試探游標卡尺有效教學策略

黃吉榮+周新雅+肖三保+沈文君

【摘 要】游標卡尺是一種比較精密且其構造相對復雜的測量儀器，是高中物理實驗的基本測量工具，如何應用游標卡尺測量長度是學生必須掌握的內容。當前關于游標卡尺教學的研究大多側重于為應試而教的研究，學生學習的知識是支離破碎的，這與新課改理念是不符的。在新課改背景下，教師不僅要傳授專業必需的理論知識，更應注重學生物理思維的培養。本文將從游標卡尺的結構原理出發，試探游標卡尺行之有效的教學策略。

【關鍵詞】游標卡尺;新課改;有效教學

1.游標卡尺教學

在教學過程中，游標卡尺的結構與原理是不容易被理解的，本文將從學生原有認知出發，使游標卡尺這個完整的物理模型在學生的腦海中逐步構建，其教學分為三個部分： ①卡的教學②游標的教學，游標卡尺的讀數。在卡的教學過程中主要是向學生構建一把既可以測內外徑又可以測深度的“多功能尺子”，為了突出重點游標卡尺游標部分的刻度只露出零刻度線其余部分先用膠布遮住。游標的教學主要內容是游標卡尺的游標測微原理，為了講清這一原理本文將借助多媒體演示法放大主尺，并在小數毫米部分刻上假想的刻度線，講清楚這些假想的刻度線是怎樣“分散”在游標刻度上的。最后通過小組練習使用游標卡尺進行讀數，總結游標卡尺的讀數方法與技巧。

1.1卡尺的教學

卡的教學主要針對游標卡尺具有多種測量功能，即：①外量爪可測量工件的厚度或外徑。②內量爪可測量工件的槽寬或內徑。③深度尺可測量工件的深度。游標卡尺最大的特點之一就在于游標卡尺中“卡”的由來，上世紀六七十年代機械制造廠的師傅一般都借助一種叫“卡鉗”的工具去測量工具的內外徑，卡鉗按其功能分為“內卡”與“外卡”，分別用于測量工件的內外徑，如圖1所示。由“卡鉗”過渡到游標卡尺卡的教學當中是及其符合邏輯的。在實施卡尺的教學過程中，教學重點就在于怎么去構建這種“多功能的尺子”及怎么樣去讀數。

首先，新課導入部分根據游標卡尺名稱中“卡”的由來向學生展示需要測量的工件、內外卡鉗、直尺及游標卡尺（游標部分的刻度只露出零刻度線其余部分先用膠布遮住）。

圖1：內卡鉗測內徑 ? 圖2：外卡鉗測外徑

引導學生應用卡鉗（本身沒有刻度）配合刻度尺使用去測量工件的內外徑，如圖1、2所示，然后對照游標卡尺的結構與功能，與卡鉗進行比較。從而設計出這樣一把可以直接測量工件內外徑及深度的“多功能的尺子”，接著引導學生利用游標卡尺測量工件，測量數據=整毫米數值+估計小數毫米數值。測量過程中強調測量的長度是主尺零刻度線與活動尺零刻度線之間的距離，同時也有人認為測量的長度可以遵循平行四邊性原則。

上述測量過程中是需要估讀不能精確的測量工件的尺寸，最后向學生提出問題怎樣才能更加精確測量工件。接著讓同學們把游標卡尺遮住副尺刻度線的膠布扯掉，引導學生進行討論并思考活動尺刻度線的作用。

1.2游標的教學

一般情況下，刻度尺能準確的讀取測量值的整數毫米部分，小數毫米只能依靠人的肉眼進行估讀，又由于人肉眼的分辨能力的局限性也不可能在一毫米刻度內刻更多的刻度來增加精確度。如果我們能夠把一毫米的刻度放大或者分散開的話，這樣就可以精確的讀取數據。根據這樣的物理思維再結合現代教育技術引導學生發現問題、解決問題，從而讓學生理解游標測微原理。

（1）以10分度游標卡尺（0.1mm）為例，解讀其刻線的原理

游標卡尺主尺是以cm為單位將其換算為mm，每一小格為1mm。當主尺與游標尺的0刻度線對齊時，游標尺的第10格剛好與主尺的第9mm格數線重合。由此可知，游標尺總長為9mm，平均分成10份，每一小格為0.9mm，即游標每一小格與主尺每一小格的長度相差1mm-0.9mm=0.1mm。通常講到這里老師就會下結論其精度就是0.1mm，然后將不同規格的游標卡尺向學生展示，要求學生確定其精度，而這里往往就是學生不理解游標測微原理的地方。

