既在意料之外又在情理之中

摘要：“探究電流與電壓、電阻的關(guān)系”是《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中列舉的20個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)之一，也一直是各類測(cè)試的熱點(diǎn).教師在教學(xué)過程中如何指導(dǎo)學(xué)生探究，試題命制的考察點(diǎn)究竟在哪里，值得每一位一線教師去深入思考和實(shí)踐.

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究;定量計(jì)算;操作規(guī)范

作者簡(jiǎn)介：何亞軍（1982-），男，江蘇泰州人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)及評(píng)價(jià).1 問題來源

義務(wù)教育《物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版） 》對(duì)“歐姆定律”知識(shí)的相關(guān)要求見表1：

課標(biāo)要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)理解歐姆定律，屬于較高層次的認(rèn)知水平.“探究電流與電壓、電阻的關(guān)系”也是《課程標(biāo)準(zhǔn)》中列舉的20個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)之一[1].依據(jù)課標(biāo)，對(duì)標(biāo)教學(xué)，必須借助實(shí)驗(yàn)探究幫助學(xué)生建立相關(guān)概念，得出公式;能夠運(yùn)用公式進(jìn)行定量計(jì)算;形成物理觀念并用之解決實(shí)際問題.“探究電流與電壓、電阻的關(guān)系”是學(xué)生建立概念形成物理觀念的實(shí)驗(yàn)載體，也是各類測(cè)試中考查學(xué)生思維品質(zhì)和實(shí)驗(yàn)操作能力的思維載體，對(duì)該實(shí)驗(yàn)的考查往往具有區(qū)分度較大，綜合性較強(qiáng)的特點(diǎn).

筆者在命制我區(qū)2019年初三物理二模試卷時(shí)，在填空題最后一題設(shè)置了一道“探究電壓一定時(shí)，電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)探究題.初步設(shè)想，考查學(xué)生的綜合分析能力、數(shù)據(jù)處理能力及實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性，得分率控制在40%左右.

2原題呈現(xiàn)

在探究“通過導(dǎo)體中的電流與電阻之間的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中.實(shí)驗(yàn)器材：電源（4.5V）、電流表（0-0.6A）、 電壓表（0-3V）、三個(gè)定值電阻（R1=5Ω、R2=10Ω、R3=20Ω、），滑動(dòng)變阻器R′（30Ω 1A）.如圖1所示，當(dāng)在a、b兩點(diǎn)間接入定值電阻R1，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P，使電壓表示數(shù)為2.5V，讀出電流表的示數(shù).斷開開關(guān)，將R1換成R2后，再次閉合開關(guān)，觀察到的現(xiàn)象是? ▲ ，接下來的操作是 ▲ .

3試題解析

本題考查點(diǎn)：（1）分析動(dòng)態(tài)電路，利用公式進(jìn)行定量計(jì)算;（2）實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性.

筆者給出的參考答案是“觀察到的現(xiàn)象：電壓表的示數(shù)超過量程;接下來的操作是：立即斷開開關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)至阻值最大處，閉合開關(guān)，慢慢改變變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為2.5V.”

本題需要學(xué)生依據(jù)定值電阻的阻值變化，進(jìn)行定量分析.當(dāng)R1=5Ω時(shí)，要使U1=2.5V，依據(jù)分壓原理，此時(shí)R′=4Ω;依據(jù)題意，將R1換成R2，在不改變R′阻值的前提下閉合開關(guān)，此時(shí)定值電阻兩端的電壓U2=3.21V，超出了電壓表的量程.為何會(huì)出現(xiàn)電壓表示數(shù)超量程的情況？究其原因，實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范.該實(shí)驗(yàn)中，每次更換定值電阻前，需將開關(guān)斷開，滑動(dòng)變阻器滑片移到阻值最大處;定值電阻更換完畢，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使定值電阻兩端電壓保持設(shè)定值不變.

4批閱結(jié)果

批閱結(jié)果大大出乎意料，得分率不到10%.學(xué)生的答案主要如下：“觀察到的現(xiàn)象：電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小;進(jìn)行的操作：向右移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)保持2.5V不變.”這顯然不符合電路連接的基本規(guī)范.

5原因分析

分析學(xué)生的答案，其本質(zhì)原因是：（1）忽略了定量計(jì)算，停留在表象觀察，缺乏物理思維;（2）缺乏規(guī)范操作的意識(shí).

原因何在？相當(dāng)多的教師在進(jìn)行第一課時(shí)“歐姆定律”的教學(xué)時(shí)忽略了學(xué)生的主體參與，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，為了使實(shí)驗(yàn)“順利完成”，直接規(guī)約了定值電阻R1兩端電壓為教師依據(jù)自身已有知識(shí)計(jì)算出的某一特定值（如3V），這樣學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)依據(jù)教師給定的電壓值進(jìn)行實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)過程中，只需連續(xù)改變滑動(dòng)變阻器的阻值，即可完成實(shí)驗(yàn).并不會(huì)出現(xiàn)上題中出現(xiàn)的更換R1后電壓表的示數(shù)超出量程的現(xiàn)象.某些教師還會(huì)關(guān)照學(xué)生“留意當(dāng)定值電阻的阻值變大時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值應(yīng)如何變化才能使定值電阻兩端的電壓保持不變，將你的操作記錄下來”.

