審視實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)誤區(qū) 突破電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

摘 要：電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是近幾年高考的熱點(diǎn)也是得分難點(diǎn)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)的重要任務(wù)。本文闡述了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中的一些教學(xué)誤區(qū)，提出了在新課程理念指導(dǎo)下突破電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：高考；電學(xué)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-61

48(2007)7(S)-0056-3

縱觀近幾年的高考試題可知，電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是最為常見(jiàn)的題型。其特點(diǎn)：均為課本實(shí)驗(yàn)的拓展與變式，均需要對(duì)電路的基本原理和規(guī)律進(jìn)行思考與設(shè)計(jì)，弱化了直接用公式或模型，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的原理意識(shí)。如何讓學(xué)生能靈活地運(yùn)用已學(xué)過(guò)的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問(wèn)題，提高學(xué)生掌握知識(shí)的水平和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，是復(fù)習(xí)教學(xué)中有待解決的重要問(wèn)題。本文以測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻為例，談?wù)剛鹘y(tǒng)高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的一些誤區(qū)及突破電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難點(diǎn)的教學(xué)策略。

1 對(duì)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)誤區(qū)的審視

從目前的情況來(lái)講，對(duì)高考命題方向、內(nèi)容的把握其實(shí)并不難，難在如何高效地解決教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題，如何切實(shí)提高學(xué)生的掌握水平和解決問(wèn)題能力。對(duì)此，首先要反思實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中一些實(shí)際做法。在新課程背景下，目前還有不少教師對(duì)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)保持著陳舊的做法，存在不少誤區(qū)，具體表現(xiàn)如下：

1.1 教學(xué)過(guò)于簡(jiǎn)單化傾向

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)往往為了省時(shí)間趕進(jìn)度，熱衷于多練題，簡(jiǎn)單采取逐個(gè)復(fù)習(xí)課本實(shí)驗(yàn)，教師講清實(shí)驗(yàn)原理、器械選擇、操作步驟、注意事項(xiàng)等，學(xué)生進(jìn)行記憶、理解，接著做習(xí)題的方式。缺乏整合、聯(lián)系、體驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生的理解簡(jiǎn)單片面，只見(jiàn)樹(shù)木、不見(jiàn)森林，妨礙了在具體問(wèn)題中的廣泛而靈活的遷移。

1.2 照本宣科，造成學(xué)生思維定勢(shì)

把課本知識(shí)當(dāng)成定論，把課本提供的方案當(dāng)成唯一正確的方案。如用伏特表、安培表測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，對(duì)課本實(shí)驗(yàn)方案沒(méi)作解釋、質(zhì)疑，只讓學(xué)生被動(dòng)接受。使學(xué)生知其然而不知其所以然，停留于教條式掌握、簡(jiǎn)單套用。

1.3 重結(jié)論，輕設(shè)計(jì)過(guò)程、輕體驗(yàn)

傳統(tǒng)教學(xué)認(rèn)為熟能生巧，從而進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練。在實(shí)驗(yàn)練習(xí)分析中往往想當(dāng)然地認(rèn)為，只要告訴學(xué)生答案就能一點(diǎn)即破，以自己的思維代替學(xué)生的思維，忽視讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的判斷、評(píng)價(jià)過(guò)程。

2 突破電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的策略

新課程重視過(guò)程與方法，在過(guò)程中感悟，從而構(gòu)建對(duì)事物的個(gè)人看法，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。這些也應(yīng)該是我們實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)的基本理念、基本辦法。復(fù)習(xí)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)，積極參與實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)誤差分析，在具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中揭示思維過(guò)程，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的探究能力。

2.1 引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)，促進(jìn)原理、方法遷移

電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程是綜合運(yùn)用電路知識(shí)的過(guò)程，教學(xué)應(yīng)重視對(duì)知識(shí)系統(tǒng)的構(gòu)建，充分注意知識(shí)的完整性、系統(tǒng)性和綜合性。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，應(yīng)讓學(xué)生獨(dú)立地對(duì)課本電學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及到的概念、原理進(jìn)行初步歸納總結(jié)，比較不同實(shí)驗(yàn)之間在知識(shí)、方法上的聯(lián)系、區(qū)別，做到整體把握。在此基礎(chǔ)上，探究具體實(shí)驗(yàn)中可用的原理、方法，促進(jìn)原理、方法遷移。如測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)，基本原理為閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串并聯(lián)電路等，是這些知識(shí)的綜合應(yīng)用。

2.2 引導(dǎo)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究能力

誘導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)，變換思維角度，進(jìn)行多途徑、多方向、多側(cè)面思考，從而設(shè)計(jì)出盡可能多、盡可能新的實(shí)驗(yàn)方案，這是提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)能力的一條重要途徑。如要求學(xué)生利用常用的儀器與儀表設(shè)計(jì)幾種“測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)方案，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)原理和方法，并畫(huà)出電路圖。學(xué)生在經(jīng)過(guò)思考、討論之后，能設(shè)計(jì)出如下幾種實(shí)驗(yàn)方案：

