例解初中物理實(shí)驗(yàn)題助力提升學(xué)科思維能力

羅進(jìn)桂 方文川

摘? ?要：實(shí)驗(yàn)習(xí)題課在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，鞏固和掌握物理學(xué)科知識(shí)方面有著重要的作用。本文通過物理期末質(zhì)量抽測(cè)的一道實(shí)驗(yàn)題為例，探討在初中物理習(xí)題課教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生解決物理問題的科學(xué)思維及掌握相關(guān)學(xué)習(xí)物理的方法，有效培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)習(xí)題課;科學(xué)思維;核心素養(yǎng)

多年的教學(xué)實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)，大部分初中生“談物色變”往往是由于缺乏良好物理學(xué)科思維及有效學(xué)習(xí)方法所致。命題者對(duì)考查物理學(xué)科思維的青睞，又削弱了學(xué)生學(xué)好物理的信心。本文以2019～2020學(xué)年，漳州市九上物理期末質(zhì)量抽測(cè)（梯度題，有改動(dòng)）為例，有效分析解題思路，優(yōu)化習(xí)題講解策略， 助力提升初中學(xué)生物理學(xué)科思維，以期能讓學(xué)生輕松面對(duì)物理課程，學(xué)好物理、愛上物理。

原題再現(xiàn)：在測(cè)量小燈泡的電功率的實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的額定電流為0.3A，所提供的器材有：電流表、電壓表、電源（電壓U恒為4.5V）、開關(guān)各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器（“20Ω? 1A”）一個(gè)，導(dǎo)線若干。

（1）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖1中實(shí)物電路連接完整。閉合開關(guān)前，圖1中的滑片P應(yīng)位于? ? ? ? （選填“左”或“右”）端;閉合開關(guān)發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，原因可能 。

（2）排除故障，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.3A時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖2所示，讀數(shù)為? ? ? ? V，小燈泡的額定功率為? ? ? ? W。

（3）小紅沒用電壓表，但多用了一個(gè)開關(guān)，其他器材與上面實(shí)驗(yàn)的器材相同，也能測(cè)出小燈泡的額定功率。她設(shè)計(jì)了如圖3所示電路圖，請(qǐng)你幫她完成實(shí)驗(yàn)步驟并寫出測(cè)定額定功率的表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①按圖3連接電路;然后只閉合開關(guān)S1，移動(dòng)滑片P，使電流表的示數(shù)I1為A;

②再閉合開關(guān)S2，滑片P位置（選填“動(dòng)”或“不動(dòng)”），記下電流表示數(shù)為I2;

③小燈泡的額定功率的表達(dá)式為P額=? 。（用已知或測(cè)量出的物理量符號(hào)表示）

1? 審題探析：細(xì)心為先，聯(lián)想跟上

1.1? 耐心觀察，找到“題眼”

在主要字眼的下方畫上橫線，并由題目中提供的物理量產(chǎn)生聯(lián)想，激發(fā)自己聯(lián)系所學(xué)過的知識(shí)，為下一步解題尋找突破口。如本題中的主要字眼：測(cè)量小燈泡的電功率、額定電流為0.3A、電壓U恒為4.5V。

1.2? 細(xì)心審題是正確解題之根本，而產(chǎn)生聯(lián)想是解題之關(guān)鍵

看到測(cè)量小燈泡的電功率，聯(lián)系到課本中測(cè)量電功率的兩種方法，一種是利用電壓表和電流表測(cè)量電功率;另一種是利用電能表測(cè)量電功和鐘表測(cè)量時(shí)間再計(jì)算電功率，看到額定電流為0.3A，想到課本中學(xué)到的額定電壓、額定電流、額定功率等相關(guān)知識(shí)。

1.3? 從不同的方向、途徑和角度進(jìn)行設(shè)想

教師可以把課本中學(xué)到的額定電壓、額定電流、額定功率等相關(guān)知識(shí)逐個(gè)呈現(xiàn)出來。比如，可以設(shè)置這樣的一道題目：把一盞額定電流0.3A的小燈泡與阻值5Ω的定值電阻串聯(lián)在電源為兩節(jié)新干電池的電路中，小燈泡剛好正常發(fā)光，求小燈泡的額定電壓及額度功率。教師通過設(shè)計(jì)這樣的一道題把所有知識(shí)點(diǎn)串在一起，形成完整知識(shí)面;通過這道題，學(xué)生可以鞏固和掌握很多知識(shí)點(diǎn)，了解各知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭開知識(shí)點(diǎn)間的神秘面紗，使知識(shí)點(diǎn)融匯貫通。