在進(jìn)行下節(jié)新課“歐姆定律的應(yīng)用”授課時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)分析.上述實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器阻值變化時(shí)，依據(jù)分壓原理，當(dāng)R1阻值增大時(shí)，R1兩端電壓減小，為了控制R1兩端電壓不變，需要使滑動(dòng)變阻器的阻值增大;當(dāng)R1阻值減小時(shí)，R1兩端電壓減小，為了控制R1兩端電壓不變，需要使滑動(dòng)變阻器的阻值減小.與學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)的操作一致.由此總結(jié)出口訣“定值電阻與滑動(dòng)變阻器的阻值同大、同小”，并讓學(xué)生熟記.學(xué)生在遇到后續(xù)的練習(xí)和單元檢測(cè)時(shí)，無須分析，只需運(yùn)用口訣，輕松得分，皆大歡喜.

殊不知，如此做法對(duì)學(xué)生思維品質(zhì)的提升危害甚大.學(xué)生并沒有真正參與到實(shí)驗(yàn)探究過程中，只是簡(jiǎn)單地重復(fù)了教師規(guī)定的實(shí)驗(yàn)步驟，缺乏理性思考，也忽略了對(duì)學(xué)生操作規(guī)范性的指導(dǎo)，是一種偽探究，將理性的物理分析變成了簡(jiǎn)單的口訣記憶.

6同類問題

筆者查閱多地模擬試卷也有類似考查.如某地的中考模擬試卷對(duì)該實(shí)驗(yàn)的考查節(jié)選如下：如圖2甲是小明同學(xué)探究“一段電路中的電流跟電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)電路圖.（電源三節(jié)新干電池）

（1）根據(jù)圖2甲，用鉛筆連線將乙圖的實(shí)物圖連接完整.

（2）連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)斷開，如圖2乙所示，閉合開關(guān)前應(yīng)將的滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)調(diào)到在最右端.圖2丙電流表的示數(shù)為 ▲ A.

（3）在研究電流與電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，曉雯先將5Ω和10Ω的定值電阻分別接在A.B兩點(diǎn)之間，閉合開關(guān)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片得到兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下表;然后她又將A.B兩點(diǎn)的電阻更換為15Ω，閉合開關(guān)，如圖乙，此時(shí)應(yīng)向 ▲ （選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)滑片，直到電壓表的示數(shù)等于3V，并把數(shù)據(jù)記入表2.

（4）根據(jù)表2中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出電流跟電阻的關(guān)系為： ▲ .

（5）在本實(shí)驗(yàn)中選取的滑動(dòng)變阻器的最大阻值應(yīng)該不小于 ▲ Ω.

本題第（3）問即是考查“電壓一定時(shí)，電流與電阻的關(guān)系”，要求學(xué)生回答如何保證定值電阻兩端電壓不變.某學(xué)科網(wǎng)站給出的解答是：“根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知，將定值電阻改接成15Ω的電阻，電阻增大，其分得的電壓增大;探究電流與電阻的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制電壓不變，應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可知應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器分得的電壓，由分壓原理，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻，所以滑片應(yīng)向右端移動(dòng)，直到電壓表的示數(shù)等于3V.”顯然，網(wǎng)站給出的解答是不完整的，也缺乏了定量計(jì)算和規(guī)范操作的意識(shí).

可以看出，大多數(shù)教師在對(duì)該問題的理解上也是存在誤區(qū)的，甚至在批卷過程中有教師提出這樣的疑問“這題情景設(shè)計(jì)有問題，閉合開關(guān)前沒把變阻器調(diào)到最大阻值處，閉合開關(guān)，等電壓表燒掉了再去移變阻器滑片，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣養(yǎng)成有負(fù)作用.”如果教師在學(xué)生進(jìn)行初次探究時(shí)在重視對(duì)學(xué)生操作的規(guī)范性指導(dǎo)的前提下，充分放手，不是設(shè)置特定電壓，而是讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行探究.學(xué)生在初次實(shí)驗(yàn)時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)電表示數(shù)超量程的問題，此時(shí)教師若能及時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行分析，應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)上述問題.如此看來，學(xué)生的作答似乎又在情理之中.

7教學(xué)建議

目前的物理教學(xué)中普遍存在著“實(shí)驗(yàn)基本靠想，結(jié)論基本靠背”的做法.教師自身對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的重要性存在認(rèn)知差別，不但不重視學(xué)生的科學(xué)探究體驗(yàn)，更不重視自身實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的提升.2017版《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)科學(xué)探究提出了更為明確的定義——“科學(xué)探究”是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對(duì)科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力[2].從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律看，掌握物理知識(shí)必須經(jīng)歷：觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、分析論證、得出結(jié)論、綜合運(yùn)用.讓學(xué)生真正經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程，在探究過程中學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)提高分析問題及解決問題的能力，這樣才能使學(xué)生的思維品質(zhì)和物理素養(yǎng)得到更好地發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2017.

[3]李晶.北京中考物理“實(shí)驗(yàn)與探究題”的命題與備考分析——以2016年試題為例[J].中學(xué)物理，2016，34（22）：92-94.

[4]王晶.細(xì)節(jié)決定分?jǐn)?shù)——中考物理實(shí)驗(yàn)探究題有感[J].中學(xué)物理，2013，31（08）：91.

（收稿日期：2019-05-30）