項目式學習的高中物理實驗專題復習課探索
——以新人教版“導體電阻率的測量”為例

袁加興

（宿遷市中小學教學研究室，江蘇 宿遷 223800）

1 引言

物理學是一門以實驗為基礎的精密的定量科學.實驗在物理教學中占有極其重要地位與作用，物理規律的發現、理論的建立都是以實驗為基礎.高考也越來越重視對學生實驗探究能力的考查.近年來高考中實驗分值通常要占到試卷總分20%左右，甚至更多.歷年來，高三物理復習都非常重視實驗的復習教學.傳統的高三一輪實驗復習就是通過大量的實驗題進行地毯式反復訓練，以練達到對實驗基礎的理解、基本技能的掌握以及形成答題套路.在中國高考評價體系理念的指引下，高考實驗題越發注重對學生的實驗操作能力、分析問題與解決問題能力、創新思維能力的考查，并希望通過紙筆考試將真正做過實驗與沒有做過實驗的學生區分開來.顯然，傳統的高三物理實驗復習課已不能滿足于新高考的需求.因此，以注重具體實踐、小組合作、真實問題解決的項目式學習就為新課程理念下高三物理實驗專題復習開辟了新路徑、新思路.

2 項目式學習實施路徑

項目式學習以學科知識為載體，以深度學習和持續構建學科知識體系為目標，通過問題解決這一學習路徑，將學與用融于教與學的過程中.項目式學習可追溯至克伯屈的“設計教學”理論，其立足于對“學校與社會相分離”“兒童直接經驗與學科間接經驗相割裂”“知識學習與知識運用相脫離”的批判，強調“做中學”，凸顯實踐育人.因此，項目式學習作為一種重要的教學策略，正在全世界獲得越來越多的關注.在高中物理實驗專題課教學中實施項目式學習，通常采用以問題驅動的方式，創設問題情景，緊緊圍繞所學的內容，讓學生在原有知識的基礎上獨立學習或者小組合作的方式完成整個實驗進程（包括器材選取、實驗步驟確定、實驗操作、數據的收集與處理、實驗結論與誤差分析等），最終實現對所學知識的內化、進階，并能靈活地運用知識解決實際問題.同時，這一過程要充分發揮學生的自主性、合作性，激發他們解決真實問題情景的欲望與能力，提升學生的學科核心素養.

3 項目式學習教學實踐

“導體電阻率的測量”實驗是新人教版必修3學生必做的電學實驗之一.通過本實驗課的復習，學生要在原有認知結構的基礎上，進一步理解游標卡尺、螺旋測微器的工作原理和長度測量；理解測量電阻率的實驗原理與方法，會進行導體電阻率的測量，會進行誤差分析；能綜合運用所學的物理知識去解決實際問題，包括簡單的設計性實驗等.下面以本實驗為例談談項目式教學在實驗專題復習課中的運用.

上課地點：實驗室專用教室.

上課場景：布置“測量導體電阻率的測量”必需的實驗器材.

課時安排：2課時.

“電線是家庭照明電路中必不可少的材料，其質量的好壞，直接關系到千家萬戶的用電安全.質量差的銅質電線重量不足，主要表現在導線橫截面積過細，電線銅芯雜質過多等.合格的銅芯電線銅芯應該是紫紅色、有光澤、手感軟；而劣質的銅芯線銅芯為紫黑色、偏黃或偏白，雜質多，機械強度差，稍用力容易折斷.因此，在購買或選用時，如何準確鑒別電線質量的好壞，是相關技術人員應該掌握的技能.”

上述材料中提到的辨別方法只是粗略鑒別，現有一卷市場上的電線，請運用所學的物理知識，針對上面材料中提到的問題，幫助檢測其導電性能.

學生探究活動1：“導體電阻率的測量”是高中物理學生必做的實驗之一.小組討論解決前面項目要求中的問題，理解“導體電阻率的測量”實驗思路.

圖1

一段金屬電阻絲的內阻較小，可以與電流表的內阻相比較.也就是說，電流表的分壓不能忽略，如果用電流表內接法，系統誤差大.在這個實驗中，分壓式接法與限流式接法均可，以實驗操作方便而定.

學生探究活動2：測量金屬絲的長度與橫截面積.

小組活動展示2：用刻度尺測量電阻絲接入電路中的有效長度l，并且要反復測量多次取平均值，得到有效長度.同時，用螺旋測微器、游標卡尺在同一根電阻絲的不同位置進行多次測量，取平均值作為電阻絲的直徑.

學生探究活動3：螺旋測微器、游標卡尺的操作與讀數.

