淺談高中理化實驗器材的創新策略

祿克靜

【內容摘要】高中理化是以實驗為基礎的學科，教師引導學生進行實驗器材的創新性使用，不僅能夠提高學生對知識的理解，同時也能幫助學生的更好的掌握理化實驗目的、原理和過程，從而促進學生思維能力和創新能力的發展，提高學生的素養。筆者結合高中物理的實驗教學經驗，對高中理化實驗器材的創新應用與大家進行探討，希望能夠給大家帶來一定的幫助和借鑒意義。

【關鍵詞】高中教學 ?理化實驗 ?器材創新應用

高中物理和化學知識具有很多的共性，在理化實驗中進行創新，不僅可以讓學生更好的掌握本學科的知識，還能提升學生的跨學科探究能力，將知識串聯起來，達到學以致用的目的，這也是新課程改革提倡的教育方法。在高中理化實驗中教師引導學生從教材實驗內容出發，根據知識的交匯進行理化實驗，對實驗器材進行創新應用，不僅能滿足學生實驗的要求，同時也能提升學生的知識實驗探究能力和實際操作能力，實現高效教學的目的。

一、基于教材，挖掘實驗原理

教材中的實驗是最基礎和最典型的實驗，是幫助學生掌握實驗原理，提高實驗方法和實現實驗數據優化處理的良好素材。教材中的實驗是學生進行物理規律發現和探究的前提與基礎，基于教材的深入探究才是符合學生認知規律，提升學生的實驗探究能力的有效方法。下面筆者以“測定電池的電動勢和內阻”實驗為例，對理化實驗的創新進行深入的探究。

1.實驗設計

教材中對于“測定電池的電動勢和內阻”實驗設計非常人性化，也切合學生的實際，指出實驗可以有多種的思路和方法，并對伏安法、安阻法、伏阻法進行了羅列，其實驗設計原理圖如下：

實驗設計雖然不同，但是本質都是相同的，即電源電動勢等于內外電壓之和，具體為圖（a）E=U+Ir、圖（b）E=IR+Ir、圖（c）E=U+ ? ?r，簡化后可以表示為：E=UR+Ur。既然實驗原理一樣，假設所用的電表都是理想電表的話，那么是不是這三個實驗效果一樣，還是各有所長呢？

2.實驗方案的比較

實驗方案的優劣我們可以從物理量的關系和實驗的操作關系上進行，在物理量關系上，分別對上面的式子根據直接測出量進行變形，則有圖（a）U=E-Ir、圖（b）I= ? ? ?、圖（c）U= ? ? ?R，這樣，從直接測出的物理量來說，伏安法比較有優勢，可以直接得出U和I之間的線性關系，而安阻法和伏阻法并不能直接得出，需要繼續變形可以得出其倒數的線性關系。在操作的便捷上，伏安法需要同時讀出兩個電表的讀數，而安阻法和伏阻法只需要讀出一個電表的讀數即可，可見安阻法和伏阻法在操作上更具有優勢，如果是分組實驗的話，二者操作時間基本一致，伏安法可以安排兩個學生分別讀數記錄，而安阻法和伏阻法只需要一個即可。那么，在不限定時間的情況下，這三種測量方案那種更有優勢呢？

二、高于教材，嘗試實驗創新

在掌握了物理“測定電池的電動勢和內阻”實驗的基本原理和方法以后，如何進行更深入的探究和應用呢，是否可以將實驗拓展到更廣闊的領域呢？答案是顯而易的。比如在高中化學的“原電池原理及應用”的學習中，學生對原電池的原理和應用基本掌握，然后設想是否生物電池也可以組成能夠測量的原電池呢？以生活中常見的蘋果為材料，并從廢舊電池的表面將鋅回收，洗滌后制作成條狀，并找來一些銅片，先將鋅片和銅片插入蘋果中，通過干電池來校驗電流計偏轉與水果電池正負極的關系，通過導線和電流計將銅片和鋅片連接起來，電流計偏轉，說明水果電池制作成功。

猜想：水果電池的電動勢和內阻可以通過物理實驗的方法測出嗎？

分析：水果電池的內阻很大，因此只要實驗迅速，在水果電池電動勢和內阻穩定的時間內，理論上是可以進行測量的。那么，上面的三個方案都可以嗎？

從實驗的原理上來說，圖（a）中實驗的前提是電壓表測量的是路端電壓，電流表測量干路電流，這樣就要求滑動變阻器與電池內阻具有可比性，由于水果電池的內阻很大，電壓表的分流作用會對實驗造成較大誤差。同樣在圖（c）中的設計電路中，電壓表也具有分流作用，導致實驗誤差較大。在伏安法和伏阻法實驗中，前提是干路電流以

為主，當所測電池內阻非常大的時候，就會使伏安法和伏阻法的測量誤差加大，從而導致實驗結果不準確。因此，圖（b）不受電壓表的分流影響，可以測量水果電池的電動勢和內阻。

這時，有同學認為，對伏安法進行改進（如上圖），也可以測量水果電池的電動勢和內阻，相對與電壓表和水果電池的內阻，電流表的電阻較小，完全忽略對電壓表的分壓作用，基本不會對實驗造成實際的影響，因此可以測量多組數據，并通過U=E-Ir的圖像進行描點，準確的測出水果電池的電動勢和內阻。

總而言之，在新課改素質教育的背景下，教師要引導學生進行主動地、積極地學習，以教材為基礎，不斷地進行橫向和縱向的拓展，開闊學生的視野，發展學生的思維能力，從而有效的培養學生的學科素養。

【參考文獻】

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[2] 高峰. 高中化學校本教研的行動研究[A]. 《當代教育評論》2017第6輯[C]. 2017.

（作者單位：甘肅省金昌市第二中學）