基于實(shí)驗(yàn)資源整合的復(fù)習(xí)課教學(xué)研究

李暉

[摘 ? 要]物理是基于實(shí)驗(yàn)與觀察的自然學(xué)科，物理教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)，物理實(shí)驗(yàn)可以引導(dǎo)學(xué)生很好地學(xué)習(xí)物理知識(shí)。但在實(shí)際教學(xué)中，有的教師不自覺(jué)地將物理理論學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)分隔開來(lái)，這樣不利于學(xué)生學(xué)習(xí)。在物理教學(xué)中，尤其是在復(fù)習(xí)課教學(xué)中，有效利用實(shí)驗(yàn)資源能提高教學(xué)實(shí)效。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)資源整合;復(fù)習(xí)課;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號(hào)] ? ?1674-6058（2020）32-0044-03

《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于課標(biāo)的實(shí)施建議第二條：發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要作用。實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要組成部分，也是落實(shí)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵所在。在復(fù)習(xí)課中，如何發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的主體作用從而實(shí)現(xiàn)高效復(fù)習(xí)呢？筆者基于課標(biāo)，合理整合實(shí)驗(yàn)資源，以實(shí)驗(yàn)為驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生產(chǎn)生主動(dòng)而深入的思考。本文以《測(cè)量小燈泡電功率》為例，談?wù)劺脤?shí)驗(yàn)資源開展復(fù)習(xí)課教學(xué)。

一、基于課標(biāo)，確立目標(biāo)

首先，測(cè)量小燈泡的電功率屬于“課標(biāo)”中一級(jí)主題“能量”中的二級(jí)主題“電磁能”，“課標(biāo)”的要求是結(jié)合實(shí)例理解電功和電功率;知道用電器的額定功率和實(shí)際功率。依據(jù)課標(biāo)，可以把本部分內(nèi)容拆分成以下幾個(gè)子任務(wù)：

1.理解電功率的概念，知道電功率是描述電流做功快慢的物理量，是電流做功多少與做功時(shí)間的比。

2.能利用電功率的定義式或推導(dǎo)式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量電功率。

3.能區(qū)分額定功率和實(shí)際功率，知道不同的工作狀態(tài)下，用電器的電功率是不一樣的。

4.從能量轉(zhuǎn)化角度理解能耗的不同及電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的效率。

二、基于目標(biāo)，逆向設(shè)計(jì)

教學(xué)目標(biāo)既是起點(diǎn)，也是終點(diǎn)，為了完美完成本節(jié)內(nèi)容的復(fù)習(xí)任務(wù)，可從以下三個(gè)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.技能角度：會(huì)選擇合適的器材連接電路，并能排除故障完成小燈泡功率的測(cè)量。

2.認(rèn)知角度：通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)識(shí)額定功率和實(shí)際功率，并會(huì)簡(jiǎn)單計(jì)算。

3.觀念角度：了解測(cè)量電功率的其他方法，知道功率和能耗之間的聯(lián)系，并樹立節(jié)能環(huán)保的意識(shí)。

會(huì)測(cè)量是學(xué)生必備的實(shí)驗(yàn)技能，要想讓學(xué)生能夠熟練測(cè)量，就必須讓他們親歷測(cè)量過(guò)程，親歷測(cè)量過(guò)程中的障礙和困難，激發(fā)他們對(duì)問(wèn)題解決的思考。因此，本節(jié)復(fù)習(xí)課著重：①讓學(xué)生從安全實(shí)驗(yàn)的角度選擇器材，并自行連接電路;②用一般的方法排除電路故障，讓學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并利用已有的知識(shí)動(dòng)手解決;③延伸課本基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，利用單表（只有一個(gè)電壓表或電流表）測(cè)量燈泡的電功率，加深學(xué)生對(duì)測(cè)量原理的理解;④學(xué)會(huì)測(cè)量生活中白熾燈的功率;⑤借助說(shuō)明書，知道新工具的使用，借助數(shù)字化儀器分析功率和能耗的關(guān)系等。并由此確定了本節(jié)課的設(shè)計(jì)脈絡(luò)：

三、任務(wù)指引，實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)

情境置入：多個(gè)家用吊燈當(dāng)中有一個(gè)不亮，在更換燈泡時(shí)，我們要先看看燈泡的規(guī)格（銘牌），例如顯示為2.5 W，生活中所有用電器上都有這樣的標(biāo)識(shí)，我們稱為額定功率。

任務(wù)：某燈泡的銘牌上標(biāo)有2.5 V字樣，其他參數(shù)模糊不清，小燈泡電阻約為10 Ω，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方案測(cè)定小燈泡的額定功率。

