在實驗試題下審視實驗教學

游天下

摘 要 “檢驗歐姆定律”是初中物理重要實驗，教師應重視學生通過活動得到正確的結論，需要在新的實驗試題下審視自身的教學方式。隨著中考實驗試題的變化，教師在實驗教學中應充分開放實驗器材，注重指導學生了解器材結構，掌握器材用途，并合理設置問題，以培養學生發散的實驗思維，強化學生的逆向思維能力。

關鍵詞 初中物理 實驗教學 歐姆定律

一、問題提出

中考物理實驗試題是一類具有一定考查廣度和深度的試題。它既可以考查學生對基本物理規律和物理結論的理解和運用，又可以考查實驗過程中學生分析解決問題的能力，是檢驗實驗教學有效性的一種較好方式。電學實驗是物理實驗考查的重點，如“檢驗歐姆定律”“測電阻”“測小燈泡的電功率”“電阻大小的影響因素”“串并聯電路的特點”“焦耳定律”等，考查內容比較固定。2018年和2019年浙江省各地、市中考電學實驗試題內容分布如下：2018年“測電阻”2道、“檢驗歐姆定律”3道、“測小燈泡電功率”2道;2019年“測電阻”3道、“檢驗歐姆定律”3道、“測小燈泡電功率”2道、“焦耳定律”1道。其中難點幾乎全部集中在“檢驗歐姆定律”實驗上。該內容傳統的考查方式有電路連接、分析電路故障、分析實驗數據得出結論、正確地表述結論內容等。而近三年中考試題關于該內容的考查方式發生了很大的變化，注重對實驗器材選擇的分析，深度加大，形式變化多樣，需要有較強的分析實際問題的能力，學生普遍感覺較為困難。回觀“檢驗歐姆定律”教學內容，教師的教學目標常定位于“檢驗歐姆定律”的正確性，給定實驗儀器，盡量掃除實驗障礙，為順利得出結論服務，這是目前較普遍的教學現狀。學生能根據教師給定的器材完成實驗，但是不會根據實際選擇實驗器材，深度分析實驗條件的能力弱。教師缺少隨中考方向的變化而進行的教學改進。因此，在實驗試題下重新審視實驗教學，分析具體實驗試題難點的成因，調整教學行為，合理地組織實驗教學勢在必行。

二、試題呈現

考生普遍反映2019年寧波市中考科學試卷第25題第（2）（3）小題難度較大，甚至讀不懂試題。從中考閱卷結果看，得分率較低。試題如下：

（2019年寧波市中考科學試卷第25題）小科利用僅有的一個規格為“10 Ω 1.0 A”的滑動變阻器和其他器材來“檢驗歐姆定律”，該變阻器的電阻絲上有一處斷點。實驗電路如圖1所示，電源電壓恒為3 V。實驗步驟如下：

①用4 Ω的定值電阻進行實驗，連接電路。②閉合開關，調節滑動變阻器，使定值電阻兩端電壓為2 V，讀出電流表的示數并記錄。斷開開關，把滑片P移到A端。③依次用阻值為6 Ω、8 Ω和10 Ω的定值電阻替換原來的電阻，重復步驟②。

（1）小科設計上述實驗步驟，是要研究通過導體的電流與________之間的關系。

（2）小科發現，滑片P向右移動過程中，每次實驗開始時電壓表都沒有示數，移到某一點（該點記為C）時突然有了示數。但在完成8 Ω電阻的實驗后，再做10 Ω電阻的實驗時，當電壓表有示數后，示數一直大于2 V。分析可得，電阻絲BC的阻值RBC的范圍是_______。

（3）為了完成10 Ω電阻實驗，將滑片P移到C點，只要在原來電路的接線柱上再接上一根導線，就能繼續完成實驗。請你在答題卷的圖中（圖1）用筆畫線補上這根導線。

參考答案：（1）導體電阻? （2）4 Ω ≤ RBC < 5 Ω? （3）如圖2

三、試題分析

2019年寧波市中考科學試卷第25題圍繞“檢驗歐姆定律”實驗展開深層次探究，三個問題層層遞進，巧妙地考查了滑動變阻器的結構及最基本的分壓原理，結合了控制變量的思想，對學生分析問題的能力有很高的要求。此題看似特殊，實際上仍舊重視學生運用基本方法分析新的情境問題的能力，立意新，區分度大。從考試結果上看，對于后面兩小題，多數考生反映看不懂題目，無從下手。實際上試題已經交代得非常清楚。考生會出現這種反饋的原因，筆者認為，是因為解決第（2）小題有以下難點：一是學生沒有發現斷點或是不理解斷點的含義，把滑動變阻器的最大阻值還是當成10 Ω來進行計算;二是面對多個電阻的變換，學生對定值電阻和滑動變阻器的分壓規律認識不準確;三是學生面對電阻的極值問題一般會感到比較棘手。造成第（3）小題難解的主要原因是學生雖然學習了滑動變阻器連接的“一上一下”原則，卻不會根據題意從元件結構角度來進行推理和嘗試。

