用“問題驅動法”促進學生高效復習

卞志榮

(江蘇省天一中學,江蘇無錫 214101)

高三第一輪復習,我們一直確立了這樣的理念“學生已具備一定的知識水平和能力,更應以學生為主,促進其主動全面發展”.教師應發揮教育智慧,切實有效地減輕學生課業負擔,提高課堂復習效益,全面提升素質和能力.經過幾年的探索和實踐,特別是在江蘇基礎教育實行“五嚴”規定以后,我們認識到積極有效的做法是改善課堂教學,將課堂教學設計為操作性強,實效性強的“問題驅動三步法”.其基本流程如下:

圖1

現以“伏安法測電阻”復習教學為例,對“問題驅動三步復習法”闡述如下.

第一步:問題引動,強化雙基

加強雙基,夯實基礎是一輪復習教學的基礎目標.對于基礎知識的復習,由于學生已經有了第一次學習的經歷,無論理解的程度如何,總認為自己知道、懂了.若仍按教師提問學生答,教師羅列學生抄,教師歸納學生聽的傳統復習方法,勢必使學生感到乏味.時間花費多,教師口舌忙,學生收效少.如果采用“問題引動”法,即在教學中,圍繞教學內容,設計問題組,引導學生主動復習基礎知識,掌握基本方法,學生的積極性就會被調動起來.這一單元的復習,我們設計了如下程序式問題,讓學生獨立完成.

問題1.用歐姆表測電阻方便快捷,為什么還要用比較麻煩的伏安法實驗來測量?

問題2.你能畫出伏安法測電阻的電路圖嗎?

問題3.實驗測量總是有誤差的,請問兩種電路測量的誤差來自哪里?真實值怎么計算?

問題4.怎樣選擇測量電路,以減小測量誤差?(①小外②大內③不明顯看比值比④再不行用試觸)

學生獨立完成后,讓學生交流結果,教師點撥補充.通過交流和自我反思,學生不僅知道怎么用伏安法測電阻,而且知道為什么要選用不同方案.學生在自主復習中對伏安法測電阻有了全面而深刻的理解.這樣變被動接受為主動學習,使基礎知識、基本方法復習有血有肉,扎實有效,不易遺忘.

第二步:問題探究,提升能力

培養能力,提高素質是一輪復習教學的主要目標.能力的培養最好是通過學生的主動探究來實現.我們的做法是:根據教學內容和目標,精選范例,讓學生通過獨立思考或與同學合作討論解答.對學生的解答成果,或是通過學生板演,或是用實物投影向全班同學展示,與學生一起分析解題過程中的得與失,總結提煉思想方法,通過適度的激勵性評價,有效地調動學生自主探究,互動交流的積極性,使枯燥的復習變成了愉快的學習.在這一過程中,教師的角色是:為學生創設情境,提供資料,參與學生的討論,解答學生的疑問,做教學的組織者,學習的合作者,情感的交流者.我們創設了問題情景,促進學生主動探究.

問題5.若只有一只電流表而無電壓表,你能否測出未知電阻?若能,請畫出測量電路圖.(探究結論:等效替代法)

圖2

測量電路如圖1,實驗步驟是:①將 S2與 Rx相接,記下電流表指針所指位置;②將 S2與 R1相接,保持R2不變,調節 R1的阻值,使電流表的指針在原位置上,記下 R1的值,則 Rx=R1.

圖3

問題 6.若只有一只電壓表而無電流表,你能否測出未知電阻?(探究結論:伏-阻法)

例1.(2004年廣東12)圖中 R為已知電阻,Rx為待測電阻,S1為單刀單擲開關,S2為單刀雙擲開關,V為電壓表(內阻極大),E為電源(內阻不可忽略).現用圖中電路測量電動勢E及電阻Rx.

步驟:

①S1斷開,S2接到 a端,記下電壓表的讀數 U1;

②S2仍接到 a端,閉合 S1,記下電壓表的讀數 U2;

③S1仍閉合,S2接到b端,記下電壓表的讀數 U3;

問題7.若無電流表而有兩只電壓表,你能否測出未知電阻?(探究結論:伏-伏法)

例2.(2004年全國理綜Ⅱ22改編)用以下器材測量一待測電阻 Rx的阻值(900～1 000 Ω):測量中要求電壓表的讀數不小于其量程的1/3,試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖(原理圖中的元件要用題圖中相應的英文字母標注);若電壓表V1的讀數用 U1表示,電壓表V2的讀數用U2表示,則由已知量和測得量表示Rx.

