基于本源性問題的高中物理電學(xué)實驗二輪復(fù)習(xí)

摘 ? 要：結(jié)合教學(xué)實踐，回歸本源性問題的高中物理二輪電學(xué)實驗復(fù)習(xí)，從探尋學(xué)生本源性問題的來源和利用本源性問題培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)兩方面入手，讓學(xué)生學(xué)會用解決問題的方式解題，構(gòu)建更具有針對性和高效性的二輪復(fù)習(xí)課堂教學(xué)。

關(guān)鍵詞：二輪實驗復(fù)習(xí);本源性問題;物理學(xué)科核心素養(yǎng)

本源性問題原是指最為原始 、最為樸素、最為本質(zhì)的問題。回歸本源問題的研究，讓學(xué)生親歷問題的形成和解決的過程，符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，有利于提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。那么二輪復(fù)習(xí)中應(yīng)如何利用本源性問題，讓復(fù)習(xí)更具有針對性和高效性，以下是在準(zhǔn)備和執(zhí)教福建省高三物理學(xué)科會議的示范課“電學(xué)實驗二輪復(fù)習(xí)”過程中的一些思考和體會。

1 ?本源性問題的來源

學(xué)習(xí)的不同階段均存在不同層次的本源性問題，新課教學(xué)中的本源性問題更多是來自于學(xué)生因?qū)ξ锢憩F(xiàn)象和規(guī)律的不了解，二輪復(fù)習(xí)和新課教學(xué)不同，二輪復(fù)習(xí)本源性問題更多的是在物理概念和規(guī)律的應(yīng)用過程中產(chǎn)生的[ 1 ]。

1.1 ?本源問題應(yīng)來自于學(xué)生的困惑

以測電阻方法為例，調(diào)查了一百多位高三學(xué)生，學(xué)生的困惑主要集中的兩個方面：

（1）如何根據(jù)器材選擇測電阻的方法;

（2）替代法和電流半偏法的器材幾乎相同，應(yīng)如何選擇。高考要考查學(xué)生的能力是不容置疑的，但能力的培養(yǎng)不能靠題海戰(zhàn)術(shù)，而是通過合理的問題梯度設(shè)置，并通過具體題目培養(yǎng)學(xué)生多角度、全方位、深層次地去思考問題，增強應(yīng)變能力，提升學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維。因此根據(jù)學(xué)生的以上困惑，設(shè)置題目如下：

【例題】利用以下器材設(shè)計測量電路，測量微安表的內(nèi)阻。

A.待測微安表：量程200 μA，內(nèi)阻約幾百Ω;

B.電壓表V：量程2 V，內(nèi)阻約為10 kΩ;

C.小量程電流表A：量程200 μA，內(nèi)阻約為100 Ω;

D.滑動變阻器R1：阻值0～10 Ω;

E.滑動變阻器R2：阻值0～20 kΩ;

F.電阻箱R0：阻值0～9999 Ω;

G.電源：電動勢1.5 V，內(nèi)阻不計;

H.導(dǎo)線和開關(guān)若干。

（1）甲同學(xué)利用圖1測量微安表的內(nèi)阻，為了較精確測出微安表的內(nèi)阻。該電路 ? ? ? ?（填“可行”或“不可行”），若可行寫出簡要測量步驟，若不可行說明理由， ? ? ? ? ? 。（答案：不可行）

（2）乙同學(xué)利用圖2測量微安表的內(nèi)阻，為了電表安全滑動變阻器應(yīng)選 ? ? ? ?（填“R1”或“R2”），該電路

（填“能”或“不能”） 較精確測出微安表的內(nèi)阻，若可行寫出簡要測量步驟，若不可行說明理由， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。（答案：R2 ?不能）

（3）丙同學(xué)利用圖3可以較精確測出微安表的內(nèi)阻，滑動變阻器應(yīng)選 ? ? ? ?（填“R1”或“R2”），本實驗可用多節(jié)干電池串聯(lián)來提高測量精確度，備選干電池增加為5節(jié)，其它儀器不變，選用的電池________節(jié)最佳;如圖連接電路，測量步驟如下：

①接通S1，調(diào)節(jié)R，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度;

②保持R的大小不變，再接通S2，調(diào)節(jié)R0，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的，讀出R0的阻值為600 Ω，則微安表的內(nèi)阻Rg= ? ? ? ? ? 。（答案：R2 ?2 ?300）

第（1）小題的設(shè)計是為了學(xué)生自行發(fā)現(xiàn)實驗中各個儀器的“匹配”問題才是設(shè)計電學(xué)實驗的“本源問題”，因此注意電學(xué)量的整體匹配，如電流、電壓、電阻等的匹配。

