基于歐姆定律的高中電學實驗復習策略

江西 曾慶田

隨著新高考課程改革的全面推廣，高考由“知識能力立意”評價向“知識為基、能力為重、素養導向、價值引領”評價轉變。在這種大環境下，高考物理實驗題更加具有開放性、靈活性，也更加突出關鍵能力的考查。在高三階段應如何有針對性地、高效地引領學生進行電學實驗復習？筆者整理了有關電學實驗的考查思路，并歸納總結了科學有效的復習方法，以提高備考效率。

一、一個中心話題——電阻

1.測電阻

在《2019年普通高等學校招生全國統一考試大綱》中必考的電學實驗共5個，這5個電學實驗都涉及電路，或用到電壓表和電流表等儀器，或研究電壓和電流等物理量。盡管這5個電學實驗考查形式多樣，但是萬變不離其宗，即電學實驗題型都圍繞一個中心問題“測電阻”。

2.電壓(流)表的本質是電阻

圖1

圖2

二、兩種電路和數據處理

1.部分電路

圖3

對實驗數據進行處理求電阻值時，在高中階段需重點掌握平均值法和圖像法。圖像法是指分別以實驗中兩個變化的物理量為自變量和因變量，根據部分電路歐姆定律擬合成線性函數，通過圖像的截距或斜率等信息求解電阻或其他物理量。

實驗一和實驗二不管是采用哪種方法測電阻，系統誤差的分析都比較簡單，即判斷被測電阻的電壓值和電流值是否存在誤差，這也是減少系統誤差的思考方向。

2.閉合電路

表一

實驗五是傳感器的簡單應用，傳感器是指能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等物理量并能把它們按照一定的規律轉換為便于傳送和處理的另一個物理量(通常是電壓、電流等電學量)的元件。常見的有電流傳感器和電壓傳感器，還有光敏電阻和熱敏電阻(它們的阻值會隨外界條件的變化而改變)，再比如霍爾元件和力傳感器(能夠把感應到的物理量直接通過電壓的變化體現出來)。總之，這5個電學實驗都與部分電路或閉合電路存在緊密的聯系。

三、“三問”實驗教學法拓展學生實驗思維

高三進行實驗復習時，教師常常感慨：“復習過的內容沒有考，考的又沒有復習過，有時即使出現了復習過的原題學生也做錯。”這是因為電學實驗是一個很廣泛的問題，其目的是解決某個問題，由于實驗內容和實驗目的不同，實驗方案也就不同，且現在的高考試題更具靈活性和開放性，所以師生對電學實驗的復習感到難以把握。

為此，在電學實驗復習中要牢牢牽住實驗的“牛鼻子”，即我們要做什么。為了尋找實驗的“牛鼻子”，我們模仿哲學家柏拉圖的終極三問：“我從哪里來？我是誰？到哪里去？”我們在復習時也對每個實驗提出三個問題：“實驗要做什么？實驗要怎么做？實驗做好了嗎？”，如表二所示。

表二

實驗“三問”的第一問是要做什么。實驗教學要開門見山，讓學生明白實驗要測量什么、探究什么或驗證什么。提問要直指實驗的中心任務，促使學生尋找解決這一問題的思路和實驗方法，對實驗復習進行聯想回憶。并從心理上暗示學生復習不僅是回顧常規實驗，更是深層次尋找解決問題的思路和方法，這樣才能增強實驗復習的探索性和實驗設計的創造性，讓學生的科學思維得到很好的發散訓練。

實驗“三問”的第二問是要怎么做。教師通過提問題激發學生為解決某一問題采取具體的行動，提出的問題有根據什么實驗原理、要設計怎樣的實驗方案、進行幾步具體的實驗操作、實驗要注意哪些操作細節、怎樣設計采集實驗數據的表格等。電學實驗復習中常帶領學生進行探索性的思考，可以激發學生的想象力和創造力。這些問題會讓學生明白無論是經典實驗還是創新實驗，實驗設計思路都是一樣的，科學探究的基本環節和流程也是相同的，也讓學生明白科學探究并不是遙不可及。這樣可以激發學生對實驗的興趣，可以拓展學生的實驗思維，也可以提升學生的科學探究能力。

