基于核心素養的高中物理實驗教學設計
——以“多用電表的原理”教學為例

(山東省濟南市歷城第二中學，山東 濟南 250105)

1 問題的提出

“多用電表的原理”選自人教版高中物理選修3-1第二章第八節，教科書中先是通過一個閉合電路歐姆定律的例題，讓學生在分析和解答的過程中，體會電阻值和電流表讀數具有一一對應的關系，引導學生聯想到電流表的讀數可以反映出電阻阻值大小，揭示歐姆表的原理和改裝依據，繼而再拓展到多用電表。這樣設計的目的是使學生在原有的體驗中學習新知識，但是筆者認為其中也存在著一定的缺陷：直接把歐姆表擺在學生眼前，沒有把物理知識與實踐情境相關聯，會讓學生對歐姆表的內部構造缺乏深刻認識。

2 設計理念

基于提升學生物理核心素養的要求，筆者在教學中作了變通，沒有照搬教材的設計思路，采用實驗教學。通過利用自制教具的情景式導入，培養學生用物理觀念解決實際問題的意識；通過層層遞進的問題驅動式教學，培養學生嚴謹的科學思維；通過分組探究實驗，讓學生大膽創新，提升學生的科學探究能力，同時培養學生的科學態度和社會責任感。

3 教學目標

(1) 通過對歐姆表原理的討論分析，進一步提高學生應用閉合電路歐姆定律分析問題的能力。

(2) 了解歐姆表的基本結構和刻度特點，知道多用電表的測量功能。

(3) 在學生動手實驗的過程中，提升學生合作意識、科學探究能力以及將實際問題轉換成物理模型的能力，提高學生的創新能力，增強學生的科學態度和社會責任感。

(4) 通過易于測量的電流來測定難以測量的電阻，讓學生體會“轉換”的思想。在“一”到“多”的轉換中，品味變化之美。

4 教學過程

4.1 教具展示，形成觀念

圖1

在新課開始時教師先賣個關子，問學生平時在實驗室是怎么測電阻的，學生大都回答用伏安法，此時給學生展示自制的神秘儀器(如圖1)，利用自制儀器可以快速測出待測電阻的阻值。學生可以用圓珠筆里的彈簧、自動鉛筆里的鉛等體驗一下。待學生的興趣及好奇心被激發后，把貼上的歐姆表表盤撕掉，學生們驚訝地發現，原來這就是一只普通的電流表！在提高學生學習興趣的同時，引出這節課的主要任務：把電流表改裝成測電阻的歐姆表。

4.2 問題驅動，啟發思維

接下來運用問題驅動式教學，一層層揭秘歐姆表的內部構造，使學生對歐姆表的改裝有較深的認識。

問題1：要用電流表來測電阻，如何形成電流回路？也就是說歐姆表里需要有哪些電學元件？

要想形成電流回路，得有電源，這樣就使學生明確了改裝歐姆表需要用到電源、電流表表頭、滑動變阻器等器材(如圖2)。

圖2

圖3

問題2：如何確保在測量任意大小的電阻時，電流表讀數均不超過量程？

學生很快就想到：將A、B直接相接，調節滑動變阻器使電流表剛好滿偏，保持滑動變阻器觸頭位置不變，那么換成其他任何不為零的電阻，電流表讀數都不可能超量程了，這其實是讓學生明確了歐姆表調零的意義。

問題3：在測未知電阻Rx時，如何根據電流表的讀數讀出待測電阻的阻值呢？

這就涉及了歐姆表的原理(如圖3)，并把閉合電路歐姆定律滲透進去了，學生會發現電流與電阻有一一對應關系。

倘若我們每次測電阻時，都要把相應的電流表讀數代入閉合電路歐姆定律方程，去計算電阻的阻值，會顯得很麻煩！啟發學生能不能去尋找一個一勞永逸的辦法，可否不用每次都計算，直接讀數，以方便人們去使用？以此來激發學生的創新能力，增強學生科學態度與社會責任感。

4.3 分組實驗，體驗探究過程

學生利用所提供的器材分組討論方案，并完成實驗：把電流表改裝成歐姆表，將相應的電流表表盤改換成歐姆表表盤。

為每個學習小組提供以下器材：干電池、0.6A量程電流表、0—10Ω滑動變阻器、最大阻值為999.9Ω的電阻箱、10Ω定值電阻等。其中電流表的表盤上貼上了修正紙，方便學生修改表盤。學生通過小組討論后會想到可以用電阻箱充當待測電阻，這樣可以直接讀出待測電阻的阻值以便標記。

4.4 成果展示，品嘗成功喜悅

實驗完成后，學生爭先恐后地去展示自己的成果，學生不僅能在表面上發現歐姆表表盤數字大小順序與電流表相反、刻度不均勻等特點，也能從原理上給予解釋。把滑動變阻器和電源裝入黑箱中，只留下歐姆表表盤和兩根測量線，學生就自制出來了一只歐姆表。為了使學生能夠品嘗成功喜悅，接下來設計了這樣一個環節：“有幾個定值電阻的阻值老師搞不清楚了，麻煩同學們利用自己改裝的歐姆表，幫老師測量一下并貼上標簽。”學生們都能積極地測量。

4.5 拓展提升，升華情感

學生明確了電流表、電壓表、歐姆表的內部構造后，把它們的功能整合在一起稱為“三用電表”(如圖4)，進而拓展成多用電表也就水到渠成了。在拓展的過程中使學生體會轉換的思想，品味物理變化之美。

圖5

多用電表在生活中具有很重要的作用，可以用來維修電學儀器，檢查電路故障等，給學生展示多用電表的內部構造(如圖5)，學生發現它和自己的改裝思路相同，以增強學生對實驗探究的自信心。告訴學生這節課重現了科學家發明多用電表的歷程，希望大家一直保持實驗探究的熱情，以后能為物理學的發展、為科技的進步貢獻自己的力量，以此來培養學生的科學態度和社會責任感。

5 結語

核心素養的提升并不是一朝一夕的事情，這就需要教師樹立以人為本的教育理念，培養學生終身學習的能力；需要教師重視實驗教學，倡導科技創新，培養實踐能力；需要教師在情境創設上下功夫，重視問題設置，通過問題解決來提升學生的思維品質。