項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的高中物理實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課探索
——以新人教版“導(dǎo)體電阻率的測量”為例

袁加興

（宿遷市中小學(xué)教學(xué)研究室，江蘇 宿遷 223800）

1 引言

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的精密的定量科學(xué).實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中占有極其重要地位與作用，物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、理論的建立都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ).高考也越來越重視對學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的考查.近年來高考中實(shí)驗(yàn)分值通常要占到試卷總分20%左右，甚至更多.歷年來，高三物理復(fù)習(xí)都非常重視實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)教學(xué).傳統(tǒng)的高三一輪實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)就是通過大量的實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行地毯式反復(fù)訓(xùn)練，以練達(dá)到對實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的理解、基本技能的掌握以及形成答題套路.在中國高考評價(jià)體系理念的指引下，高考實(shí)驗(yàn)題越發(fā)注重對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、分析問題與解決問題能力、創(chuàng)新思維能力的考查，并希望通過紙筆考試將真正做過實(shí)驗(yàn)與沒有做過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生區(qū)分開來.顯然，傳統(tǒng)的高三物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課已不能滿足于新高考的需求.因此，以注重具體實(shí)踐、小組合作、真實(shí)問題解決的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)就為新課程理念下高三物理實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)開辟了新路徑、新思路.

2 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)施路徑

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以學(xué)科知識為載體，以深度學(xué)習(xí)和持續(xù)構(gòu)建學(xué)科知識體系為目標(biāo)，通過問題解決這一學(xué)習(xí)路徑，將學(xué)與用融于教與學(xué)的過程中.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可追溯至克伯屈的“設(shè)計(jì)教學(xué)”理論，其立足于對“學(xué)校與社會相分離”“兒童直接經(jīng)驗(yàn)與學(xué)科間接經(jīng)驗(yàn)相割裂”“知識學(xué)習(xí)與知識運(yùn)用相脫離”的批判，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”，凸顯實(shí)踐育人.因此，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為一種重要的教學(xué)策略，正在全世界獲得越來越多的關(guān)注.在高中物理實(shí)驗(yàn)專題課教學(xué)中實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，通常采用以問題驅(qū)動的方式，創(chuàng)設(shè)問題情景，緊緊圍繞所學(xué)的內(nèi)容，讓學(xué)生在原有知識的基礎(chǔ)上獨(dú)立學(xué)習(xí)或者小組合作的方式完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程（包括器材選取、實(shí)驗(yàn)步驟確定、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)的收集與處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與誤差分析等），最終實(shí)現(xiàn)對所學(xué)知識的內(nèi)化、進(jìn)階，并能靈活地運(yùn)用知識解決實(shí)際問題.同時(shí)，這一過程要充分發(fā)揮學(xué)生的自主性、合作性，激發(fā)他們解決真實(shí)問題情景的欲望與能力，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).

3 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐

“導(dǎo)體電阻率的測量”實(shí)驗(yàn)是新人教版必修3學(xué)生必做的電學(xué)實(shí)驗(yàn)之一.通過本實(shí)驗(yàn)課的復(fù)習(xí)，學(xué)生要在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步理解游標(biāo)卡尺、螺旋測微器的工作原理和長度測量；理解測量電阻率的實(shí)驗(yàn)原理與方法，會進(jìn)行導(dǎo)體電阻率的測量，會進(jìn)行誤差分析；能綜合運(yùn)用所學(xué)的物理知識去解決實(shí)際問題，包括簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等.下面以本實(shí)驗(yàn)為例談?wù)勴?xiàng)目式教學(xué)在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課中的運(yùn)用.

上課地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)室專用教室.

上課場景：布置“測量導(dǎo)體電阻率的測量”必需的實(shí)驗(yàn)器材.

課時(shí)安排：2課時(shí).

“電線是家庭照明電路中必不可少的材料，其質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到千家萬戶的用電安全.質(zhì)量差的銅質(zhì)電線重量不足，主要表現(xiàn)在導(dǎo)線橫截面積過細(xì)，電線銅芯雜質(zhì)過多等.合格的銅芯電線銅芯應(yīng)該是紫紅色、有光澤、手感軟；而劣質(zhì)的銅芯線銅芯為紫黑色、偏黃或偏白，雜質(zhì)多，機(jī)械強(qiáng)度差，稍用力容易折斷.因此，在購買或選用時(shí)，如何準(zhǔn)確鑒別電線質(zhì)量的好壞，是相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該掌握的技能.”

上述材料中提到的辨別方法只是粗略鑒別，現(xiàn)有一卷市場上的電線，請運(yùn)用所學(xué)的物理知識，針對上面材料中提到的問題，幫助檢測其導(dǎo)電性能.

學(xué)生探究活動1：“導(dǎo)體電阻率的測量”是高中物理學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)之一.小組討論解決前面項(xiàng)目要求中的問題，理解“導(dǎo)體電阻率的測量”實(shí)驗(yàn)思路.

圖1

一段金屬電阻絲的內(nèi)阻較小，可以與電流表的內(nèi)阻相比較.也就是說，電流表的分壓不能忽略，如果用電流表內(nèi)接法，系統(tǒng)誤差大.在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，分壓式接法與限流式接法均可，以實(shí)驗(yàn)操作方便而定.

學(xué)生探究活動2：測量金屬絲的長度與橫截面積.

小組活動展示2：用刻度尺測量電阻絲接入電路中的有效長度l，并且要反復(fù)測量多次取平均值，得到有效長度.同時(shí)，用螺旋測微器、游標(biāo)卡尺在同一根電阻絲的不同位置進(jìn)行多次測量，取平均值作為電阻絲的直徑.

