周易

摘? ?要：“科學思維”是物理核心素養(yǎng)的重要組成部分，是高中物理的重要思維方法，主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素。文章基于此角度對電表改裝問題進行分析，進而反思實驗教學。

關鍵詞：科學思維;電表改裝;實驗教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）6-0031-3

實驗室常用的電壓表與電流表均由滿偏電流較小的電流表表頭改裝而成。由于實驗需求不同，對其量程的要求也就不盡相同，所以改裝的目的主要在于“擴程”。下面分別對電壓表、電流表的改裝進行分析。

1? ? 電壓表的改裝

1.1? ? 改裝特點

已知電流表表頭的滿偏電流Ig及內(nèi)阻Rg，由于滿偏電流Ig太小，一般不能直接用于測量，僅用于檢測電路中電流的有無以及判斷其方向。根據(jù)歐姆定律，表頭滿偏時的電壓為Ug=IgRg，同樣Ug也太小，無法承擔更大的電壓。為了滿足實驗所需，必須給表頭串聯(lián)一個分壓電阻R0（改裝流程如圖1）。

改裝后的新表（電壓表）參數(shù)如下：

問題：常用的電壓表一般都有多個量程（至少兩個），那么又將如何設計改裝呢？

分析：設計圖如圖2所示。

1.2? ? 核心素養(yǎng)分析

（1）模型溯源：電壓表改裝的物理“原型”其實就是最基本的串聯(lián)電路，如圖3所示。電路中的電流處處相等，電路兩端總電壓等于各串聯(lián)電阻兩端的電壓之和，電路總電阻等于各串聯(lián)電阻之和。

（2）推理創(chuàng)新：在串聯(lián)電路中，總電壓被分配到各串聯(lián)電阻上，阻值大的電阻分得的電壓大，阻值小的電阻分得的電壓小……據(jù)此推理，思維的火花油然而生，一種“分擔”的思想立馬浮于腦?！裟芙o表頭串聯(lián)一個“電壓分擔者”，量程不夠的問題便迎刃而解。于是，一個全新的設計躍然紙上，即圖1所示的改裝設計（多量程的情況亦如此，此處不再贅述）。

（3）素養(yