在實驗教學(xué)中落實物理核心素養(yǎng)的 培養(yǎng)策略

摘?要：科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力是核心素養(yǎng)的重要方面，本文以一道高考題為切入點，進一步分析如何在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的能力，讓學(xué)生體驗知識形成的過程，落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實驗教學(xué);歐姆表改裝

2019年高考物理試題深入貫徹教育大會精神落實立德樹人根本任務(wù)，倡導(dǎo)德、智、體、美、勞“五育并舉”。依托“一核四層四翼”的高考評價體系，考查內(nèi)容方面以學(xué)科素養(yǎng)為導(dǎo)向，突出基礎(chǔ)性，突出學(xué)科主干內(nèi)容;加強理論聯(lián)系實際，創(chuàng)新試題情境設(shè)計，增強試題與體育運動、生產(chǎn)勞動的聯(lián)系。2019年高考全國卷三第23題，考查了歐姆表的改裝原理、刻度的設(shè)計以及校準，要求學(xué)生熟知實驗原理，試題落實了從“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變的考核理念。引導(dǎo)中學(xué)開好實驗課，促進學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。

【原題】?某同學(xué)欲將內(nèi)阻為98.5Ω、量程為100μA的電流表改裝成歐姆表并進行刻度和校準，要求改裝后歐姆表的15kΩ刻度正好對應(yīng)電流表表盤的50μA刻度?？蛇x用的器材還有：定值電阻R0（阻值14kΩ），滑動變阻器R1（最大阻值1500Ω），滑動變阻器R2（最大阻值500Ω），電阻箱（0～99999.9Ω），干電池（E=1.5V，r=1.5Ω），紅、黑表筆和導(dǎo)線若干。

（1）歐姆表設(shè)計

將圖1（a）中的實物連線組成歐姆表。歐姆表改裝好后，滑動變阻器R接入電路的電阻應(yīng)為????Ω：滑動變阻器選????（填“R1”或“R2”）。

（2）刻度歐姆表表盤

通過計算，對整個表盤進行電阻刻度，如圖1（b）所示。表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75，則a、b處的電阻刻度分別為????、????。

（3）校準

紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使歐姆表指針指向????kΩ處;將紅、黑表筆與電阻箱連接，記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及歐姆表上對應(yīng)的測量值，完成校準數(shù)據(jù)測量。若校準某刻度時，電阻箱旋鈕位置如圖1（c）所示，則電阻箱接入的阻值為????Ω。

一、 解析

（1）連線如圖2：根據(jù)歐姆表的改裝原理，當(dāng)電流計滿偏時，則Ig=Er+R0+R，解得R=900Ω;為了滑動變阻器的安全，則滑動變阻器選擇R1;

（2）在a處，14Ig=Er+R0+R+Rxa，解得Rxa=45kΩ;在b處，則34Ig=Er+R0+R+Rxb，解得Rxb=5kΩ;

（3）校準：紅黑表筆短接，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使歐姆表指針指到0kΩ處;由圖可知，電阻箱接入的電阻為：R=35000.0Ω。

二、 試題評析

該試題考查了歐姆表的改裝原理，表盤刻度的設(shè)計原理以及歐姆表的校準，既考查了學(xué)生的科學(xué)思維能力，也考查了學(xué)生的實踐操作能力。從試題的素材上看，立足真實的問題情景，體現(xiàn)了理論聯(lián)系實際的考試特點。

其中第（1）問中要求學(xué)生理解歐姆表的改裝原理，根據(jù)題目中給出的數(shù)據(jù)推算出歐姆表的內(nèi)阻，選擇合適的滑動變阻器;根據(jù)歐姆表的改裝原理連接實物圖，進一步考查了滑動變阻器的接法、電表的接法、紅黑表筆與電源正負極的連接。第（2）問中考查了歐姆表刻度盤的設(shè)計原理，待測電阻與電流表的示數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。體現(xiàn)了近年來的命題特點——重視原理和方法的考查。第（3）問中考查了歐姆調(diào)零問題及歐姆表的校準問題，進一步對學(xué)生實驗操作能力進行考查。