電源 E,具有一定內阻,電動勢約為9.0 V;

電壓表V1,量程為 1.5 V,內阻 r1=750 Ω;

電壓表V2,量程為 5 V,內阻 r2=2 500 Ω;

滑線變阻器 R,最大阻值約為100 Ω;

單刀單擲開關S,導線若干.

圖4

點評:已知內阻的電壓表可以當電流表使用,而已知內阻的電流表也可以當電壓表使用.電壓表可以串聯在電路中,電流表可以并聯在電路中.本題關鍵點就是兩個內阻已知的電壓表要怎么用,另外電源電動勢超過電壓表量程很多,要怎么處理.很多考生第一思維就是考慮伏安法,但由于本題沒有電流表,思維受阻.只有極少數有“伏-伏”法新觀念的考生才能做正確.因為本題要運用“電壓表算電流”這一創新思維.

問題8.若無電壓表只有兩只電流表,你能否測出未知電阻?(探究結論:安-安法)

例3.用以下器材測量一待測電阻的阻值.器材(代號)與規格如下:

圖5

電流表A1(量程250 mA,內阻r1為 5 Ω);標準電流表 A2(量程300 mA,內 阻 r2約 為 5 Ω);待測電阻 R1(阻值約為100 Ω),滑動變阻器 R2(最大阻值 10 Ω);電源 E(電動勢約為10 V,內阻 r約為 1 Ω),單刀單擲開關S,導線若干.

(1)要求方法簡捷,并能測多組數據,畫出實驗電路原理圖,并標明每個器材的代號.

(2)實驗中,需要直接測量的物理量有哪些?用測的量表示待測電阻R1阻值的計算公式.

這樣,通過獨立思考,分組協作,互相交流,成果展示,再通過師生共同對各種解法進行比較、反思,使學生主動領悟、吸收、內化,訓練了思維的深刻性、靈活性、批判性,學生在主動探究學習的活動中能力得到了提高.

第三步:問題設計,綜合創新

培養學生的創新意識和綜合能力是物理教學的核心目標,應貫穿在復習教學的全過程.我們的做法是:精心設計一些開放性問題,引動學生變換問題,進行發散.旨在培養學生的創新意識和綜合能力.復習教學中,我們給學生設計了這樣一些問題:

問題9.所給器材中有電壓表、電流表各1只,還有定值電阻等,但電壓表量程太小,讓學生設計測量電路.(問題設計意圖:電壓表量程太小,必須將電壓表擴大量程再進行測量.)

圖6

例4.用下列器材,測定小燈泡的額定功率,畫出實驗電路圖.

A.待測小燈泡,額定電壓6 V,額定功率約為 3 W.

B.電流表:量程 0.6 A,內阻約為 0.5 Ω.

C.電壓表:量程3 V、內阻約為5 kΩ.

D.滑動變阻器 R:最大阻值20 Ω,額定電流1 A.

E.電源:電動勢10 V,內阻很小.

F.定值電阻 R0=10 kΩ.

G.開關1個,導線若干.

問題10.所給器材中無電壓表、有電流表兩只,還有定值電阻等,讓學生設計測量電路.(問題設計意圖:必須將電流表改裝成電壓表再進行測量.)

例5.要測定一個自感系數很大的線圈L的直流電阻,實驗室提供下列器材:

①待測線圈 L,阻值約為2 Ω,額定電流為2 A.

②電流表 A1,量程為0.6 A,內阻約為0.2 Ω.

③電流表 A2,量程為3 A,內阻約為0.2 Ω.

④變阻器 R1,阻值為0～10 Ω,變阻器 R2阻值為 0～1 kΩ.

⑤電池 E,電動勢為9 V,內阻很小.

⑥定值電阻 R3=10 Ω,R4=100 Ω.

⑦開關S1,S2.

要求實驗時,改變變阻器的阻值,可使在盡可能大的范圍內測得多組 A1表,A2表的讀數 I1,I2,然后利用I1-I2的圖像,求出電感線圈的電阻.

圖7

(1)實驗中定值電阻應選用R3,變阻器應選用R1.

(2)請在方框內畫出電路圖.(答:如圖7)

(3)實驗結束時應先斷開開關S2.

