變式教學在實驗復習中的應用

胡冰琳

摘 要：針對目前高三實驗復習課低效的原因，提出在實驗復習中進行試題的變式訓練。變式訓練是指對問題進行條件變換，讓學生能從多情景、多層次、多角度認清問題本質的一種教學模式。通過變式訓練，開拓學生視野，激發(fā)學生思維，提高學生分析問題和解決問題的能力。

關鍵詞：高中物理；變式訓練；實驗復習

實驗作為必考的題型在高考中有特別重要的地位，高考物理的實驗試題對學生的能力要求較高，試題變化多樣，學生在實驗試題的解答中往往感到困難，因此搞好實驗復習顯得尤為重要。

目前高三實驗復習課低效的原因有以下幾點：一是學生的實驗操作能力比較差，缺乏操作體驗，受到思維定勢的影響，遇到實驗題不是理性分析而是生搬硬套；二是教師通常比較注重基本實驗技能的訓練，缺少橫向的變式和遷移，沒有培養(yǎng)學生解決實驗問題的基本能力，造成學生在遇到新問題時感到束手無策，找不到切入點，打不開思路；三是對實驗的教學缺乏重視和研究，片面追求做題的數(shù)量，而忽略了試題歸類及方法的提煉。

實驗復習課的有效策略是要完成兩個轉變：試題的選擇由題海向精選轉變；試題的講授由就題論題向借題發(fā)揮轉變。實現(xiàn)的有效途徑就是進行試題的變式訓練。變式訓練是指對問題進行條件變換，讓學生能從多情景、多層次、多角度認清問題本質的一種教學模式。通過變式訓練，開拓學生視野，激發(fā)學生思維，提高學生分析問題和解決問題的能力。

通觀近幾年各地的高考物理試卷，可以發(fā)現(xiàn)涉及考查測電源電動勢和內阻的試題很多，試題靈活多變，學生做題時感到茫然。究其原因就是沒有掌握伏安法測電源電動勢和內阻的基本原理。測量電源電動勢和內阻的各個題型都是從伏安法的基礎上演變而來的，這是解決問題的核心。下面以測電源電動勢和內阻這個實驗為例來說明變式訓練在實驗復習中的有效應用。

例 （2014北京卷）利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內阻。要求盡量減小實驗誤差。

（1）應該選擇的實驗電路是圖1中的 （選填“甲”或“乙”）。

（2）現(xiàn)有電流表（0～0.6 A） 、開關和導線若干，以及以下器材：

A. 電壓表（0～15 V）

B. 電壓表（0～3 V）

C. 滑動變阻器（0～50 Ω）

D. 滑動變阻器（0～500 Ω）

實驗中電壓表應選用 ；滑動變阻器應選用 。（選填相應器材前的字母）

（3） 某位同學記錄的6組數(shù)據(jù)如表1所示，其中5組數(shù)據(jù)的對應點已經標在圖2的坐標紙上，請標出余下一組數(shù)據(jù)的對應點，并畫出圖線。

表1

（4）根據(jù)圖2中所畫圖線可得出干電池的電動勢E= V，內電阻r= Ω。

解析 本題由于0～15 V 電壓表量程太大和0～500 Ω滑動變阻器阻值太大不可選用，這一點學生極易判斷，因此電壓表選B，滑動變阻器選C。電壓表和電流表內阻的影響會造成實驗誤差，由于電源內阻較小，所以乙電路中電流表分壓影響較大，因此選擇甲電路。根據(jù)測畫的圖線，電源的電動勢等于縱軸的截距，內阻為斜率的絕對值。可求出電動勢1.50V（1.49～1.50），內阻0.83Ω（0.81～0.85）。