四、教學反思

（一）開放實驗器材，發散實驗思維

圖3是華師大版初中科學教材中關于“檢驗歐姆定律”實驗的目的和器材[1]。

圖4是浙教版初中科學教材中關于“檢驗歐姆定律”部分的實驗步驟[2]。

從兩種版本的教材對于探究電流與電阻關系實驗器材的選擇上看：①電源電壓大小沒有提及;②定值電阻的大小分別用了“不同阻值”“更換”等字眼;③滑動變阻器的最大阻值沒有明確。這些都說明了實驗器材的選擇是相對開放的。但是很多教師在處理教材時，為方便統一得出歐姆定律的內容，常常對各種器材的規格和部分實驗數據進行限定，使得過程順利，結論準確[3]，學生會連接對應的電路，也能得出老師想要的結論。在該實驗的教學中教師沒有深入思考：學生還能發現什么問題，學生還應該思考什么問題，學生還要解決哪些問題。

從前文試題分析的難點之一——斷點滑動變阻器來反思教學：一般情況下，學生在遇到變阻器接觸不好或是滑片滑動不靈活時，多數教師會直接給學生更換變阻器;如果遇到電阻絲中斷的斷點變阻器，教師還是會采取更換變阻器的方式。因此，學生缺少對斷點變阻器結構的理解，缺少對器材的可用性做進一步分析，會形成斷點變阻器是沒有用的器材，除了更換，別無他法的思維模式。倘若教師換個方式處理問題，提供更多的器材，讓學生自行選擇滑動變阻器、電源、電阻的規格，嘗試交流并解決實驗中遇到的問題，可以有效提升學生解決問題的能力。開放實驗器材，生成更多的科學問題，在解決科學問題的過程中發散學生實驗思維，方能更全面地發揮實驗教學的價值。

（二）人為設置問題，強化逆向思維

關于解決問題，陶行知先生認為，有了問題才會思考，有了思考，才有解決問題的方法。學生之所以在遇到上述新情境時不會思考，是因為教師在歐姆定律實驗教學的過程中缺少人為設置的一些問題，導致學生缺乏對深層次科學問題的思考[4]，對該實驗的教學更多的是把問題指向I、U、R到底有怎樣的關系。這種單一的問題導向嚴重地制約了學生的發現能力，使實驗課堂變得沒有靈性。對于上述試題難點分析之二——多個電阻變換，是由于學生對定值電阻和滑動變阻器的分壓規律認識不準確。因為在檢驗I與U的關系時，學生的思維是根據器材的規格推算定值電阻兩端電壓，很少根據不同的定值電阻阻值及設定的電壓來逆向計算滑動變阻器的阻值大小。如果教師在教學時能夠設置一些相關問題，多練習一些逆向的推算，如可以逆向推算電源電壓的大小等，就會生成一些極值問題，如滑動變阻器的阻值不能小于多少，電源電壓不能高于多少，等等。教師可以將“成功檢驗歐姆定律結論”的實驗目標提升為“在檢驗過程中獲得分析實驗的可行性能力”，并根據加深的目標，在實驗過程中人為設置實驗問題，多角度強化學生的逆向思維能力。

（三）了解器材結構，認識器材用途

筆者在與考生交流的過程中，學生對于上述試題的最后一問——關于滑動變阻器的連接，提出了較大的“異議”。他們的理由是：“滑動變阻器接法完全正確，老師平時就是這樣教我們連的，接線柱遵循‘一上一下原則，再接一根導線是多余的?！备鶕W生的反饋，筆者推測學生對于滑動變阻器固有的印象可能只有兩點：一是使用前滑到阻值最大處;二是連接時要遵循“一上一下”原則。學生只記住“一上一下”的原則，對于這樣接的原因到底是什么卻沒有在器材結構和原理用途方面進行深入思考。學生如果能結合第二問分析，明白接入右側的有效電阻不夠，合理的通過斷點的另一側將有效電阻接入電路，才可以在原有的基礎上完成實驗，就不會出現只會“一上一下”的接法。學生之所以認為最后一問是難點，是因為既受到第二問的影響，也因對斷點滑動變阻器的結構及其原理、用途缺乏思考。其它器材的問題也很多，如電表的內阻系列等。因此，學生只有充分了解各元件的結構及工作原理，才能更合理地分析電路，有效解決所遇到的問題。

中考實驗試題具有前瞻性，重視對學生多方面能力的考查。“檢驗歐姆定律”實驗試題讓很多考生感到困難的根本原因在于實驗教學方式的陳舊。在實驗教學中，教師應開放實驗器材，引導學生從多角度研究同一問題，或在解決一個問題的過程中生成更多的問題，這樣，可發散學生思維，提升學生解決實驗問題的能力。教師應適時地人為設置實驗障礙，強化學生逆向思維，使學生能夠從正向和逆向認識實驗本質。教師和學生在分析實驗儀器時，切忌用固定的思維看待變化的問題，要從儀器的工作原理出發，深化對儀器的認識。既然實驗試題從實驗教學中來，教師也應該用實驗試題來審視實驗教學，只有雙向結合，挖掘教材，改進實驗教學方法，才能提高實驗教學的有效性。

[參 考 文 獻]

[1]袁運開.義務教育教科書科學：八年級下冊[M].上海：華東師范大學出版社，2012：81.

[2]朱清時.義務教育教科書科學：八年級上冊[M].杭州：浙江教育出版社，2013：150.

[3]秦瑾瓊，錢長炎.初中《歐姆定律》一課教學研究[J].中學物理，2018，36（12）：8-10.

[4]宋靜，周楓.依托實驗培養學生的科學思維[J].物理教學探討，2019，37（10）：68-71.

（責任編輯：趙曉梅）