在實驗試題下審視實驗教學(xué)

游天下

摘 要 “檢驗歐姆定律”是初中物理重要實驗，教師應(yīng)重視學(xué)生通過活動得到正確的結(jié)論，需要在新的實驗試題下審視自身的教學(xué)方式。隨著中考實驗試題的變化，教師在實驗教學(xué)中應(yīng)充分開放實驗器材，注重指導(dǎo)學(xué)生了解器材結(jié)構(gòu)，掌握器材用途，并合理設(shè)置問題，以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散的實驗思維，強(qiáng)化學(xué)生的逆向思維能力。

關(guān)鍵詞 初中物理 實驗教學(xué) 歐姆定律

一、問題提出

中考物理實驗試題是一類具有一定考查廣度和深度的試題。它既可以考查學(xué)生對基本物理規(guī)律和物理結(jié)論的理解和運(yùn)用，又可以考查實驗過程中學(xué)生分析解決問題的能力，是檢驗實驗教學(xué)有效性的一種較好方式。電學(xué)實驗是物理實驗考查的重點，如“檢驗歐姆定律”“測電阻”“測小燈泡的電功率”“電阻大小的影響因素”“串并聯(lián)電路的特點”“焦耳定律”等，考查內(nèi)容比較固定。2018年和2019年浙江省各地、市中考電學(xué)實驗試題內(nèi)容分布如下：2018年“測電阻”2道、“檢驗歐姆定律”3道、“測小燈泡電功率”2道;2019年“測電阻”3道、“檢驗歐姆定律”3道、“測小燈泡電功率”2道、“焦耳定律”1道。其中難點幾乎全部集中在“檢驗歐姆定律”實驗上。該內(nèi)容傳統(tǒng)的考查方式有電路連接、分析電路故障、分析實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論、正確地表述結(jié)論內(nèi)容等。而近三年中考試題關(guān)于該內(nèi)容的考查方式發(fā)生了很大的變化，注重對實驗器材選擇的分析，深度加大，形式變化多樣，需要有較強(qiáng)的分析實際問題的能力，學(xué)生普遍感覺較為困難?；赜^“檢驗歐姆定律”教學(xué)內(nèi)容，教師的教學(xué)目標(biāo)常定位于“檢驗歐姆定律”的正確性，給定實驗儀器，盡量掃除實驗障礙，為順利得出結(jié)論服務(wù)，這是目前較普遍的教學(xué)現(xiàn)狀。學(xué)生能根據(jù)教師給定的器材完成實驗，但是不會根據(jù)實際選擇實驗器材，深度分析實驗條件的能力弱。教師缺少隨中考方向的變化而進(jìn)行的教學(xué)改進(jìn)。因此，在實驗試題下重新審視實驗教學(xué)，分析具體實驗試題難點的成因，調(diào)整教學(xué)行為，合理地組織實驗教學(xué)勢在必行。

二、試題呈現(xiàn)

考生普遍反映2019年寧波市中考科學(xué)試卷第25題第（2）（3）小題難度較大，甚至讀不懂試題。從中考閱卷結(jié)果看，得分率較低。試題如下：

（2019年寧波市中考科學(xué)試卷第25題）小科利用僅有的一個規(guī)格為“10 Ω 1.0 A”的滑動變阻器和其他器材來“檢驗歐姆定律”，該變阻器的電阻絲上有一處斷點。實驗電路如圖1所示，電源電壓恒為3 V。實驗步驟如下：

①用4 Ω的定值電阻進(jìn)行實驗，連接電路。②閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使定值電阻兩端電壓為2 V，讀出電流表的示數(shù)并記錄。斷開開關(guān)，把滑片P移到A端。③依次用阻值為6 Ω、8 Ω和10 Ω的定值電阻替換原來的電阻，重復(fù)步驟②。

（1）小科設(shè)計上述實驗步驟，是要研究通過導(dǎo)體的電流與________之間的關(guān)系。

（2）小科發(fā)現(xiàn)，滑片P向右移動過程中，每次實驗開始時電壓表都沒有示數(shù)，移到某一點（該點記為C）時突然有了示數(shù)。但在完成8 Ω電阻的實驗后，再做10 Ω電阻的實驗時，當(dāng)電壓表有示數(shù)后，示數(shù)一直大于2 V。分析可得，電阻絲BC的阻值RBC的范圍是_______。

