就需要將不同溫度下熱敏電阻的阻值測量出來。

問題1：測量電阻阻值的原理是什么？

教師準(zhǔn)備常溫下阻值為200 Ω左右的熱敏電阻，閉合開關(guān)，電壓表和電流表示數(shù)如圖5所示。

問題2：電壓表示數(shù)是多少？電流表示數(shù)是多少？

圖5

學(xué)生讀出0 A時，教師不要急于否定，可以借此機(jī)會培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。

問題3：你能否讀出電流表的示數(shù)？為什么無法讀出？

設(shè)計(jì)意圖：回到課前遇到的問題，需要知道熱敏電阻的溫度與阻值關(guān)系，需要測量其在不同溫度下的阻值，學(xué)生設(shè)計(jì)了運(yùn)用伏安法測電阻的電路。連接好電路以后，進(jìn)行測量，由于常溫下熱敏電阻阻值太大，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)且較大，電流表的示數(shù)小于最小分度值，利用電流表指針發(fā)生微小偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，展示真實(shí)問題。測量值小于分度值時，讀數(shù)無效，在真實(shí)情境中提升學(xué)生思維品質(zhì)。

任務(wù)三：運(yùn)用特殊方法測電阻

基于“電流表示數(shù)較小無法測量”的實(shí)際問題，鼓勵學(xué)生設(shè)計(jì)出多種測量方案，如用“單表法測大電阻”，引導(dǎo)學(xué)生靈活應(yīng)用歐姆定律。開放性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)有助于發(fā)展學(xué)生思維，還能充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。

為了拓寬學(xué)生視野，提升學(xué)生的信息技術(shù)素養(yǎng)，可以在教學(xué)中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(DIS)。[1]將信息技術(shù)引入課堂，讓學(xué)生體會科技進(jìn)步帶來的便捷。將溫度傳感器的探頭與熱敏電阻相接觸，電壓、電流、溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集器被傳輸?shù)诫娔X中(圖6)。教師在DIS中預(yù)先設(shè)置好與歐姆定律對應(yīng)的公式，可快速在DIS中計(jì)算出在不同溫度下的熱敏電阻阻值，以溫度為橫坐標(biāo)、以電阻值為縱坐標(biāo)，可以快速作出熱敏電阻的電阻-溫度圖像(圖7)。

圖7

任務(wù)四：設(shè)計(jì)和制作熱敏電阻溫度計(jì)

為節(jié)省時間，教師可以提前制作好半成品熱敏電阻溫度計(jì)(圖8)。

圖8

已知該熱敏電阻溫度計(jì)所用電源電壓U總=4.5 V、定值電阻阻值R0=100 Ω，為學(xué)生提供熱敏電阻的溫度—阻值關(guān)系表，設(shè)置如下的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)電路、用熱敏電阻溫度計(jì)測量同學(xué)體溫等過程，直接測得R0兩端的電壓，算出對應(yīng)的熱敏電阻RT值，再從表中找出對應(yīng)的溫度，根據(jù)以上思路完成從電壓表刻度到溫度表刻度的轉(zhuǎn)換。

問題1：U總=4.5 V，利用常溫下為200 Ω的熱敏電阻RT制作溫度計(jì)，應(yīng)該選擇電流表還是電壓表進(jìn)行溫度表的改裝？

問題2：定值電阻R0與RT是串聯(lián)還是并聯(lián)？

通過以上問題的討論，學(xué)生設(shè)計(jì)了熱敏電阻溫度計(jì)的電路(圖9)。

圖9

問題3：用該熱敏電阻溫度計(jì)測量同學(xué)腋下體溫，電壓表示數(shù)U0為多少？

問題4：根據(jù)歐姆定律及串聯(lián)分壓知識，與U0相應(yīng)的RT為多少？再從熱敏電阻的溫度-電阻關(guān)系表查得此RT值所對應(yīng)的溫度。

問題5：結(jié)合RT的溫度-電阻關(guān)系表思考，當(dāng)U0=3 V時，RT為多少？對應(yīng)的溫度為多少？即在電壓表盤3 V刻度處應(yīng)標(biāo)注多少攝氏度？

問題6：該溫度表的0 ℃刻度應(yīng)該怎樣標(biāo)注？

問題7：如何增大該溫度計(jì)的量程和分度值？

問題8：現(xiàn)在我們可以制作熱敏電阻溫度計(jì)，如果有力敏電阻、光敏電阻等，你能否制作測力計(jì)、光強(qiáng)儀等儀器？

設(shè)計(jì)意圖：在問題解決的過程中基于知識和經(jīng)驗(yàn)分析與思考問題，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。通過精心設(shè)置的問題鏈，逐步引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)模型的建構(gòu)，并且最終服務(wù)于生活和生產(chǎn)，通過對熱敏電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，為今后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，提高了學(xué)生的動手實(shí)驗(yàn)、理論分析的能力，提升了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

3 深度反思，促進(jìn)發(fā)展

3.1 基于教材和學(xué)情分析

教學(xué)應(yīng)基于對教材和學(xué)情的詳細(xì)分析，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，提出相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路，從發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)出發(fā)，將教學(xué)內(nèi)容作為培育學(xué)生核心素養(yǎng)的載體，設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知水平的教學(xué)環(huán)節(jié)，重視課程的育人價(jià)值。

3.2 教學(xué)與生活、創(chuàng)新相結(jié)合

義務(wù)教育階段物理課程應(yīng)當(dāng)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的生長點(diǎn)，在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)以貼近學(xué)生生活的具體事例為引導(dǎo)進(jìn)行理性思考。筆者以學(xué)生熟悉的溫度計(jì)為任務(wù)驅(qū)動，精心設(shè)計(jì)問題鏈，開發(fā)教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，重溫歐姆定律。物理教學(xué)應(yīng)體現(xiàn)時代性，加強(qiáng)與社會發(fā)展、科技進(jìn)步的聯(lián)系。在本實(shí)驗(yàn)中利用DIS雖然不能直接顯示阻值，但教師可以在“公式”一欄設(shè)置公式，從而得到想要的數(shù)據(jù)，再利用其作圖功能，即可快速得到物理圖像。因此，教師要注重自身的發(fā)展，以教材實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)代教育技術(shù)開展物理教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣。