基于PGR范式的物理復習教學設計
——以“測金屬絲的電阻率”實驗復習為例

吳 敏

(江蘇省常州市第二中學，江蘇 常州 213003)

1 PGR范式簡介

PGR是Practice(實踐)、Guidance(引導)、Refinement(凝煉)的英文縮寫，P是指學生基于真實問題情境的獨立思考、自主實踐、展示交流；G是指在主體實踐的基礎上，教師設計結構化問題，有目的、有針對性地引導學生再實踐；R是指對上述問題解決過程的評價、總結與拓展再運用，在前面兩個步驟的基礎上，教師和學生通過評價反思提煉思維方法。[1]下面以“測金屬絲的電阻率”實驗復習課為例，談一談基于PGR范式的物理復習教學設計及其啟示。

2 基于PGR范式的物理復習教學設計

2.1 變基礎梳理為情境化提問

實驗復習課通常是教師帶著學生先回顧實驗原理、操作步驟、誤差分析、注意事項等內容，再通過習題來鞏固。PGR范式倡導學生的思考、實踐在前，在“測金屬絲的電阻率”實驗復習課上，筆者先通過圖片展示實驗場景，再把要回顧的實驗過程設計成情境化的問題，把知識的簡單梳理轉變為情境化問題。

A.l是被測金屬導線接入電路的兩個端點之間的有效長度，測量時應將導線拉直

B. 測金屬導線直徑一定要選三個不同部位進行測量，求其平均值

C. 在用伏安法測電阻時，通過金屬絲的電流不宜過大，通電時間不宜過長

D. 由于被測金屬導線的電阻值較小，一般采用電流表外接法，測量值大于真實值，電阻率的測量值偏大

(1) 學生自主學習(P)

學生對選項B提出了疑問，對與選項D相關的內容則有所遺忘。

(2) 教師引導(G)

教師引導學生觀察圖1，該圖為金屬絲的放大特寫，學生發現金屬絲粗細很不均勻，立即理解了選取三個不同部位測量直徑的必要性。而對于D選項教師在此處先不急于展開討論。

圖1

(3) 共同提煉(R)

教師引導學生提煉出“測量金屬絲電阻率”實驗的認知結構圖(圖2)。

圖2

(4) 設計意圖

問題1包含著實驗原理、操作細節、誤差分析等基礎內容，通過實驗場景觀察，迅速喚醒學生的已有經驗，在此基礎上師生總結實驗復習的整體脈絡，學生形成心理認同，建立良好的認知結構。

2.2 變直接告知為自主建構

對于伏安法測電阻中有關電流表的內、外接法，在高三復習時如果老師再重頭講授一遍，因為缺少主體的主動參與，單向傳輸的結論難以促進學生的理解和遷移，為此筆者設計了如下的對比問題。

問題2：圖3、圖4均為測電阻Rx的電路圖，下述說法中正確的是( )。

圖3

圖4

A. 圖3的接法叫做電流表外接法，圖4的接法叫做電流表內接法

B. 圖3中R測R真

C. 圖3的實驗誤差由電壓表的分流引起，測小電阻時用此電路誤差較小

D. 圖4的實驗誤差由電壓表的分流引起，測大電阻時用此電路誤差較小

(1) 學生自主學習(P)

學生對比、觀察實驗原理圖，確定電流表的接法，但對電表內阻引起的測量誤差的認識有些模糊。

(2) 教師引導(G)

提問：兩只電表的內阻有何特征？

學生回答：電壓表的內阻大，電流表的內阻小。

(3) 學生自主解決(P)

學生分析圖3、圖4所示電路，得出結論：當電流表外接時，U測=U真，I測=I真+IV；當電流表內接時，U測=U真+UA，I測=I真。

(4) 教師引導(G)

提問：以電流表外接法為例，如何使流過電流表的電流盡可能接近流過電阻的電流？

(5) 學生自主實踐(P)

通過實驗，學生提出：采用電流表外接法，當RV較大或者Rx較小時，流過電流表的電流更接近流過電阻的電流。用電流表外接法測量小電阻時誤差較小，同時測量值小于真實值，常稱“小外偏小”。

(6) 總結提煉(R)