問(wèn)題1.怎樣設(shè)計(jì)電路？你的依據(jù)是什么？

回憶前面“電功”中所學(xué)的內(nèi)容，知道[P=Wt=UItt=UI]，依據(jù)測(cè)量物理量的需要，可以設(shè)計(jì)出伏安法測(cè)電阻的電路，然后對(duì)問(wèn)題設(shè)置情境，給出的器材有：電壓約為4.5伏的電源，規(guī)格不同的滑動(dòng)變阻器（A.5 Ω，3 A;B.20 Ω，2 A;C.200 Ω，1.25A），電壓表、電流表、定值電阻一個(gè)，開關(guān)三個(gè)，導(dǎo)線若干，選擇合適的器材連接電路。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)串聯(lián)分壓計(jì)算出滑動(dòng)變阻器的最大阻值至少需要8 Ω，因此只能選擇B或C。由實(shí)際需要加強(qiáng)對(duì)串聯(lián)電路中電學(xué)量的計(jì)算練習(xí)，這樣既復(fù)習(xí)了歐姆定律的相關(guān)內(nèi)容，也解決了器材的選擇問(wèn)題。進(jìn)一步思考，發(fā)現(xiàn)最大阻值200 Ω不方便在本實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)電路，因此確定滑動(dòng)變阻器B為選定器材，同時(shí)基于讀數(shù)準(zhǔn)確性的需要，確定電流表和電壓表的量程都接小量程，最后連接實(shí)驗(yàn)電路。

問(wèn)題2.正確連接電路后，閉合開關(guān)，你的燈泡亮了沒(méi)有？不亮的原因可能是什么？如何檢測(cè)？

設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中預(yù)設(shè)了兩組故障，一組燈泡斷路，另一組燈泡短路。通過(guò)設(shè)置故障訓(xùn)練學(xué)生排除故障的能力。對(duì)斷路情況，學(xué)生基于實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)超過(guò)了量程，電流表示數(shù)為零。進(jìn)一步將電壓表量程由0～3 V更換為0～15 V，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)接近電源電壓，由歐姆定律知識(shí)可以判斷故障為燈泡斷路。短路情況，則可根據(jù)“電壓表無(wú)示數(shù)，電流表示數(shù)很大”來(lái)加以判斷。無(wú)論是何種故障，都是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中排查出來(lái)的，同時(shí)由學(xué)生自己歸納總結(jié)：

a.電流表有示數(shù)：電流表所在回路短路。

b.電流表無(wú)示數(shù)：電流表所在回路某處斷路。

c.電壓表有示數(shù)：電壓表兩接線柱與電源兩極之間連通，且與電壓表并聯(lián)的原件無(wú)短路。

d.電壓表無(wú)示數(shù)：與電壓表并聯(lián)的電路或元件短路或者電壓表兩接線柱與電源的兩極之間某處斷路。

在電路完好連接的基礎(chǔ)上，教師給出自測(cè)數(shù)據(jù)：

通過(guò)自測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算，得出小燈泡的額定功率為0.70 W，同時(shí)將其與學(xué)生測(cè)量的結(jié)果0.75 W進(jìn)行對(duì)比分析，尋找測(cè)量結(jié)果不一致的原因。

設(shè)計(jì)意圖：測(cè)量實(shí)驗(yàn)在尊重事實(shí)的基礎(chǔ)上允許有誤差存在，由學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異分析原因。

1.可能是導(dǎo)線不同引發(fā)系統(tǒng)誤差。

2.燈泡的出廠規(guī)格略有差異。

3.電流表讀數(shù)有誤差。

測(cè)量性實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)果的誤差分析非常重要。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的反饋，為學(xué)生提高測(cè)量的準(zhǔn)確程度提供依據(jù)與支撐。由測(cè)量數(shù)據(jù)可以得出規(guī)律：燈泡兩端電壓越大，實(shí)際功率越大，燈泡亮度越亮。當(dāng)[U實(shí)=U額]時(shí)，[P實(shí)=P額]。

問(wèn)題3.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有些器材損壞了，可以更換，例如導(dǎo)線、定值電阻等，假設(shè)電流表?yè)p壞，就沒(méi)有另外的電流表可以更換了，你能否利用現(xiàn)有的器材重新設(shè)計(jì)電路，測(cè)出燈泡的額定功率？

這是一個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)，將課本中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)拓展延伸，較為普遍的做法是將電壓表二次換接。但是由于操作不便，我們希望能一次性連接電路不進(jìn)行電路換接。下面采集了兩種學(xué)生的設(shè)計(jì)方案供分析。

