基于實驗資源整合的復習課教學研究

李暉

[摘 ? 要]物理是基于實驗與觀察的自然學科，物理教學離不開實驗，物理實驗可以引導學生很好地學習物理知識。但在實際教學中，有的教師不自覺地將物理理論學習與物理實驗分隔開來，這樣不利于學生學習。在物理教學中，尤其是在復習課教學中，有效利用實驗資源能提高教學實效。

[關鍵詞]實驗資源整合;復習課;實驗設計

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）32-0044-03

《全日制義務教育物理課程標準》中關于課標的實施建議第二條：發揮實驗在物理教學中的重要作用。實驗是物理教學的重要組成部分，也是落實學生科學素養的關鍵所在。在復習課中，如何發揮實驗的主體作用從而實現高效復習呢？筆者基于課標，合理整合實驗資源，以實驗為驅動，讓學生產生主動而深入的思考。本文以《測量小燈泡電功率》為例，談談利用實驗資源開展復習課教學。

一、基于課標，確立目標

首先，測量小燈泡的電功率屬于“課標”中一級主題“能量”中的二級主題“電磁能”，“課標”的要求是結合實例理解電功和電功率;知道用電器的額定功率和實際功率。依據課標，可以把本部分內容拆分成以下幾個子任務：

1.理解電功率的概念，知道電功率是描述電流做功快慢的物理量，是電流做功多少與做功時間的比。

2.能利用電功率的定義式或推導式進行簡單的計算，并設計實驗測量電功率。

3.能區分額定功率和實際功率，知道不同的工作狀態下，用電器的電功率是不一樣的。

4.從能量轉化角度理解能耗的不同及電能轉化為其他形式的能的效率。

二、基于目標，逆向設計

教學目標既是起點，也是終點，為了完美完成本節內容的復習任務，可從以下三個角度進行設計。

1.技能角度：會選擇合適的器材連接電路，并能排除故障完成小燈泡功率的測量。

2.認知角度：通過實驗數據的分析，認識額定功率和實際功率，并會簡單計算。

3.觀念角度：了解測量電功率的其他方法，知道功率和能耗之間的聯系，并樹立節能環保的意識。

會測量是學生必備的實驗技能，要想讓學生能夠熟練測量，就必須讓他們親歷測量過程，親歷測量過程中的障礙和困難，激發他們對問題解決的思考。因此，本節復習課著重：①讓學生從安全實驗的角度選擇器材，并自行連接電路;②用一般的方法排除電路故障，讓學生在真實的實驗環境中發現問題，并利用已有的知識動手解決;③延伸課本基礎實驗，利用單表（只有一個電壓表或電流表）測量燈泡的電功率，加深學生對測量原理的理解;④學會測量生活中白熾燈的功率;⑤借助說明書，知道新工具的使用，借助數字化儀器分析功率和能耗的關系等。并由此確定了本節課的設計脈絡：

三、任務指引，實驗驅動

情境置入：多個家用吊燈當中有一個不亮，在更換燈泡時，我們要先看看燈泡的規格（銘牌），例如顯示為2.5 W，生活中所有用電器上都有這樣的標識，我們稱為額定功率。

任務：某燈泡的銘牌上標有2.5 V字樣，其他參數模糊不清，小燈泡電阻約為10 Ω，請設計方案測定小燈泡的額定功率。

問題1.怎樣設計電路？你的依據是什么？

回憶前面“電功”中所學的內容，知道[P=Wt=UItt=UI]，依據測量物理量的需要，可以設計出伏安法測電阻的電路，然后對問題設置情境，給出的器材有：電壓約為4.5伏的電源，規格不同的滑動變阻器（A.5 Ω，3 A;B.20 Ω，2 A;C.200 Ω，1.25A），電壓表、電流表、定值電阻一個，開關三個，導線若干，選擇合適的器材連接電路。

設計意圖：引導學生根據串聯分壓計算出滑動變阻器的最大阻值至少需要8 Ω，因此只能選擇B或C。由實際需要加強對串聯電路中電學量的計算練習，這樣既復習了歐姆定律的相關內容，也解決了器材的選擇問題。進一步思考，發現最大阻值200 Ω不方便在本實驗中調節電路，因此確定滑動變阻器B為選定器材，同時基于讀數準確性的需要，確定電流表和電壓表的量程都接小量程，最后連接實驗電路。