三、 教學(xué)的啟示

（一）實驗原理的教學(xué)——培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力

歐姆表的改裝實驗是高中物理實驗中較難的一個實驗，高考的考查頻率較高，實驗原理較為復(fù)雜，以往教學(xué)中一般都采用講授式教學(xué)，學(xué)生被動地接受往往知其然而不知其所以然，對原理也是一知半解。如何在實驗教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出探究方案、分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、解決問題是本文所要討論的主要目的。在解決問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力及科學(xué)探究能力。

（二）動手操作是實驗的基礎(chǔ)——培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度

在【原題】中的第（2）問，我們對表盤進行電阻刻度，根據(jù)R中=R內(nèi)+r+R0+R①，Rg+R+r=EIg=R內(nèi)②、和Rx=EI-R內(nèi)③式，引導(dǎo)學(xué)生計算出不同電流對應(yīng)的電阻值填在表1中。

把電流表的刻度改標(biāo)為對應(yīng)電阻的阻值，如圖3。請同學(xué)們觀察歐姆表的刻度有何特點？

在對表盤進行電阻刻度時，為了方便讀數(shù)，設(shè)計出如下的表格，將對應(yīng)的電流值填入表2中。

利用表2的數(shù)據(jù)對電流表的刻度重新標(biāo)出對應(yīng)的電阻值，如圖4。

通過具體的數(shù)據(jù)使學(xué)生更好地理解歐姆表的刻度盤“左大右小，左密右疏”的特點。向?qū)W生說明測量電阻時指針指在表盤中間附近誤差最小。

在【原題】中的第（3）問中考查歐姆表的使用注意事項，首先應(yīng)使紅黑表筆短接，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，使電流達到滿偏（電阻的0kΩ），進行歐姆調(diào)零，在理解實驗原理的基礎(chǔ)上較容易理解為什么要進行歐姆調(diào)零。

（三）聯(lián)系生活實際，立足能力形成觀念

生活中的歐姆表是倍率可調(diào)的，如何實現(xiàn)歐姆表倍率的調(diào)節(jié)？可指導(dǎo)學(xué)生拆開壞的歐姆表，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)只有一個電源，倍率的調(diào)節(jié)是通過改變接入電路中的電阻實現(xiàn)的，引導(dǎo)學(xué)生思考應(yīng)該串聯(lián)上一定值電阻還是并聯(lián)一定值電阻？若串聯(lián)一定值電阻，并不會改變電路中的滿偏電流Ig，不會影響電路中的R內(nèi)，故無法改變歐姆表的倍率。根據(jù)電流表的改裝原理，需并聯(lián)一定值電阻改變閉合回路中的總電流為10Ig、100Ig、1000Ig，使歐姆表的倍率變?yōu)樵瓉淼?10、1100、11000。

在【原題】中可以設(shè)計第（4）問：若不換電流表和電池以及歐姆表的刻度盤，把上述的歐姆表改裝成R×100倍率的歐姆表，需在圖示（如圖5）中????（填“ab間”或“bc間）位置接入????Ω的電阻。

使倍率減小10倍，閉合回路的總電流應(yīng)變?yōu)?0Ig，需在bc間接入電阻R1，由①、②式得R′中=R′內(nèi)=E10Ig=110R中。根據(jù)并聯(lián)電路的特點9IgR1=Ig（Rg+R+R0）④，R′中=110R中=1500Ω⑤。由④、⑤式得R1=1665Ω，滑動變阻器R的阻值應(yīng)由原來的900Ω調(diào)至886.5Ω?；瑒幼冏杵髌鸬綒W姆調(diào)零的作用，通過計算讓學(xué)生體會，歐姆調(diào)零旋鈕在電路中的作用，理解更換量程就要重新歐姆調(diào)零的原因。

根據(jù)近年高考試題的特點，物理課堂的教學(xué)應(yīng)關(guān)注聯(lián)系生活實際，關(guān)注社會發(fā)展和科技前沿，立足問題解決能力的培養(yǎng)。作為一線教師合理的設(shè)計教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，使學(xué)生的物理核心素養(yǎng)得到提高，實現(xiàn)立德樹人的教育目標(biāo)。

參考文獻：

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[3]陳水勇.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下“層進式問題串”的教學(xué)設(shè)計：以“電流表改裝成歐姆表”為例[J].物理教師，2019（5）.

[4]汪海林.“歐姆表改裝”教學(xué)中需講清的幾個問題[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2010（1-2）.

作者簡介：

張林，廣東省廣州市，廣州市從化區(qū)流溪中學(xué)。