（3）為了完成10 Ω電阻實驗，將滑片P移到C點，只要在原來電路的接線柱上再接上一根導(dǎo)線，就能繼續(xù)完成實驗。請你在答題卷的圖中（圖1）用筆畫線補(bǔ)上這根導(dǎo)線。

參考答案：（1）導(dǎo)體電阻? （2）4 Ω ≤ RBC < 5 Ω? （3）如圖2

三、試題分析

2019年寧波市中考科學(xué)試卷第25題圍繞“檢驗歐姆定律”實驗展開深層次探究，三個問題層層遞進(jìn)，巧妙地考查了滑動變阻器的結(jié)構(gòu)及最基本的分壓原理，結(jié)合了控制變量的思想，對學(xué)生分析問題的能力有很高的要求。此題看似特殊，實際上仍舊重視學(xué)生運(yùn)用基本方法分析新的情境問題的能力，立意新，區(qū)分度大。從考試結(jié)果上看，對于后面兩小題，多數(shù)考生反映看不懂題目，無從下手。實際上試題已經(jīng)交代得非常清楚。考生會出現(xiàn)這種反饋的原因，筆者認(rèn)為，是因為解決第（2）小題有以下難點：一是學(xué)生沒有發(fā)現(xiàn)斷點或是不理解斷點的含義，把滑動變阻器的最大阻值還是當(dāng)成10 Ω來進(jìn)行計算;二是面對多個電阻的變換，學(xué)生對定值電阻和滑動變阻器的分壓規(guī)律認(rèn)識不準(zhǔn)確;三是學(xué)生面對電阻的極值問題一般會感到比較棘手。造成第（3）小題難解的主要原因是學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了滑動變阻器連接的“一上一下”原則，卻不會根據(jù)題意從元件結(jié)構(gòu)角度來進(jìn)行推理和嘗試。

四、教學(xué)反思

（一）開放實驗器材，發(fā)散實驗思維

圖3是華師大版初中科學(xué)教材中關(guān)于“檢驗歐姆定律”實驗的目的和器材[1]。

圖4是浙教版初中科學(xué)教材中關(guān)于“檢驗歐姆定律”部分的實驗步驟[2]。

從兩種版本的教材對于探究電流與電阻關(guān)系實驗器材的選擇上看：①電源電壓大小沒有提及;②定值電阻的大小分別用了“不同阻值”“更換”等字眼;③滑動變阻器的最大阻值沒有明確。這些都說明了實驗器材的選擇是相對開放的。但是很多教師在處理教材時，為方便統(tǒng)一得出歐姆定律的內(nèi)容，常常對各種器材的規(guī)格和部分實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行限定，使得過程順利，結(jié)論準(zhǔn)確[3]，學(xué)生會連接對應(yīng)的電路，也能得出老師想要的結(jié)論。在該實驗的教學(xué)中教師沒有深入思考：學(xué)生還能發(fā)現(xiàn)什么問題，學(xué)生還應(yīng)該思考什么問題，學(xué)生還要解決哪些問題。

從前文試題分析的難點之一——斷點滑動變阻器來反思教學(xué)：一般情況下，學(xué)生在遇到變阻器接觸不好或是滑片滑動不靈活時，多數(shù)教師會直接給學(xué)生更換變阻器;如果遇到電阻絲中斷的斷點變阻器，教師還是會采取更換變阻器的方式。因此，學(xué)生缺少對斷點變阻器結(jié)構(gòu)的理解，缺少對器材的可用性做進(jìn)一步分析，會形成斷點變阻器是沒有用的器材，除了更換，別無他法的思維模式。倘若教師換個方式處理問題，提供更多的器材，讓學(xué)生自行選擇滑動變阻器、電源、電阻的規(guī)格，嘗試交流并解決實驗中遇到的問題，可以有效提升學(xué)生解決問題的能力。開放實驗器材，生成更多的科學(xué)問題，在解決科學(xué)問題的過程中發(fā)散學(xué)生實驗思維，方能更全面地發(fā)揮實驗教學(xué)的價值。