學(xué)生探究活動3：螺旋測微器、游標(biāo)卡尺的操作與讀數(shù).

問題情境1：如圖2（甲）所示，某次實(shí)驗(yàn)過程中，一同學(xué)用螺旋測微器測量金屬電阻絲直徑時(shí)，從調(diào)節(jié)到讀數(shù)的過程中，

圖2

（1）用螺旋測微器測量合金絲的直徑時(shí)，當(dāng)測微螺桿靠近導(dǎo)體，改用如圖2（甲）所示的部件________（選填“A”、“B”、“C”或“D”），直到聽到“喀喀”的聲音停止旋轉(zhuǎn).

（2）如圖2（乙）所示，測得該合金絲的直徑為d=________mm.

問題情境2：如圖3（甲）所示，某次實(shí)驗(yàn)過程中，一同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量金屬電阻絲直徑時(shí)，從調(diào)節(jié)到讀數(shù)的過程中，

（1）測量金屬電阻絲直徑需要用圖3（甲）中的（選填“C”或“D”）.

（2）某同學(xué)用卡尺把金屬電阻絲夾緊后直接進(jìn)行讀數(shù)，如圖3（乙）所示讀數(shù)為_______mm.

圖3

（3）上一步驟中該同學(xué)漏掉的操作是_______.

小組活動展示3：1.D 3.298 mm；2.C 3.30 mm.

實(shí)驗(yàn)室能為完成本實(shí)驗(yàn)提供的滑動變阻器的規(guī)格有（5Ω3 A，10Ω2 A，20Ω2 A，50Ω1.5 A，200Ω1.25 A）幾種，應(yīng)該選擇哪種規(guī)格的滑動變阻器呢？

圖4

小組活動展示4：（1）選擇m，理由是隨滑片的移動，分壓電路接近均勻變化（接近于線性關(guān)系），方便實(shí)驗(yàn)操作；（2）一段金屬電阻絲的電阻較小（甲小組同學(xué)用多用電表的歐姆擋測一段長為l=50 cm鎳鉻合金約為10Ω左右）.若選用限流式接法，甲小組選擇滑動變阻器（10Ω2 A）進(jìn)行實(shí)驗(yàn).由于最大阻值跟待測電阻差別不大，可以調(diào)節(jié)的電壓調(diào)節(jié)范圍大約為2-3 V.若選擇分壓式接法，甲小組選擇滑動變阻器（5Ω3 A）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以提供的電壓調(diào)節(jié)范圍大約為0-3 V.雖然，限流式、分壓式都可滿足實(shí)驗(yàn)采集6-8組數(shù)據(jù)描點(diǎn)繪圖，考慮到分壓式接法調(diào)壓范圍稍大，數(shù)據(jù)點(diǎn)可以更分散一些.因此甲小組認(rèn)為選用分壓接法相對合理.

學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)：將圖1（甲）中的滑動變阻器換成200Ω1.25 A，使滑動變阻器滑片從最左端緩慢向右端移動的過程中，觀察電壓表、電流表示數(shù)變化情況.

學(xué)生探究活動5：按照圖1的實(shí)驗(yàn)電路圖在圖5（甲）中用筆劃線代替導(dǎo)線進(jìn)行實(shí)物連線.

小組活動展示5：在圖5（甲）中按照圖1（甲）所示的電路圖用筆劃絲代替導(dǎo)線在圖5（乙）中連線.

圖5

學(xué)生探究活動6：在某次實(shí)驗(yàn)過程中，一小組同學(xué)按圖5（乙）連接好測量電路，閉合開關(guān)，使滑動變阻器滑片從最左端緩慢向右端移動的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表、電流表讀數(shù)總不為0，已知電流表、電壓表以及待測金屬絲都是完好的，則電路故障為導(dǎo)線_______斷路（用圖中導(dǎo)線編號表示）.

小組活動展示6：導(dǎo)線e斷路.

學(xué)生探究活動7：在排除電路故障后，該小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，記錄數(shù)據(jù)如表1所示.

表1

小組活動展示7：為了處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，小組成員在坐標(biāo)系上建立U、I系（圖6），并描繪出U-I圖線，由圖線得到金屬絲的阻值Rx=4.6Ω.

圖6

學(xué)生探究活動8：在某次實(shí)驗(yàn)過程中，一學(xué)習(xí)小組將圖1（甲）電流表內(nèi)接，改變滑動頭在金屬絲上的位置，分別測出金屬絲長度l1=10 cm、l2=20 cm、l3=30 cm、l4=40 cm、l5=50 cm及相對應(yīng)接入電路的電阻Rx，測量的數(shù)據(jù)記錄在表2表格中.該小組同學(xué)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖7方格紙上作出Rx-l圖像，并根據(jù)圖像及金屬絲的直徑，計(jì)算該金屬絲的電阻率ρ.該小組同學(xué)討論后認(rèn)為，電流表內(nèi)阻會導(dǎo)致測出的R值偏大，因此測出的電阻率偏大.該小組同學(xué)的觀點(diǎn)是否正確？請簡要說明理由.

表2

圖7

4 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)施效果

綜上所述，在高中物理實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課中采用實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，能為學(xué)生搭建一個(gè)實(shí)踐操作、交流合作、問題解決的展示平臺.不但有利于學(xué)生自主建構(gòu)學(xué)科知識體系，體會學(xué)科方法、學(xué)科思想；而且，通過問題解決，有助于學(xué)生完成知識的內(nèi)化，思維的拓展及實(shí)驗(yàn)技能的提升，在深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的提升.