關于《游標卡尺的測量原理和讀數(shù)方法》教學設計的探討

（秦皇島市第一中學 河北秦皇島 066006）

游標卡尺是《物理選修3-1》附錄中的內(nèi)容?！墩n程標準》要求學生能夠正確使用高中物理實驗的基本儀器，包括了解使用要求，辨明儀器的測量范圍和最小分度值，正確操作，正確讀數(shù)等。游標卡尺的測量原理在水銀氣壓計、電流表及雙縫干涉實驗中都有拓展應用，在歷年高考中反復考查。因此，在高中實驗教學中，教師十分重視游標卡尺的教學。但是由于日常教學中存在重讀數(shù)輕原理的現(xiàn)象，學生不能精準理解其測量原理，以致不能熟練掌握游標卡尺的讀數(shù)方法，在考試中頻頻失分。因此，在日常教學中教師應該重視對其測量原理的教學研究。

在下面的教學設計中筆者采用了探究式教學法，通過層層深入的任務設置，降低學習難度，使學生逐漸發(fā)現(xiàn)規(guī)律、找到測量長度的新方法，進而掌握游標卡尺的測量原理和讀數(shù)方法。小組合作探究式學習，為每一位學生的思考、探索、發(fā)現(xiàn)提供開放的空間，調(diào)動學生學習的積極性，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

我們給學生提供兩組器材：邊長比為10：9的兩種正方形卡片，大卡片20張，小卡片10張；最小分度值之比為10：9的兩把刻度尺；游標卡尺。

本節(jié)課共設計四項實驗。

實驗一：合作探究——利用正方形卡片的邊長差找到精度為0.1mm的測量方法。

為了降低難度將該實驗分解成三個任務：

任務1：用卡片確定0.4mm的長度。大卡片邊長代表1mm，小卡片邊長代表0.9mm，其邊長差為0.1mm。

圖1

學生根據(jù)生活經(jīng)驗很容易得出四大與四小緊密排列總長度之差為0.4mm(如圖1)，即0.4mm=0.1mm×4。

任務2：用卡片確定3.4 mm的長度。

圖2

按照任務1的思路需要34張大卡片和34張小卡片，但我們只提供了20張大卡片和10張小卡片，因此需要調(diào)整思路。學生稍加嘗試便能想到在0.4mm的基礎上再加上3個大卡片即可(如圖2)，于是得到結(jié)論2：3.4mm=3mm+0.1mm×4。

任務3：用兩把尺確定兩個零刻線之間的距離為3.4mm和1.2mm。

任務3從卡片游戲過渡到測量工具，難度再一次加大。由于卡片是分散的，學生可以根據(jù)需要靈活選取并調(diào)整卡片的數(shù)目，但是刻度尺相當于連在一起的卡片，選用尺上的哪一部分刻度是第一個難點，從兩卡片的邊緣對齊到尺的兩條刻度線對齊是第二個難點。因此，該任務設置了兩個待測長度：3.4mm和1.2mm。對比任務2，學生經(jīng)過嘗試不難發(fā)現(xiàn)3.4mm的測量方法與任務2相似，用主尺的三個格代替3張大卡片，剩下的0.4mm應為主尺與游標尺連續(xù)四個格的長度之差(如圖3)。同時引導學生思考并找到用刻度線對齊代替卡片邊緣對齊的方法。有了3.4mm的經(jīng)驗，學生比較容易確定1.2mm的長度并得到結(jié)論3：測量值＝主尺整毫米刻度+主尺與游標尺最小分度值之差×與主尺對齊的游標尺的刻度值N。

實驗二：十分度游標卡尺的讀數(shù)和使用

圖3

任務1：閱讀教材認識游標卡尺的結(jié)構(gòu)。

任務2：找出游標卡尺與實驗一中兩把尺的共同點，根據(jù)結(jié)論3總結(jié)游標卡尺的讀數(shù)方法。

游標卡尺的主要結(jié)構(gòu)即兩把尺，尺身上標有其測量精度即兩把尺的最小分度值之差。學生通過對比不難發(fā)現(xiàn)，把結(jié)論3中“主尺與游標尺最小分度值之差”替換為“精度”即得到游標卡尺的讀數(shù)方法：讀數(shù)=主尺整毫米刻度+精度×與主尺對齊的游標尺的刻度值N 。

實驗三：拓展應用——討論二十分度和五十分度的游標卡尺的測量原理和讀數(shù)方法

實驗四：用硬紙板自制一把10分度的游標卡尺。

教學反思：本節(jié)課通過卡片游戲展開探究式教學，學生在完成任務的過程中逐漸發(fā)現(xiàn)規(guī)律并找到測量長度的新方法，有效降低了學習難度。利用從卡片到尺的過渡，幫助學生實現(xiàn)了從具體到抽象、從經(jīng)驗到規(guī)律的升華，培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題的能力和抽象概括能力。