方案一 如圖1所示，當(dāng)R變化時(shí)，由電壓表和電流表可讀出電壓和電流的數(shù)值。由閉合電路歐姆定律列出方程組：

方案二 如圖2所示，其原理和結(jié)論同方案一。

方案三 如圖3所示，電路中R1、R2的阻值給定。實(shí)驗(yàn)時(shí)分分別測(cè)量電鍵S連接R1和R2時(shí)的電流I1和I2則有：

解以上方程得：

方案四 如圖4，電路中R1、R2的阻值給定。實(shí)驗(yàn)時(shí)分別測(cè)量電鍵S連接R1和R2時(shí)的電流V1和V2則有：

2.3 重視系統(tǒng)誤差分析，拓寬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

實(shí)際測(cè)量中由于電表本身內(nèi)阻影響，不同測(cè)量方案帶來(lái)誤差原因、效果不同。學(xué)習(xí)中如缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差分析，會(huì)導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)劣不能判斷，只能束縛于課本知識(shí)，造成思維定勢(shì)。

在上述方案一中，由于電壓表的實(shí)際分流作用，引起實(shí)驗(yàn)誤差。以I真=I+URV，代換閉合電路歐姆定律中的I，解得：

在方案二中，由于電流表的分壓作用，引起誤差。以U真=U+IRA代換閉合電路歐姆定律中的U，解得：

由上述誤差分析可知，為了減小誤差，如滿足RVr，采用方案一；如滿足rRA，則采用方案二較為合理。一般情況由于電源的內(nèi)阻滿足RVr，而RA≈r，應(yīng)采用方案一（這就是課本中所采用的原因）。但筆者認(rèn)為，如果安培表的內(nèi)阻已知，則采用方案二更為合理。方案三誤差分析同方案二，方案四誤差分析同方案一。通過(guò)誤差分析讓學(xué)生拓展思路，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力，改變過(guò)去按教科書(shū)上電路“依葫蘆畫(huà)瓢”的情況。

2.4 重視應(yīng)用中評(píng)價(jià)、判斷，揭示設(shè)計(jì)的思維過(guò)程，提高實(shí)踐能力

在學(xué)生掌握基本概念、原理，形成基本技能基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生在各種變化的情景中應(yīng)用知識(shí)，解決問(wèn)題。組織學(xué)生展開(kāi)充分討論，透視學(xué)生的理解，洞察學(xué)生的思考方式，揭示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維過(guò)程，形成深層次理解。

例 測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)E及內(nèi)阻r（E約為4.5V，r約為1.5Ω）。器材：量程3V的理想電壓表V，量程0.8A的電流表A（具有一定內(nèi)阻）。固定電阻R=4Ω，滑線變阻器R，電鍵K，導(dǎo)線若干。

①畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路原理圖。圖中各元件需用題目中給出的符號(hào)或字母標(biāo)出。

②實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表讀數(shù)為I1時(shí)，電壓表讀數(shù)為U1；當(dāng)電流表讀數(shù)為I2時(shí)，電壓表讀數(shù)為U2。則可以求出E=______，r=______。（用I1、I2、U1、U2及R表示）

解本題時(shí)首先想到的是上述設(shè)計(jì)方案一（同課本），但電壓表的量程只有3V，而電源電動(dòng)勢(shì)約為4.5V，故不能直接用電壓表測(cè)量電源的路端電壓，在此處學(xué)生碰到困難。這時(shí)，教師不能直接提供答案，而應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生打破思維定勢(shì)，從多角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出各種可能的方案。學(xué)生常見(jiàn)方案如圖5-圖8所示。接著讓學(xué)生從精確性、安全性、可操作性進(jìn)行判斷、評(píng)價(jià)，充分暴露、展現(xiàn)學(xué)生的思維過(guò)程，最后在集體討論下確定最佳方案。答案如下：

①實(shí)驗(yàn)電路原理圖8所示。

②根據(jù)U1=E-I1（r+R），

總之，電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)已成為高考實(shí)驗(yàn)考核的主要內(nèi)容之一，高三物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)，應(yīng)在新課程理念指導(dǎo)下，重視學(xué)生學(xué)習(xí)中的思維過(guò)程，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，才能做到事半功倍。

參考文獻(xiàn)：

［1］張健偉.孫燕青.建構(gòu)性學(xué)習(xí).上海教育出版社.2005.6

［2］陳才興.對(duì)2005年高考實(shí)驗(yàn)題的分析和思考.中學(xué)物理教學(xué)參考.2005.8

(欄目編輯王柏廬)

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