方案一：圖1中，電壓表能單獨(dú)或同時(shí)測(cè)量燈泡和定值電阻的電壓，要測(cè)量燈泡的額定功率，還要求出燈泡的額定電流，在該燈泡正常發(fā)光時(shí)，電壓表與定值電阻的組合不能求解額定電流，因此該方案不可行。

方案二：圖2中閉合開關(guān)S1和S2后調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片使燈泡正常發(fā)光（電壓表示數(shù)為2.5 V），通過(guò)開關(guān)的通斷可以實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)不變，測(cè)出定值電阻的電壓，由此求出此時(shí)燈泡的額定電流，方案可行。由此發(fā)現(xiàn)，單電壓表與定值電阻組合測(cè)量額定電流的大小，其原理與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)仍然相同，進(jìn)一步拓展單電流表測(cè)小燈泡額定功率同樣可行。

問(wèn)題4.生活中的白熾燈其額定電壓為220 V，實(shí)驗(yàn)室的器材無(wú)法測(cè)量電功率怎么辦？需要什么器材？

設(shè)計(jì)意圖：在知曉測(cè)量原理的基礎(chǔ)上、在安全可靠的指引下，實(shí)驗(yàn)器材如何選??？我們?cè)诩矣秒娐分袦y(cè)量電功必須用到電能表，將電功率的測(cè)量從實(shí)驗(yàn)室走向生活，讓學(xué)生自主分析確定實(shí)驗(yàn)方案。演示實(shí)驗(yàn)測(cè)量依據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，計(jì)算得出燈泡的功率為62 W，而燈泡的銘牌顯示為65 W，分析誤差的產(chǎn)生原因：時(shí)間的測(cè)量有誤差、數(shù)電能表轉(zhuǎn)的圈數(shù)過(guò)少、燈泡的自身規(guī)格有變等。

每一次測(cè)量都應(yīng)有分析，讓科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)不停留在紙上，而是貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作。進(jìn)一步拓展現(xiàn)代測(cè)量工具——數(shù)字功率計(jì)。隨著科技的發(fā)展，生活中也有直接測(cè)量電功率的工具，根據(jù)說(shuō)明書，我們可以判斷其測(cè)量原理與直流電路電功率的計(jì)算公式兼容。讓學(xué)生實(shí)際操作數(shù)字功率計(jì)測(cè)量同規(guī)格的白熾燈額定功率，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值顯示為66 W，對(duì)比銘牌標(biāo)注明顯偏大，繼續(xù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)功率計(jì)實(shí)際電壓為220 V，原來(lái)是實(shí)際電壓大于額定電壓220 V，進(jìn)一步深化實(shí)際功率與額定功率的關(guān)系。生活中的白熾燈發(fā)光照明，有能耗，教師可繼續(xù)追問(wèn)：相同亮度的LED燈與白熾燈功率相同嗎？實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：用亮度儀測(cè)量，顯示白熾燈和LED燈的發(fā)光亮度基本相同，用數(shù)字功率計(jì)分別測(cè)量出此時(shí)白熾燈和LED燈的實(shí)際功率，發(fā)現(xiàn)LED燈的功率只有5 W左右。電功率的大小代表能耗的高低，我們還要從能耗的角度引導(dǎo)學(xué)生樹立效率意識(shí)和節(jié)能環(huán)保意識(shí)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解釋白熾燈逐漸退出居民家用電器的原因。

物理學(xué)科作為自然科學(xué)的一部分，其定理和規(guī)律都十分強(qiáng)調(diào)證據(jù)，實(shí)驗(yàn)是我們尋找證據(jù)的重要手段，這種手段相對(duì)于物理學(xué)科而言有著不可替代的作用。物理教師在新課教學(xué)時(shí)，一般都會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，但是在復(fù)習(xí)課中往往忽視了實(shí)驗(yàn)的重要作用，筆者認(rèn)為，依據(jù)課標(biāo)及復(fù)習(xí)內(nèi)容的需要，逆向解析，重設(shè)實(shí)驗(yàn)，以實(shí)驗(yàn)資源的整合驅(qū)動(dòng)復(fù)習(xí)內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)化。復(fù)習(xí)起源于教師教（問(wèn)題），著眼于學(xué)生學(xué)（實(shí)驗(yàn)）。從腦信息存儲(chǔ)的角度看，從手到腦，認(rèn)知更加深刻。以實(shí)驗(yàn)操作的方式驅(qū)動(dòng)復(fù)習(xí)，可讓復(fù)習(xí)課更加生動(dòng)高效，也更加精彩。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ]

[1] ?聶群群.初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法創(chuàng)新對(duì)策探討[J].中國(guó)校外教育，2020（2）：88-89.

[2] ?劉天有.初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與思考[J].課程教育研究，2019（50）：150.

（責(zé)任編輯 易志毅）