在實驗教學中落實物理核心素養的 培養策略

摘?要：科學思維能力和科學探究能力是核心素養的重要方面，本文以一道高考題為切入點，進一步分析如何在實驗教學中培養學生的能力，讓學生體驗知識形成的過程，落實核心素養的培養。

關鍵詞：核心素養;實驗教學;歐姆表改裝

2019年高考物理試題深入貫徹教育大會精神落實立德樹人根本任務，倡導德、智、體、美、勞“五育并舉”。依托“一核四層四翼”的高考評價體系，考查內容方面以學科素養為導向，突出基礎性，突出學科主干內容;加強理論聯系實際，創新試題情境設計，增強試題與體育運動、生產勞動的聯系。2019年高考全國卷三第23題，考查了歐姆表的改裝原理、刻度的設計以及校準，要求學生熟知實驗原理，試題落實了從“解題”向“解決問題”轉變的考核理念。引導中學開好實驗課，促進學生物理學科素養的培養。

【原題】?某同學欲將內阻為98.5Ω、量程為100μA的電流表改裝成歐姆表并進行刻度和校準，要求改裝后歐姆表的15kΩ刻度正好對應電流表表盤的50μA刻度。可選用的器材還有：定值電阻R0（阻值14kΩ），滑動變阻器R1（最大阻值1500Ω），滑動變阻器R2（最大阻值500Ω），電阻箱（0～99999.9Ω），干電池（E=1.5V，r=1.5Ω），紅、黑表筆和導線若干。

（1）歐姆表設計

將圖1（a）中的實物連線組成歐姆表。歐姆表改裝好后，滑動變阻器R接入電路的電阻應為????Ω：滑動變阻器選????（填“R1”或“R2”）。

（2）刻度歐姆表表盤

通過計算，對整個表盤進行電阻刻度，如圖1（b）所示。表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75，則a、b處的電阻刻度分別為????、????。

（3）校準

紅、黑表筆短接，調節滑動變阻器，使歐姆表指針指向????kΩ處;將紅、黑表筆與電阻箱連接，記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及歐姆表上對應的測量值，完成校準數據測量。若校準某刻度時，電阻箱旋鈕位置如圖1（c）所示，則電阻箱接入的阻值為????Ω。

一、 解析

（1）連線如圖2：根據歐姆表的改裝原理，當電流計滿偏時，則Ig=Er+R0+R，解得R=900Ω;為了滑動變阻器的安全，則滑動變阻器選擇R1;

（2）在a處，14Ig=Er+R0+R+Rxa，解得Rxa=45kΩ;在b處，則34Ig=Er+R0+R+Rxb，解得Rxb=5kΩ;

（3）校準：紅黑表筆短接，調節滑動變阻器，使歐姆表指針指到0kΩ處;由圖可知，電阻箱接入的電阻為：R=35000.0Ω。

二、 試題評析

該試題考查了歐姆表的改裝原理，表盤刻度的設計原理以及歐姆表的校準，既考查了學生的科學思維能力，也考查了學生的實踐操作能力。從試題的素材上看，立足真實的問題情景，體現了理論聯系實際的考試特點。

其中第（1）問中要求學生理解歐姆表的改裝原理，根據題目中給出的數據推算出歐姆表的內阻，選擇合適的滑動變阻器;根據歐姆表的改裝原理連接實物圖，進一步考查了滑動變阻器的接法、電表的接法、紅黑表筆與電源正負極的連接。第（2）問中考查了歐姆表刻度盤的設計原理，待測電阻與電流表的示數的對應關系。體現了近年來的命題特點——重視原理和方法的考查。第（3）問中考查了歐姆調零問題及歐姆表的校準問題，進一步對學生實驗操作能力進行考查。

三、 教學的啟示

（一）實驗原理的教學——培養學生的科學思維能力和科學探究能力

歐姆表的改裝實驗是高中物理實驗中較難的一個實驗，高考的考查頻率較高，實驗原理較為復雜，以往教學中一般都采用講授式教學，學生被動地接受往往知其然而不知其所以然，對原理也是一知半解。如何在實驗教學中引導學生發現問題、分析問題、提出探究方案、分析數據、發現規律、解決問題是本文所要討論的主要目的。在解決問題的過程中培養學生的科學思維能力及科學探究能力。

（二）動手操作是實驗的基礎——培養學生的科學態度

在【原題】中的第（2）問，我們對表盤進行電阻刻度，根據R中=R內+r+R0+R①，Rg+R+r=EIg=R內②、和Rx=EI-R內③式，引導學生計算出不同電流對應的電阻值填在表1中。

把電流表的刻度改標為對應電阻的阻值，如圖3。請同學們觀察歐姆表的刻度有何特點？

在對表盤進行電阻刻度時，為了方便讀數，設計出如下的表格，將對應的電流值填入表2中。

利用表2的數據對電流表的刻度重新標出對應的電阻值，如圖4。

通過具體的數據使學生更好地理解歐姆表的刻度盤“左大右小，左密右疏”的特點。向學生說明測量電阻時指針指在表盤中間附近誤差最小。

在【原題】中的第（3）問中考查歐姆表的使用注意事項，首先應使紅黑表筆短接，調節滑動變阻器的阻值，使電流達到滿偏（電阻的0kΩ），進行歐姆調零，在理解實驗原理的基礎上較容易理解為什么要進行歐姆調零。

（三）聯系生活實際，立足能力形成觀念

生活中的歐姆表是倍率可調的，如何實現歐姆表倍率的調節？可指導學生拆開壞的歐姆表，觀察其內部結構，發現只有一個電源，倍率的調節是通過改變接入電路中的電阻實現的，引導學生思考應該串聯上一定值電阻還是并聯一定值電阻？若串聯一定值電阻，并不會改變電路中的滿偏電流Ig，不會影響電路中的R內，故無法改變歐姆表的倍率。根據電流表的改裝原理，需并聯一定值電阻改變閉合回路中的總電流為10Ig、100Ig、1000Ig，使歐姆表的倍率變為原來的110、1100、11000。

在【原題】中可以設計第（4）問：若不換電流表和電池以及歐姆表的刻度盤，把上述的歐姆表改裝成R×100倍率的歐姆表，需在圖示（如圖5）中????（填“ab間”或“bc間）位置接入????Ω的電阻。

使倍率減小10倍，閉合回路的總電流應變為10Ig，需在bc間接入電阻R1，由①、②式得R′中=R′內=E10Ig=110R中。根據并聯電路的特點9IgR1=Ig（Rg+R+R0）④，R′中=110R中=1500Ω⑤。由④、⑤式得R1=1665Ω，滑動變阻器R的阻值應由原來的900Ω調至886.5Ω。滑動變阻器起到歐姆調零的作用，通過計算讓學生體會，歐姆調零旋鈕在電路中的作用，理解更換量程就要重新歐姆調零的原因。

根據近年高考試題的特點，物理課堂的教學應關注聯系生活實際，關注社會發展和科技前沿，立足問題解決能力的培養。作為一線教師合理的設計教學的各個環節，使學生的物理核心素養得到提高，實現立德樹人的教育目標。

參考文獻：

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[3]陳水勇.核心素養導向下“層進式問題串”的教學設計：以“電流表改裝成歐姆表”為例[J].物理教師，2019（5）.

[4]汪海林.“歐姆表改裝”教學中需講清的幾個問題[J].中學物理教學參考，2010（1-2）.

作者簡介：

張林，廣東省廣州市，廣州市從化區流溪中學。