變式1 某學習小組在用伏安法測定一節(jié)干電池的電動勢和內阻的實驗中，實驗室備有下列器材：

A.待測干電池（電動勢約為1.5V，內阻約為1.0Ω）

B.電流表A（量程0—0.6A，內阻約為0.5Ω）

C.電壓表V（量程0—0.6V，內阻為RV=2000Ω）

D.滑動變阻器R（0—20Ω）

E.定值電阻R0

F.開關和導線若干

（1）若要較精確地測出電源的電動勢和內阻，需擴大電壓表量程，實驗室中有以下四種阻值的定值電阻供選擇，則定值電阻R應選?。?/p>

A.2000Ω B.4000Ω C.6000Ω D.8000Ω

（2）請畫出該實驗電路原理圖。

（3）該小組同學根據(jù)實驗電路，測出七組實驗數(shù)據(jù)，并利用測出的數(shù)據(jù)直接繪出了U—I圖線（I為電流表A的示數(shù)，U為電壓表V的示數(shù)），如圖3所示，若把電流表和改裝后的電壓表當成理想電表，則依圖線可得被測電池的電動勢E= V，內阻r= Ω。

解析（1）由于電壓表量程V太小，直接按圖1甲連接會使電壓表很快超過量程而燒掉，本題的變式變在0.6V量程的電壓表太小時，可以和提供的定值電阻串聯(lián)擴大為量程更大的電壓表。由于電動勢約為1.5V，只要改裝為1.8V的電壓表就能滿足要求。所以選B。A選項電阻太小，C、D選項電阻太大。（2）設計電路如圖4。

（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=■+Ir，可得U=■-■，由圖3可得■=0.5，可求E=1.5V，由圖3可計算斜率為0.36，通過■=0.36，求得r=1.08Ω。

變式2 在測定一節(jié)干電池的電動勢和內電阻的實驗中，備有下列器材：

A.待測的干電池（電動勢約為1.5V，內電阻1.0Ω左右）

B.電流表A1（量程0—3m A，最小刻度0.1mA，內阻為10Ω）

C.電流表A2（量程0—0.6A，最小刻度0.02A，內阻未知）

D.滑動變阻器R1（0—20Ω，5A）

E.滑動變阻器R2（0—200Ω，l A）

F.定值電阻R0（990Ω）

G.開關和導線若干

（1）請畫出該實驗電路原理圖。

（2）在該電路中，為了操作方便且能準確地進行測量，滑動變阻器應選 （填寫器材前的字母代號）。

（3）圖5為該同學根據(jù)設計的合理實驗電路，移動滑動變阻器，電流表A1和電流表A2分別測得多組I1和I2，并畫出I1-I2圖線，則由圖線可得被測電池的電動勢E= V（取三位有效數(shù)），內阻r= Ω（取二位有效數(shù)）。

解析：（1）將內阻已知的電流表A1與定值電阻R0串聯(lián)后可改裝成量程為3V，內阻為1kΩ的電壓表，本題的變式變在沒有電壓表時，把電流表串上電阻改裝成電壓表。設計電路如圖6。

（2）電流表A2的最大量程為0.6A，當電路中的總電阻為5Ω左右時，電流表讀數(shù)較準確，滑動變阻器采用分流接法，應選取D。

（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律，I1（RA1+R0）=E-I2 r（I2>>I1），即I1=■-■I2，結合圖象的縱坐標截距和斜率可得，■=1.48mA，■=8.5×10-4，可得E=1.48（±0.02）V，

r=0.85（±0.03）Ω。

綜上所述的2個變式測電源電動勢和內阻的方法，都是從伏安法演變來的，只是對題中給出的具體條件而采用不同的設計電路。

高考對實驗能力的考查主要是通過學過的實驗原理、實驗方法在新情景下的應用，來考查學生對知識遷移的能力。從題目設計來看，大多數(shù)以課本實驗為背景，通過改變實驗條件，實驗儀器或增加條件限制，不脫離教材而又不拘泥于教材，體現(xiàn)設計性，開放性、探究性等特點，但無論試題的設問角度如何，只要在復習的過程中，抓住問題的本質，掌握解決問題的方法，才能真正做到以不變應萬變。