為了講清這一原理本文將采用多媒體演示法，從學生原有認知出發將游標卡尺放大并在主尺的一毫米格內添加假想的刻度線平均分成10份，這樣游標卡尺主尺的精度就變為0.1mm，使游標卡尺的精確度增加，提問學生如果要使其更加精確那就需要在1mm的小格內刻更多的刻度線，這樣的方法是不可行的。從而引導把注意力放到游標上，假設要測量線度為0.1mm的物體時，此時游標尺的0刻度線與假想的第一根刻度線重合，還有一個重要發現，由于游標每一小格與主尺每一小格的長度相差0.1mm，物體線度剛好將其補齊，從而使游標的第1根刻度線與主尺的第1根毫米刻度線重合，如圖3所示，物體的線度1mm-0.9mm=0.1mm。老師進一步推演，當游標尺的0刻度線與假想的第n根刻度線重合時，游標的第n根刻度線與主尺的第n根毫米刻度線重合，物體的線度為n-0.9n=0.1n（mm），由此得出結論：毫米小數部分的測量跟游標刻度線與主尺刻度線那根對齊，對于第n根對齊則小數毫米部分的讀數：n-0.9n=0.1n（mm）。這就是它能測量的最小長度，即其精確度。同理對于精度為0.05mm的游標卡尺，其游標刻度把主尺19格（19mm）平均分成20份，每一小格長度19/20mm=0.95mm，游標每一小格與主尺每一小格的長度相差1mm-0.95mm=0.05mm;精度為0.02mm的游標卡尺，其游標刻度把主尺49格（49mm）平均分成50份，每一小格長度49＼50=0.98mm，游標每一小格與主尺每一小格的長度相差1mm-0.98mm=0.02mm。

最后教師進行概括：利用游標刻度和主尺刻度微小差距值來實現對微小值的精確，其實是通過人眼分辨刻度線是否對齊的優勢，將主尺刻度線對齊的游標刻度線來確定微小值是補了多少游標長度，把估讀轉變為刻度線是否對齊從而精確讀出小數毫米部分的量值。

（2）游標卡尺精確度與游標刻度線分布的距離的關系

游標卡尺精確度是否與游標刻度線分布的長度有關？筆者使用Microsoft PowerPoint制作了如圖4所示游標刻度分布19mm長的游標卡尺，要求學生確定其精度。

最后得出結論：游標卡尺精確度取決于將1mm分為多少份，而與把1mm分布在多大距離內無關。而游標卡尺精確度是以人眼的分辨對齊刻度線的能力為基礎的，實驗表明通常情況下人眼能分辨相距0.012-0.013mm的一對刻度線。為此游標卡尺的精確極限為0.02mm。

1.3游標卡尺的讀數

本文將游標卡尺的讀數讀取分為整毫米數、小數毫米數兩個部分。在此之前首先要確定游標卡尺的精確度。精確度的確定前面已經講過，在此不再累贅。

整毫米數的讀取：將主尺上的厘米換算為毫米，看游標尺上“0”線左邊挨得最近那根主尺上刻線的數值，先讀出整毫米數。

小數毫米數的讀取：為提高準確率，可先觀察游標上“0”線在主尺上的準確位置，以10分度（0.1mm）的游標卡尺為例，當游標上“0”線在主尺刻線上小于一半時，對齊線應在游標“5”線的左邊找。反之，“0”線大于一半時應在游標“5”線右邊找，最后確定游標尺上的第幾條刻度線與主尺刻線對齊，小數毫米數等于游標刻度線數乘以游標卡尺精確度。

游標卡尺是高中實驗的基本測量工具，是學生必須要掌握的內容之一。為此對于游標卡尺的教學教師要肯花時間，注重教學效益。用行之有效的方法把游標卡尺結構與原理講清楚講透徹，使學生對游標卡尺的構造有清晰的了解，這是對我們作為物理教師的基本要求。

【參考文獻】

[1]顧慶裕.小議游標卡尺[J].中學物理，2010.28（17）：1-2

[2]王偉東.關于游標卡尺的教學策略研究：[碩士學位論文].廣西：廣西師范大學物理與通信電子學院，2007

[3]劉德路.教學用游標卡尺質量標準剖析[J].教學儀器與實驗，1995.（4-5）：79

（作者單位：江西師范大學理電學院）