1.2 ?本源問題應(yīng)來源于真實的實驗情景

物理問題最有效的解決載體就是物理實驗，二輪實驗復(fù)習(xí)也應(yīng)該從真實的實驗出發(fā)，尋找需要解決的本源問題，第（2）小題的設(shè)計是在第（1）小題的基礎(chǔ)上，通過課堂的演示實驗，發(fā)現(xiàn)阻值一定范圍電流表示數(shù)幾乎都不變，進(jìn)一步提醒學(xué)生“匹配”問題才是設(shè)計電學(xué)實驗的“本源問題”，應(yīng)注重理論聯(lián)系實際，用實驗說明恒流問題，發(fā)現(xiàn)替代法測電阻的不足之處。利用前兩題的設(shè)問，第（3）小題讓學(xué)生充分體會恒流半偏測電表內(nèi)阻的條件和合理性，并能利用恒流半偏來解決實際問題。讓學(xué)生從實驗中自行發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，再進(jìn)一步整理、分析和計算，從而歸納和總結(jié)出物理規(guī)律，這也是一位理科生必備的關(guān)鍵能力[ 2 ]。

2 ?本源性問題有利于提升學(xué)生的能力

二輪復(fù)習(xí)的重要任務(wù)是提升學(xué)生的能力，問題能啟迪引導(dǎo)智慧，而物理問題的載體之一就是物理情景，在和學(xué)生一起整理多用電表中，發(fā)現(xiàn)有量程模糊不清的現(xiàn)象，多用電表的二輪復(fù)習(xí)，以真實的多用電表示教板的量程模糊不清這個問題，以“標(biāo)注量程”任務(wù)驅(qū)動式的設(shè)計來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，從而解決在一輪復(fù)習(xí)中學(xué)生存在的問題，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

2.1 ?建模能力

利用真實的問題情景來培養(yǎng)學(xué)生的建模能力是非常有效和可靠的，多用電表示教板（如圖4）的電器復(fù)雜，如何簡化成學(xué)生常見的模型，建模過程引導(dǎo)如下：

通過一步步的引導(dǎo)，讓學(xué)生親自經(jīng)歷一次真實的建模過程，即先把實際問題建立成物理中的理想化模型（如圖5），通過對理想化模型的分析和處理，最終再還原回真實的問題情景中。

2.2 ?分析和綜合能力

多用電表選擋和估讀問題是考查的重點，為了讓學(xué)生更加明確其原因，在實際實驗操作過程中，設(shè)置了以下問題：

（1）從多用電表示教板中可獲知歐姆擋的有用信息有哪些？引導(dǎo)學(xué)生得出：歐姆表電池的電動勢為1.5 V，該多用電表刻度盤（如圖6）上電阻刻度的中間值為5，等等。

（2）歐姆擋的選擇開關(guān)撥至 “×100”擋測量待測電阻Rx，此時指針偏轉(zhuǎn)較小，位置如圖6所示，該同學(xué)讀出歐姆擋的讀數(shù)為 ? ? ? ?Ω;由于歐姆擋刻度不均，讀數(shù)可能存在較大誤差，該同學(xué)根據(jù)歐姆擋的內(nèi)部原理計算出此時通過待測電阻Rx的電流值為 ? ? ? ? ? ，待測電阻Rx的阻值為 ? ? ? ? ? Ω;通過對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)電表指針偏轉(zhuǎn)較小時，測量值有較大偏差，本實驗應(yīng)換成 ? ? ? ? ? ? （填“×10”或“×1K”）測量值更精確。（答案：4200 ? 0.3 mA ? ?4500 ?×1K）

讓學(xué)生直觀感受到從表盤讀數(shù)和利用原理計算出來的差距較大，了解由于刻度不均勻，給多用電表的讀數(shù)帶來的困難，而中值電阻附近刻度相對較均勻，有利于讀數(shù)，因而若指針不在中值電阻附近應(yīng)換擋。這樣學(xué)生通過真實的物理情景，了解這個問題的本源，不僅讓學(xué)生掌握了知識，也讓學(xué)生學(xué)會用理論分析和實踐綜合的兩種方法來分析和解決實際問題，提升學(xué)生的綜合分析能力[ 2 ]。

2.3 ?發(fā)現(xiàn)問題的能力

對于中學(xué)生來說，發(fā)現(xiàn)問題的能力，可能比解決問題更重要，學(xué)生在多用電表示教板中，提出了許多問題，如：為什么要用R0這個電阻呢？電流擋的多擋設(shè)置中為什么是10倍遞進(jìn)的？歐姆擋的內(nèi)部電路是怎么設(shè)置的？等等。這些基于對歐姆表原理了解的基礎(chǔ)上自然而然產(chǎn)生的問題是學(xué)生學(xué)習(xí)的寶貴資源，這時來自自身的本源性問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和研究，讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，這才是教學(xué)的意義。

當(dāng)然，學(xué)生的能力正是在不斷地提出和解決本源性問題中提升的，以上只是在二輪電學(xué)實驗復(fù)習(xí)的嘗試，還有許多不足之處。但這種來自真實物理情景的本源性問題的掌握和實踐，應(yīng)將一如既往地開展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳煒烜. 回歸本源問題的高中物理實驗設(shè)計和實踐[J].中學(xué)理科園地，2019（3）：3-4.

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.