（二）人為設(shè)置問題，強(qiáng)化逆向思維

關(guān)于解決問題，陶行知先生認(rèn)為，有了問題才會思考，有了思考，才有解決問題的方法。學(xué)生之所以在遇到上述新情境時不會思考，是因為教師在歐姆定律實驗教學(xué)的過程中缺少人為設(shè)置的一些問題，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對深層次科學(xué)問題的思考[4]，對該實驗的教學(xué)更多的是把問題指向I、U、R到底有怎樣的關(guān)系。這種單一的問題導(dǎo)向嚴(yán)重地制約了學(xué)生的發(fā)現(xiàn)能力，使實驗課堂變得沒有靈性。對于上述試題難點分析之二——多個電阻變換，是由于學(xué)生對定值電阻和滑動變阻器的分壓規(guī)律認(rèn)識不準(zhǔn)確。因為在檢驗I與U的關(guān)系時，學(xué)生的思維是根據(jù)器材的規(guī)格推算定值電阻兩端電壓，很少根據(jù)不同的定值電阻阻值及設(shè)定的電壓來逆向計算滑動變阻器的阻值大小。如果教師在教學(xué)時能夠設(shè)置一些相關(guān)問題，多練習(xí)一些逆向的推算，如可以逆向推算電源電壓的大小等，就會生成一些極值問題，如滑動變阻器的阻值不能小于多少，電源電壓不能高于多少，等等。教師可以將“成功檢驗歐姆定律結(jié)論”的實驗?zāi)繕?biāo)提升為“在檢驗過程中獲得分析實驗的可行性能力”，并根據(jù)加深的目標(biāo)，在實驗過程中人為設(shè)置實驗問題，多角度強(qiáng)化學(xué)生的逆向思維能力。

（三）了解器材結(jié)構(gòu)，認(rèn)識器材用途

筆者在與考生交流的過程中，學(xué)生對于上述試題的最后一問——關(guān)于滑動變阻器的連接，提出了較大的“異議”。他們的理由是：“滑動變阻器接法完全正確，老師平時就是這樣教我們連的，接線柱遵循‘一上一下原則，再接一根導(dǎo)線是多余的?！备鶕?jù)學(xué)生的反饋，筆者推測學(xué)生對于滑動變阻器固有的印象可能只有兩點：一是使用前滑到阻值最大處;二是連接時要遵循“一上一下”原則。學(xué)生只記住“一上一下”的原則，對于這樣接的原因到底是什么卻沒有在器材結(jié)構(gòu)和原理用途方面進(jìn)行深入思考。學(xué)生如果能結(jié)合第二問分析，明白接入右側(cè)的有效電阻不夠，合理的通過斷點的另一側(cè)將有效電阻接入電路，才可以在原有的基礎(chǔ)上完成實驗，就不會出現(xiàn)只會“一上一下”的接法。學(xué)生之所以認(rèn)為最后一問是難點，是因為既受到第二問的影響，也因?qū)帱c滑動變阻器的結(jié)構(gòu)及其原理、用途缺乏思考。其它器材的問題也很多，如電表的內(nèi)阻系列等。因此，學(xué)生只有充分了解各元件的結(jié)構(gòu)及工作原理，才能更合理地分析電路，有效解決所遇到的問題。

中考實驗試題具有前瞻性，重視對學(xué)生多方面能力的考查?！皺z驗歐姆定律”實驗試題讓很多考生感到困難的根本原因在于實驗教學(xué)方式的陳舊。在實驗教學(xué)中，教師應(yīng)開放實驗器材，引導(dǎo)學(xué)生從多角度研究同一問題，或在解決一個問題的過程中生成更多的問題，這樣，可發(fā)散學(xué)生思維，提升學(xué)生解決實驗問題的能力。教師應(yīng)適時地人為設(shè)置實驗障礙，強(qiáng)化學(xué)生逆向思維，使學(xué)生能夠從正向和逆向認(rèn)識實驗本質(zhì)。教師和學(xué)生在分析實驗儀器時，切忌用固定的思維看待變化的問題，要從儀器的工作原理出發(fā)，深化對儀器的認(rèn)識。既然實驗試題從實驗教學(xué)中來，教師也應(yīng)該用實驗試題來審視實驗教學(xué)，只有雙向結(jié)合，挖掘教材，改進(jìn)實驗教學(xué)方法，才能提高實驗教學(xué)的有效性。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]袁運(yùn)開.義務(wù)教育教科書科學(xué)：八年級下冊[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2012：81.

[2]朱清時.義務(wù)教育教科書科學(xué)：八年級上冊[M].杭州：浙江教育出版社，2013：150.

[3]秦瑾瓊，錢長炎.初中《歐姆定律》一課教學(xué)研究[J].中學(xué)物理，2018，36（12）：8-10.

[4]宋靜，周楓.依托實驗培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維[J].物理教學(xué)探討，2019，37（10）：68-71.

（責(zé)任編輯：趙曉梅）