2? 解題揭秘：規(guī)律為劍，助力思維

所謂“兵馬未動(dòng)，糧草先行”。培養(yǎng)物理學(xué)科思維，首要條件就是要求學(xué)生需要掌握課本中的物理概念和規(guī)律。

2.1? 聯(lián)系實(shí)際，強(qiáng)化物理概念、規(guī)律的應(yīng)用

學(xué)生在學(xué)習(xí)和運(yùn)用物理知識(shí)的過程中，自然而然會(huì)聯(lián)想到所學(xué)的物理知識(shí)和規(guī)律。對(duì)物理概念建立，教師要教會(huì)學(xué)生去結(jié)合實(shí)際，聯(lián)系日常生活實(shí)踐，就如走路想起摩擦力、跑步想到速度、加速度等，從而培養(yǎng)學(xué)生建立正確的物理觀念。至于物理規(guī)律，它是反映事物發(fā)生、發(fā)展趨勢(shì)，掌握了規(guī)律就能未卜先知。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、掌握規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生探究性思維、創(chuàng)造性思維。在學(xué)生建立正確概念和認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律之后，應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生用掌握的知識(shí)來分析解決生活和社會(huì)中的實(shí)際問題，強(qiáng)化理論的應(yīng)用意識(shí)。如本題中需要聯(lián)系到的物理概念是：功率，它表示小燈泡做功快慢的物理量，等于單位時(shí)間內(nèi)所做的功;用電器的額定功率是唯一的，而小燈泡的亮度取決于實(shí)際電功率;當(dāng)通過小燈泡的電流是0.3A時(shí)，小燈泡正常發(fā)光，這與平時(shí)解題遇到的提供額定電壓的題型不同。功率計(jì)算公式是P=UI、P=、P=、P=I2R，常用單位是kW，國際單位是W。同理，熟記概念公式，對(duì)于第（2）小題，答案可以輕松得到是“2.5”和 “0.75”。

2.2? 多管齊下，優(yōu)化解題策略，助力培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科思維

2.2.1? 圖景體驗(yàn)， 啟動(dòng)思維

圖象是物理學(xué)習(xí)中非常重要的一種學(xué)習(xí)方法，如運(yùn)動(dòng)學(xué)中的v-t、s-t圖象、力學(xué)的受力分析圖、電學(xué)中的電路圖等等。文字的描述相對(duì)比較抽象，若能把文字變成圖象，就會(huì)顯得更加直觀。通過圖象化抽象為直觀，通俗易懂，便于記憶。例如把第一小題最簡單、最基礎(chǔ)、最有趣的線路圖展示出來，讓學(xué)生覺得：假如我有這些電子原件，我就能夠組裝一部電子設(shè)備。這樣的想象和作圖使得物理的學(xué)習(xí)變得很簡單、很好玩、很有趣，能夠激發(fā)學(xué)生答題樂趣，把題目當(dāng)成有趣的游戲，而不是枯燥的文字圖案。筆者發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)得好的同學(xué)，比較喜歡作圖，反之則不愛作圖，甚至是怕作圖。作圖可以是作物理情景圖，也可以是作函數(shù)關(guān)系圖象。如本題中，若能先做出電路原理圖，在解題過程中，學(xué)生就會(huì)條理清楚、思路清晰。

如第（1）小題中，請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖1中實(shí)物電路連接完整。解決本問題時(shí)，教師可以根據(jù)測(cè)量電功率的實(shí)驗(yàn)先作出電路原理圖4，并且強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)過的知識(shí)的記憶和理解：要測(cè)量小燈泡的電功率，電壓表必須并聯(lián)在小燈泡的兩端;要選擇好量程，本小題中電壓表的量程已經(jīng)選擇好了;電流表必須串聯(lián)在電路中，由題目中“小燈泡的額定電流為0.3A”，可以確定電流表需要選擇0～0.6A的量程;滑動(dòng)變阻器的連接“一上一下”，圖中“下”的已經(jīng)連接在右端，“上”的連接哪邊都可以。閉合開關(guān)前，圖1中的滑片P應(yīng)位于? ? ? ? ? ?（選填“左”或“右”）端;應(yīng)該填“左”，目的是開關(guān)閉合時(shí)應(yīng)使滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻阻值最大，電流最小，起到保護(hù)電路的作用。最后根據(jù)前面的分析及電路原理圖4把圖1的實(shí)物連線圖補(bǔ)畫完整，如圖5所示。利用本題，可以鞏固學(xué)生測(cè)量電功率的各種方法，也考查電壓表、電流表量程的選擇，還復(fù)習(xí)滑動(dòng)變阻器的連接方法及滑動(dòng)變阻器的作用。