電表到底測到了“誰”的電壓(電流)？電表內阻對測量電路的影響同樣遵守以下規律：在串聯電路中大電阻分得大電壓，在并聯電路中小電阻中流過大電流。

變式：如圖5所示，某同學用伏安法測一個未知電阻的阻值，他先將電壓表接在a、c點，讀得兩表示數分別為U1、I1，然后將電壓表改接在a、b點，讀得兩表示數分別為U2、I2，有同學認為：電阻R的值可以用接a、b兩點時電壓表示數U2與接a、c兩點時電流表示數I1的比值來求，這樣可以消除電表內阻帶來的測量誤差，你是否認同？

圖5

在交流中大部分同學持贊同觀點，教師進而引導學生對照圖3、圖4，標出U1、I1、U2、I2，分析U2和I1的比值。學生提出：U2和I1是在兩個不同的電路中的測量值，不存在同時的對應關系，所以不能消除電表內阻帶來的測量誤差。

(7) 設計意圖

在用伏安法測電阻的實驗中，電表內阻對測量的影響是學習的難點，筆者通過問題引導學生進行比對，明確兩電表示數所對應的電壓(或電流)，在分析的基礎上理解“小外偏小、大內偏大”的結論。然后通過設置能引發認知沖突的變式問題，提高學生思維的深度。

2.3 變淺層了解為深層探索發現

實驗需要測量多組數據，需要一個電壓可調的電源電路，這通常由滑動變阻器來協助完成，由于高中階段碰到最多的是滑動變阻器分壓式接法，學生經過多次操練后往往會形成思維定勢，更有甚者在測電源的電動勢和內阻的實驗中，有學生也采用分壓式。可見，他們對滑動變阻器的兩種接法還停留在淺層了解階段。

問題3：測金屬絲的電阻率的實驗中所用器材有：直流電源(電壓為3V，內阻不計)，電流表(內阻為0.1Ω)，電壓表(內阻為3kΩ)，滑動變阻器R(0～10Ω)，開關，導線若干。

某小組同學用伏安法測金屬絲的電阻，實驗數據記錄如表1。

表1

根據表格數據可知：實驗中測量Rx是采用圖6中的(填“甲”或“乙”)。

圖6

(1) 學生自主(P)

對此學生感到有些困惑，從表格數據可以估算出Rx≈5Ω，相對于總電阻為10歐的滑動變阻器，似乎圖6甲的接法也可以，圖6乙也沒問題，到底選哪種接法？

(2) 教師引導(G)

教師提問：如果采用圖6甲的電路，能采集到前面幾組數據嗎？

(3) 學生自主(P)

學生通過估算發現：采用圖6甲的電路時，電阻兩端電壓約從1V開始變化，與題意不符。

(4) 師生交流(GR)

教師提問：滑動變阻器的全電阻值大或小都能實現電壓從0開始調節，那么在實際電路中為什么滑動變阻器阻值不是越大越好呢？

換用全電阻為200Ω的滑動變阻器做實驗，發現當滑片移動時，開始電壓表示數幾乎不變，在滑片移動到最后極小的一段時，電壓表示數忽然變大，不便于讀數。而用10Ω的滑動變阻器實驗時，電壓表示數隨滑片移動而均勻變化。

(5) 回望提煉(R)

教師提問：在測電阻的實驗中要求“精確測量”“多測幾組數據”，此時滑動變阻器一般都要采用分壓式接法，限流式接法也可以獲得多組數據，這該如何理解呢？

限流式接法無法采集到低電壓區間的數據，為獲得對元件特性的完整認識，需要在范圍較廣的電壓區間上都能采集到數據，所以滑動變阻器應采用分壓式接法。

(6) 設計意圖

滑動變阻器作為可調電壓電路的重要組成部分，對兩種接法的選取絕不能停留在淺層了解、機械記憶上。比如，如果光記住R滑大于(或接近)R測時選用限流式，在面對新情境問題時就會陷入困局，故而在復習時還是要從本質上理解分壓式接法的內涵和在實際電路中發揮的作用。通過用全電阻分別為10Ω和200Ω的兩個滑動變阻器做對比實驗，使學生直觀感受分壓式接法中對變阻器全電阻的實際需求。

3 結語

在高中復習中運用PGR范式，使概念、規律在情境運用中實現其意義，實踐、嘗試是提升學生能力的根本途徑，凝煉與拓展是促進學生思維品質發展的基本方法。[2]要求教師在學生自主實踐環節把要復習的知識、掌握的方法轉變為情境化的問題，在引導環節要設計出結構化的、有思維價值的問題，在總結凝練環節要將思想方法轉變為評價交流的問題。這樣，復習才能從知識再現式記憶學習轉變為問題解決的實踐研究，促進學習主體的方法遷移，提高知識內化、理解的深度和廣度。