問題情境1：如圖2（甲）所示，某次實驗過程中，一同學用螺旋測微器測量金屬電阻絲直徑時，從調節到讀數的過程中，

圖2

（1）用螺旋測微器測量合金絲的直徑時，當測微螺桿靠近導體，改用如圖2（甲）所示的部件________（選填“A”、“B”、“C”或“D”），直到聽到“喀喀”的聲音停止旋轉.

（2）如圖2（乙）所示，測得該合金絲的直徑為d=________mm.

問題情境2：如圖3（甲）所示，某次實驗過程中，一同學用游標卡尺測量金屬電阻絲直徑時，從調節到讀數的過程中，

（1）測量金屬電阻絲直徑需要用圖3（甲）中的（選填“C”或“D”）.

（2）某同學用卡尺把金屬電阻絲夾緊后直接進行讀數，如圖3（乙）所示讀數為_______mm.

圖3

（3）上一步驟中該同學漏掉的操作是_______.

小組活動展示3：1.D 3.298 mm；2.C 3.30 mm.

實驗室能為完成本實驗提供的滑動變阻器的規格有（5Ω3 A，10Ω2 A，20Ω2 A，50Ω1.5 A，200Ω1.25 A）幾種，應該選擇哪種規格的滑動變阻器呢？

圖4

小組活動展示4：（1）選擇m，理由是隨滑片的移動，分壓電路接近均勻變化（接近于線性關系），方便實驗操作；（2）一段金屬電阻絲的電阻較小（甲小組同學用多用電表的歐姆擋測一段長為l=50 cm鎳鉻合金約為10Ω左右）.若選用限流式接法，甲小組選擇滑動變阻器（10Ω2 A）進行實驗.由于最大阻值跟待測電阻差別不大，可以調節的電壓調節范圍大約為2-3 V.若選擇分壓式接法，甲小組選擇滑動變阻器（5Ω3 A）進行實驗，可以提供的電壓調節范圍大約為0-3 V.雖然，限流式、分壓式都可滿足實驗采集6-8組數據描點繪圖，考慮到分壓式接法調壓范圍稍大，數據點可以更分散一些.因此甲小組認為選用分壓接法相對合理.

學生自主探究實驗：將圖1（甲）中的滑動變阻器換成200Ω1.25 A，使滑動變阻器滑片從最左端緩慢向右端移動的過程中，觀察電壓表、電流表示數變化情況.

學生探究活動5：按照圖1的實驗電路圖在圖5（甲）中用筆劃線代替導線進行實物連線.

小組活動展示5：在圖5（甲）中按照圖1（甲）所示的電路圖用筆劃絲代替導線在圖5（乙）中連線.

圖5

學生探究活動6：在某次實驗過程中，一小組同學按圖5（乙）連接好測量電路，閉合開關，使滑動變阻器滑片從最左端緩慢向右端移動的過程中，發現電壓表、電流表讀數總不為0，已知電流表、電壓表以及待測金屬絲都是完好的，則電路故障為導線_______斷路（用圖中導線編號表示）.

小組活動展示6：導線e斷路.

學生探究活動7：在排除電路故障后，該小組同學利用以上器材正確連接好電路，進行實驗測量，記錄數據如表1所示.

表1

小組活動展示7：為了處理實驗數據，小組成員在坐標系上建立U、I系（圖6），并描繪出U-I圖線，由圖線得到金屬絲的阻值Rx=4.6Ω.

圖6

學生探究活動8：在某次實驗過程中，一學習小組將圖1（甲）電流表內接，改變滑動頭在金屬絲上的位置，分別測出金屬絲長度l1=10 cm、l2=20 cm、l3=30 cm、l4=40 cm、l5=50 cm及相對應接入電路的電阻Rx，測量的數據記錄在表2表格中.該小組同學根據表中的數據，在圖7方格紙上作出Rx-l圖像，并根據圖像及金屬絲的直徑，計算該金屬絲的電阻率ρ.該小組同學討論后認為，電流表內阻會導致測出的R值偏大，因此測出的電阻率偏大.該小組同學的觀點是否正確？請簡要說明理由.

表2

圖7

4 項目式學習實施效果

綜上所述，在高中物理實驗專題復習課中采用實施項目式學習，能為學生搭建一個實踐操作、交流合作、問題解決的展示平臺.不但有利于學生自主建構學科知識體系，體會學科方法、學科思想；而且，通過問題解決，有助于學生完成知識的內化，思維的拓展及實驗技能的提升，在深度學習的基礎上促進學生實驗素養的提升.