再者，從題目中的語言描述，構(gòu)思出身臨其境的情景，為大腦提取記憶的路徑和線索創(chuàng)造條件、為后面的解題思路創(chuàng)造條件。如結(jié)合本題可以構(gòu)思出這樣一幅情景：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)通過小燈泡的電流是0.3A時(shí)，小燈泡兩端的電壓達(dá)到額定電壓，小燈泡正常發(fā)光。實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)及操作過程等在記憶中猶如視頻般的呈現(xiàn)。

2.2.2? 邏輯推理，深化思維

邏輯思維是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)過程中借助于概念、判斷、推理等思維形式能動(dòng)地反映客觀現(xiàn)實(shí)的理性認(rèn)識(shí)過程[ 1 ] 。培養(yǎng)邏輯思維，有助于學(xué)生把復(fù)雜問題與對(duì)應(yīng)的關(guān)系聯(lián)系起來。如第（1）小題中“閉合開關(guān)發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，原因可能? ? ? ? ?！北拘☆}中的這個(gè)問題，需要學(xué)生在掌握物理知識(shí)的基礎(chǔ)上有一定的分析問題的能力。從小燈泡不亮，筆者引導(dǎo)學(xué)生判斷出屬于電路故障的題型;接下來題目中又描述電壓表和電流表的示數(shù)情況，先看哪個(gè)表好？筆者引導(dǎo)學(xué)生先看電流表：電流表有示數(shù)，可能是短路;電流表無示數(shù)，一定是開路。本題中電流表無示數(shù)，說明肯定是開路，而電壓表有示數(shù)，說明“+”“-”電有到電壓表的兩端，也就是到燈的兩端，而燈卻不亮，說明開路的位置就是小燈泡。答題中不能只答開路，答題必須準(zhǔn)確明了，即答題時(shí)應(yīng)指明是哪個(gè)用電器開路或是哪部分開路，故本空格的答案是“小燈泡開路”（或“小燈泡燈絲斷了”或“小燈泡與燈座接觸不良”）。

因此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生適時(shí)地對(duì)概念和規(guī)律進(jìn)行分類，使所學(xué)的內(nèi)容化繁為簡，重點(diǎn)突出，脈絡(luò)分明，以便于學(xué)生能夠進(jìn)行分析、比較、概括、綜合，不斷地把疏散的物理概念和規(guī)律體系化，在學(xué)習(xí)的過程中少走彎路。通過這種方法，可以全面加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，使知識(shí)系統(tǒng)化，并靈活應(yīng)用于解題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2.2.3? 勇于嘗試，創(chuàng)新思維

本題中的第（3）小題，把平常題目中“提供電壓表和電流表測(cè)額定功率”改造為“只告知額定電流并提供電源電壓和電流表測(cè)額定功率”，題中不提供電壓表和定值電阻，更換為增加一個(gè)開關(guān)。這樣器材和設(shè)問的改變需要學(xué)生在熟悉實(shí)驗(yàn)操作、明確電路原理圖、掌握測(cè)量電功率公式的基礎(chǔ)上，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行前后聯(lián)系，并結(jié)合串聯(lián)電路的特點(diǎn)才能正確解題。教師通過創(chuàng)新性地改造新題，開拓了學(xué)生解題的思路，使學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)思維，舉一反三，從解題逐步邁向解決物理問題。在解題過程中，筆者啟發(fā)學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中，或者以后生產(chǎn)實(shí)踐中敢于嘗試，比如可以通過更換某個(gè)電器元件去改變一個(gè)電路的功能;或者通過改進(jìn)電路原理圖，達(dá)到節(jié)省器材，減少能耗的目的;或者通過增加某個(gè)電子元件提高電路穩(wěn)定性……這樣通過聯(lián)系生活實(shí)際，展開聯(lián)想，把所學(xué)的物理知識(shí)應(yīng)用到日常的生產(chǎn)和生活當(dāng)中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新思維，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成。

3? 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)習(xí)題課不僅是為了復(fù)習(xí)課堂上的基本知識(shí)和解決問題的基本方法，它更是課堂知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用和培養(yǎng)學(xué)生解題和解決問題能力的延伸。實(shí)驗(yàn)習(xí)題課不僅是物理知識(shí)的呈現(xiàn)、科學(xué)探究和科學(xué)思維方法的應(yīng)用，更重要的是通過實(shí)驗(yàn)習(xí)題課能夠培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣、養(yǎng)成良好的科學(xué)思維習(xí)慣、促進(jìn)知識(shí)點(diǎn)的融匯貫通。講好實(shí)驗(yàn)習(xí)題課有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的物理學(xué)科思維及學(xué)習(xí)物理的能力，有助于培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁京. 數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)[J]. 教學(xué)與管理（理論版）， 2011 （7）： 127-128.