“描繪小燈泡伏安特性曲線”實驗活動的探究式教學設計

陳強燕

摘 要：以“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗教學設計為例，通過創(chuàng)設富于探究性和生活化的實驗情境，開展了活動探究式教學，讓學生親歷知識的建構過程，自然生成物理規(guī)律，從而不斷提升學生的自主探究能力和發(fā)散性思維能力。

關鍵詞：小組合作；探究；教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2019）1-0028-3

1 設計思想

活動探究式教學的本質就是在課堂教學活動中，在教師的科學引導下，學生自主參與、自主探究，充分發(fā)揮學生的主體作用，在活動中對觀察到的現象進行歸納、整理和分析，親歷概念、規(guī)律的建構過程，自然生成概念、規(guī)律，使學生的自主學習能力和發(fā)散性思維能力得到提升。筆者以“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗探究式教學設計為例，分析通過“活動探究式”的教學策略，包含創(chuàng)設問題情境、學生小組合作實驗探究、學生交流展示、教師引導點撥、實驗規(guī)律自然建構、應用拓展，降低實驗探究的難度，培養(yǎng)學生的自主探究能力和發(fā)散性思維能力。

2 教材分析

該實驗是高中階段重要的電學實驗之一，實驗便于改編，電路稍加變化，就可變形為一個新的實驗，如電阻的測量。通過該實驗的探究，引導學生選擇電學實驗儀器，合理設計電路；通過描繪伏安特性曲線，學會分析圖像。同時也為以后做電學實驗，特別是設計性的實驗埋下伏筆。

3 學情分析

1.從知識層面上：學生已學習了歐姆定律，知道伏安特性曲線，掌握了用伏安法測電阻的方法，知道電流表內外接法的選擇和滑動變阻器限流式接法，對分壓式接法的理解有一定困難。

2.從能力層面上：學生具有一定的實驗技能及操作經驗，教師能指導學生根據電路圖進行較復雜的實物連接。

4 教學目的

1.知識與技能：知道電學實驗設計包括儀器的選擇、測量電路的選擇、電源的選擇以及量程的選擇；認識分壓式電路的連接方法和特點，會畫電路圖、連接實物圖；會描繪伏安特性曲線并能分析其規(guī)律。

2.過程與方法：通過問題，引發(fā)學生思考，從而培養(yǎng)學生的思維能力；通過實驗，培養(yǎng)學生的實驗探究能力、處理實驗數據的能力；通過小組合作，培養(yǎng)團結協(xié)作能力、語言表達能力。

3.情感、態(tài)度與價值觀：通過實驗探究得出規(guī)律，培養(yǎng)學生尊重科學、尊重事實、從事實中得到規(guī)律的精神；培養(yǎng)學生的團隊合作能力。

5 教學重點

根據問題設計實驗方案；理解滑動變阻器分壓式接法的特點；小燈泡伏安特性曲線的描繪及曲線變化規(guī)律的分析。

6 教學難點

理解滑動變阻器的分壓式接法。

7 教學方法

小組合作學習。

8 活動過程

活動一：演示實驗，激發(fā)學生的探索熱情，引入新課。

教師演示：取一段長約2 cm、額定電壓為220 V、額定功率為100 W的燈絲。把燈絲與兩節(jié)干電池以及額定電壓為3.8 V的小燈泡串聯(lián)起來，如圖1所示，閉合電鍵，燈泡發(fā)光并且較亮?，F給燈絲加熱，學生觀察小燈泡的亮度變化情況，小燈泡會變暗，以此激發(fā)學生的探索熱情。教師順勢引入新課，探究小燈泡的伏安特性曲線。

活動一的教學設計：簡單直觀地通過演示實驗引入課題，能有效地激發(fā)學生的參與度，產生探究小燈泡伏安特性曲線的興趣。

活動二：猜想一下小燈泡的伏安特性曲線是什么線，根據所給的器材設計一個方案，驗證你的猜想，歸納、總結實驗結論。

學生猜想：該小燈泡的伏安特性曲線可能是什么線呢？

學生：可能是直線或曲線。

小組合作討論：請根據所給的器材設計實驗方案，描繪出小燈泡的伏安特性曲線，驗證猜想。

實驗器材：小燈泡（3.8 V，0.3 A），電壓表（0～3 V～15 V），電流表（0～0.6 A～3 A），滑動變阻器（20 Ω），學生低壓直流電源，電鍵，導線若干。

學生分組實驗：（1）根據電路圖連接實物電路；（2）移動滑動變阻器，測量小燈泡在不同電壓下的電流，并將U、I值記錄在表格內；（3）在坐標紙上描點，畫出伏安特性曲線；（4）拆除電路，整理儀器。根據實驗步驟，小組合作進行實驗探究。

小組合作討論，比較兩種接法的伏安特性曲線的異同以及分壓式接法的優(yōu)點。

學生：可以從零開始調節(jié)燈泡兩端的電壓，測電壓的范圍大。

教師示范：精選一組數據進行描點，如圖6所示。

小組合作交流，圖線的彎曲說明什么？歸納、總結實驗結論。

學生：圖線的彎曲說明U增大，I增大，溫度升高，R變大。

結論：實驗表明，小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大，故小燈泡的伏安特性曲線（I-U圖）應為斜率變小的曲線。

小組合作交流，為什么前面演示實驗中小燈泡會變暗？

學生：燈絲遇熱，溫度升高，電阻變大，電流變小，燈泡變暗。

活動二教學設計：學生經歷猜想、自主設計方案、進行實驗探究、收集實驗數據、描繪伏安特性曲線的探究過程，更容易理解本實驗用分壓式更好。教師精選一組數據進行描點展示，指導學生規(guī)范作圖，描點畫曲線時不要機械地以點連接畫成折線，而應當畫成平滑的曲線，舍棄誤差較大的點。小組討論圖線的彎曲說明什么？分壓式連實物圖易錯，教學過程中通過多媒體演示，并提醒注意事項。

活動三：實驗的改進及拓展。改進實驗：（1）用電壓傳感器和電流傳感器代替指針式電表，如圖7所示。

（2）將電壓、電流數據導入Excel表格，利用Excel圖表功能作出I-U圖，如圖8所示；滑動變阻器可以用兩個電阻箱替代，通過實驗發(fā)現示數更穩(wěn)定，讓學生更好地理解分壓式接法。

活動三教學設計：及時有效地把信息技術應用到物理實驗中，拓展學生的視野?；瑒幼冏杵鞅粌蓚€電阻箱替代，通過實驗發(fā)現讀數更穩(wěn)定，讓學生能更好地理解分壓式接法。

參考文獻：

[1]胡東芳，孫軍業(yè).困惑及其超越——解讀創(chuàng)新教育[M].福州：福建教育出版社，2001.

[2]劉德華.觸動課堂教學的靈魂——物理活動教學設計的幾個原則[J].物理教學探討，2013，31（9）：12-13.

[3]邱紅.初中物理探究式教學中有效理答的幾點措施[J].物理教學探討，2015，33（12）：21-23.

[4]劉德華.楞次定律活動探究式教學設計[J].物理教學探討，2016，34（2）：4-7.

（欄目編輯 鄧 磊）