基于高考評價體系的物理情境創設
——以DIS建構分壓限流電路中滑動變阻器的選取規律為例

吳慶林 李旭偉

(1. 福建省三明第一中學,福建 三明 365001; 2. 福建省三明市第二實驗學校,福建 三明 365000)

高考評價體系在落實“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”的新理念中,要求學生能夠在復雜的、新穎的試題情境下綜合應用所學知識和技能處理問題．[1]教師創設的課堂情境要能夠激發學生的認知構建,為素養表現搭建平臺,并影響學生分析與解決問題的策略與表現．通過建立教材中典型的問題情境,引導學生綜合應用多個物理知識解決問題,進而完成對分壓、限流電路中滑動變阻器的選取規律的建構．

1 創設情境，凸顯思維“痛點”

滑動變阻器是電學實驗中常用的儀器,在電路中有分壓和限流兩種接法．滑動變阻器的選擇是教學的難點也是高考熱點．在教學過程中教師會強調:當負載電阻Rx遠大于滑動變阻器的最大阻值R0時,宜采用分壓式接法;當負載電阻Rx與滑動變阻器的最大阻值R0接近時,宜采用限流式接法．學生雖然能夠直接應用該原則,但對這一原則的掌握大多只停留在記憶層面,對其本質原因無法理解,故“分壓與限流電路中滑動變阻器的選取”成為學生的思維“痛點”．

課堂演示1.將最大阻值為10 Ω的滑動變阻器以分壓的方式接入電壓為3 V的電路中(如圖1),勻速的將滑片從a點移至b,

圖1

請學生注意觀察小燈泡L(電阻約為2 Ω)的亮暗變化和滑片的位置．

現象:小燈泡的亮度隨著滑片先緩慢變亮,在滑片接近b端時快速變亮(如圖2)．

圖2

課堂演示2.將演示1的實驗儀器按圖3連接,勻速的將滑片從a點移至b,請學生注意觀察小燈泡L的亮暗變化和滑片的位置．

圖3

現象:滑片位于a點時小燈泡就具有一定的亮度,隨著滑片的移動先緩慢變亮,在滑片接近b端時則快速變亮(如圖4)．

圖4

圖4

這一教學過程所提供的視覺體驗與已有的電學知識形成認知上的沖突,該現象引起了學生極大的興趣,有效的促進學生將外部動機轉化為學習的內在動機,使其積極參與到教師創設的問題探究情境中．此時教師提問:為什么勻速移動滑動變阻器的滑片小燈泡的亮暗未能均勻的變化?引導學生說出是由于小燈泡兩端的電壓變化不均勻導致的．

2 DIS演示建構物理規律

由于用電器兩端的電壓無法直觀的看出,教師利用DIS系統對實驗進行改進,將電壓變化規律展示在學生面前,具體步驟如下.

(1) 圖1分壓電路中將小燈泡更換為阻值為5 Ω的定值電阻Rx．將DIS系統中的電壓傳感器連接于定值電阻的兩端,用于測量電壓．將位移傳感器發射端固定在滑動變阻器的滑片上,將位移傳感器接收端固定在物理平臺上并與發射端保持正對,用滑片的位移來代替滑動變阻器阻值的變化(如圖5)．

(2) 移動動滑動變阻器滑片,使計算機中的呈現出電壓隨滑片移動而變化的曲線,如圖6(a)．

(3) 改變定值電阻的阻值,使Rx分別為1 Ω、10 Ω、50 Ω和200 Ω,并重復實驗過程．

(4) 按圖3限流法連接電路,重復以上步驟,電壓隨滑片移動而變化的曲線如圖6(b)．

學生觀察到電壓的變化規律曲線后,更加深刻的理解之前的演示實驗中小燈泡的亮暗變化不均勻的現象源自于電壓不均勻的變化．接著教師引導學生結合圖6,思考并回答分壓限流電路中滑動變阻器的選取規律．教師對學生的回答進行點評并總結.

如圖6(a)為分壓法得到的曲線: ① 當Rx=1 Ω時Rx?R0,曲線非常彎曲,滑動變阻器無法起到較好的調節電壓的作用;② 當Rx相較R0越大時,越呈線性變化關系,因此這種條件下電壓便于調節且精度較高;③ 電壓始終都是從0開始變化．

如圖6(b)為限流法得到的曲線: ① 當Rx=200 Ω時Rx?R0,曲線近乎一條直線,但電壓調節范圍小; ② 當Rx=1 Ω時Rx?R0,曲線非常彎曲,滑動變阻器就起不到調節電壓的作用; ③ 當Rx=10 Ω時,電壓調節范圍以及調節精度都相對合適．

分壓接法時,選擇阻值比用電器阻值小的滑動變阻器,用電器幾乎不影響電壓的分配,其兩端的電壓隨著滑片的移動呈線性變化,既方便于實驗的操作又利于讀取的電壓表數據．限流接法時,選擇阻值與用電器阻值相近的滑動變阻器,移動滑片能夠線性的調節用電器兩端的電壓且調節范圍較大．