實驗“三問”的第三問是做好了嗎。實驗結束時一句簡單的提問，是對自己實驗過程和細節的反思。電學實驗復習中多問學生這些問題，結果準確嗎？有多大的實驗誤差？誤差產生的原因？怎么減小實驗誤差？學生慢慢地就學會了反思和總結，實驗思維變得更加嚴謹。

實驗是物理學的基礎，也是落實物理學科核心素養最好的載體。建議在實驗復習時以實驗“三問”教學法為指導，以課本常規實驗為依托，在實驗室實施開放、靈活、嚴謹的實驗教學，讓學生在實驗中發現問題和解決問題；通過實驗提升學生的基本技能，使學生領會基本思路，掌握基本方法，提高學生的實驗能力，增強合作意識；練就符合高中課程要求的實驗本領，為學生的終身發展打下扎實的基礎。

四、高考真題指明實驗復習方向

通過對2021年全國高考物理試題(部分省市是學業水平考試試題，缺少重慶卷)的電學實驗部分進行統計，如表三所示，筆者發現電學實驗的基本原理是部分(或閉合)電路歐姆定律，實驗目的基本上是運用各種方法測電阻。

表三

五、復習建議

1.回歸教材實驗，關注課本上演示實驗和課后習題，閱讀教材中的插圖

回歸教材重視基礎實驗，關注課本上演示實驗和課后習題、閱讀教材中的插圖等內容。2019版普通高中教科書中更加突出了實驗教學內容。其中，“實驗”為同學們增加動腦、動手操作的實踐活動；“演示”為老師展示、供大家觀察的實踐活動，實驗現象能引發思考和促進交流；“做一做”是小型的動手操作類活動，目的是引發思考、體驗感悟；“拓展學習”體現彈性，屬于選學選做的內容，主要內容是知識的拓展、延伸，或者是用傳感器、計算機等設備自動記錄和處理數據的實驗。實驗教學時要重視教材的作用，帶領學生重視教材中與實驗相關的內容的學習。

2.強化實驗儀器的使用，掌握實驗原理和實驗方法，形成科學思維

實驗復習中，教師應注意落實基礎實驗及研究方法的培養。首先是讓學生在實驗中反復操作常用儀表，加深對常用儀器的印象，學會基本儀器的使用，把各種測量工具的讀數多讀幾次，悟出道理；其次是讓學生掌握常規實驗的原理，如部分(閉合)電路歐姆定律、電表改裝的原理、電流表的內外接法、滑動變阻器限流和分壓的接法等；最后是讓學生掌握基本實驗方法，如控制變量法、伏安法、等效替代法、半偏法等。只有這樣才能為突破創新類實驗打下堅實的基礎。

3.強化實驗教學，提升科學探究能力

實驗復習中要以科學問題為導向，引導學生從“解題”向“解決問題”轉變，培養學生發現和提出問題的能力。近幾年高考物理試題以生活、生產和科技為設計背景的實際情境試題大幅增加。平時為學生提供一些聯系實際(如科技突破，人工智能和機器人)的物理實驗題，加強新穎的實驗情境設置，引導學生有所思考、有所發現、有所聯想，萌發出科學問題；或在實驗復習教學中創設既定的任務，通過在完成任務中運用科學思維，讓學生自己提出要探究的科學問題。

實驗復習時要給學生提供實驗動手的機會，提高學生制訂計劃的能力。培養學生把自己提出的科學問題分解為幾個獨立的小問題，并選擇恰當的方法構思探究計劃；培養學生學會從原理、器材、信息收集技術、信息處理方法等方面形成探究計劃；學會通過查詢相關資料完善探究計劃。

實驗復習和教學中還要加強運用數學方法處理實驗數據的能力與分析實驗誤差能力的培養。只有讓學生去實驗室親手做實驗、測量數據、演算，并用圖像等方法處理實驗數據，才能在實驗過程中提升用現有知識進行科學論證和解釋的能力。

4.強化實驗交流合作，培養科學態度和責任