(4)實驗測得數據如圖8所示,則電感線圈的直流電阻值為2.0Ω.(保留兩位有效數字)

圖8

問題11.所給器材中有電流表、電壓表等,但電壓表的量程太大.讓學生設計測量電路.(問題設計目的:用所給較大量程的電流表代替電壓表使用.)

例6.從表1中選出適當的實驗器材,設計一電路來測量“金屬絲的電阻率”,要求方便簡捷,有盡可能高的測量精度,并能測得多組數據.畫出電路圖,并標明所示用器材的代號.

表1

分析:(1)因為電源電動勢E=1.5 V,而電壓表量程為10 V,用此電壓表測量電壓偏轉角度太小,相對誤差太大,所以不選用電壓表.已知內阻的電流表可測電壓,所以選用A1或A2測電壓,對于兩個電表分析如下.

電流表(A1):量程 10 mA,內阻 r1=40 Ω,能測量的最大電壓為0.40 V.

電流表(A2):量程500 μ A,內阻 r2=750 Ω,能測量的最大電壓為0.375 V.

電流表(A1)的電阻與電阻絲電阻接近,電流表(A2)與電阻絲串聯后用電流表(A1)測量其電壓時,兩表讀數誤差較小.

圖9

電源電壓超過電流能夠承受的最大電壓,為保護兩個電流表,給它們串聯一個保護電阻 R1,使電流表(A2)承受的電壓約為0.5 V以下.測量電路如圖9.

問題12.所給器材中,有電壓表和電流表,還有電阻箱等,但電流表的量程太大(問題設計目的:電阻箱當作電流表使用.)

例7.為了測量量程為3 V的電壓表V的內阻(內阻約2 000 Ω),實驗室可以提供的器材有:電流表 A1,量程為 0.6 A,內阻約為0.1 Ω;電壓表V2,量程為 5 V,內阻約為3 500 Ω;電阻箱 R1的阻值范圍為0～9 999 Ω;電阻箱 R2阻值范圍為0～99.9 Ω;滑動變阻器 R3的最大阻值約為100 Ω,額定電流1.5 A;電源 E,電動勢6 V,內阻約 0.5 Ω;單刀單擲開關S,導線若干.

請從上述器材中選擇必要的器材,設計一個測量電壓表V的內阻的實驗電路,畫出電路原理圖(圖中的元件要用題中相應的英文字母標注),要求測量盡量準確,并寫出計算電壓表V的內阻 RV的計算公式.

如果將電阻箱與待測表串聯,由于電阻箱的電阻值可以讀出,只要能測出電阻箱兩端的電壓,就可以算出通過電阻箱的電流即為IV.此處電阻箱充當了電流表的角色,測量電路原理圖設計如圖10所示.

圖10

圖11

例8.小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大.某學生為研究這一現象,用實驗描繪小燈泡的伏安特性曲線.要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化,且能盡量消除系統誤差,在方框內畫出實驗電路圖.

實驗可供選擇的器材有:

A.小燈泡(2.5 V,1.2 W).

B.電流表(量程 0～ 0.6 A,內阻為 1 Ω).

C.電壓表(量程0～3 V,內阻未知).

D.滑動變阻器(0～ 10 Ω,額定電流 1 A).

E.滑動變阻器(0～5 Ω,額定電流0.5 A).

F.電源(E=3 V,內阻不計).

G.定值定阻 R0(阻值 R0=6 Ω).

H.開關1個和導線若干.

(答案:如圖11)

我們還設計了以下探究性問題供學生課后研究性學習.(問題設計目的:拓寬實驗視野,培養發散思維)

問題14.能否用伏安法測發熱電阻膜的厚度?(1996年上海高考四5)

問題15.能否用伏安法探究鹽水溶液的電阻率與濃度的關系?(2008年重慶理綜22②)

問題16.能否用伏安法測電容器的容量?(高電阻放電法)

通過以上層層遞進的三步復習和環環相扣的問題探究,使學生充分地認識到:測量電阻最基本的方法是伏安法,而“替代”法、“伏伏”法、“安安”法、“加 R”法等測量電阻的新方法是伏安法的原理同具體的測量實際相結合的產物,是對伏安法測電阻的原理的豐富和發展.如果學生掌握了這一電阻測量的新理論,具體問題具體分析,就能創造性地完成電阻測量這一類設計性實驗,由此獲得的實驗素養和能力也必將為以后的學習和研究帶來巨大的好處.