問題2.正確連接電路后，閉合開關，你的燈泡亮了沒有？不亮的原因可能是什么？如何檢測？

設計意圖：在學生分組實驗中預設了兩組故障，一組燈泡斷路，另一組燈泡短路。通過設置故障訓練學生排除故障的能力。對斷路情況，學生基于實際實驗操作，發現電壓表示數超過了量程，電流表示數為零。進一步將電壓表量程由0～3 V更換為0～15 V，發現電壓表示數接近電源電壓，由歐姆定律知識可以判斷故障為燈泡斷路。短路情況，則可根據“電壓表無示數，電流表示數很大”來加以判斷。無論是何種故障，都是學生在實驗過程中排查出來的，同時由學生自己歸納總結：

a.電流表有示數：電流表所在回路短路。

b.電流表無示數：電流表所在回路某處斷路。

c.電壓表有示數：電壓表兩接線柱與電源兩極之間連通，且與電壓表并聯的原件無短路。

d.電壓表無示數：與電壓表并聯的電路或元件短路或者電壓表兩接線柱與電源的兩極之間某處斷路。

在電路完好連接的基礎上，教師給出自測數據：

通過自測數據的計算，得出小燈泡的額定功率為0.70 W，同時將其與學生測量的結果0.75 W進行對比分析，尋找測量結果不一致的原因。

設計意圖：測量實驗在尊重事實的基礎上允許有誤差存在，由學生實驗數據的差異分析原因。

1.可能是導線不同引發系統誤差。

2.燈泡的出廠規格略有差異。

3.電流表讀數有誤差。

測量性實驗對結果的誤差分析非常重要。通過對實驗過程的反饋，為學生提高測量的準確程度提供依據與支撐。由測量數據可以得出規律：燈泡兩端電壓越大，實際功率越大，燈泡亮度越亮。當[U實=U額]時，[P實=P額]。

問題3.在實驗過程中，有些器材損壞了，可以更換，例如導線、定值電阻等，假設電流表損壞，就沒有另外的電流表可以更換了，你能否利用現有的器材重新設計電路，測出燈泡的額定功率？

這是一個開放的實驗電路設計，將課本中的基礎實驗拓展延伸，較為普遍的做法是將電壓表二次換接。但是由于操作不便，我們希望能一次性連接電路不進行電路換接。下面采集了兩種學生的設計方案供分析。

方案一：圖1中，電壓表能單獨或同時測量燈泡和定值電阻的電壓，要測量燈泡的額定功率，還要求出燈泡的額定電流，在該燈泡正常發光時，電壓表與定值電阻的組合不能求解額定電流，因此該方案不可行。

方案二：圖2中閉合開關S1和S2后調節滑動變阻器滑片使燈泡正常發光（電壓表示數為2.5 V），通過開關的通斷可以實現電路結構不變，測出定值電阻的電壓，由此求出此時燈泡的額定電流，方案可行。由此發現，單電壓表與定值電阻組合測量額定電流的大小，其原理與基礎實驗仍然相同，進一步拓展單電流表測小燈泡額定功率同樣可行。

問題4.生活中的白熾燈其額定電壓為220 V，實驗室的器材無法測量電功率怎么辦？需要什么器材？

設計意圖：在知曉測量原理的基礎上、在安全可靠的指引下，實驗器材如何選取？我們在家用電路中測量電功必須用到電能表，將電功率的測量從實驗室走向生活，讓學生自主分析確定實驗方案。演示實驗測量依據測量的數據，計算得出燈泡的功率為62 W，而燈泡的銘牌顯示為65 W，分析誤差的產生原因：時間的測量有誤差、數電能表轉的圈數過少、燈泡的自身規格有變等。

每一次測量都應有分析，讓科學嚴謹不停留在紙上，而是貫穿于整個實驗操作。進一步拓展現代測量工具——數字功率計。隨著科技的發展，生活中也有直接測量電功率的工具，根據說明書，我們可以判斷其測量原理與直流電路電功率的計算公式兼容。讓學生實際操作數字功率計測量同規格的白熾燈額定功率，發現測量值顯示為66 W，對比銘牌標注明顯偏大，繼續對實驗數據進行分析，我們發現功率計實際電壓為220 V，原來是實際電壓大于額定電壓220 V，進一步深化實際功率與額定功率的關系。生活中的白熾燈發光照明，有能耗，教師可繼續追問：相同亮度的LED燈與白熾燈功率相同嗎？實驗設計：用亮度儀測量，顯示白熾燈和LED燈的發光亮度基本相同，用數字功率計分別測量出此時白熾燈和LED燈的實際功率，發現LED燈的功率只有5 W左右。電功率的大小代表能耗的高低，我們還要從能耗的角度引導學生樹立效率意識和節能環保意識，由實驗數據解釋白熾燈逐漸退出居民家用電器的原因。

物理學科作為自然科學的一部分，其定理和規律都十分強調證據，實驗是我們尋找證據的重要手段，這種手段相對于物理學科而言有著不可替代的作用。物理教師在新課教學時，一般都會進行實驗操作，但是在復習課中往往忽視了實驗的重要作用，筆者認為，依據課標及復習內容的需要，逆向解析，重設實驗，以實驗資源的整合驅動復習內容的網絡化。復習起源于教師教（問題），著眼于學生學（實驗）。從腦信息存儲的角度看，從手到腦，認知更加深刻。以實驗操作的方式驅動復習，可讓復習課更加生動高效，也更加精彩。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?聶群群.初中物理實驗教學方法創新對策探討[J].中國校外教育，2020（2）：88-89.

[2] ?劉天有.初中物理實驗教學的實踐與思考[J].課程教育研究，2019（50）：150.

（責任編輯 易志毅）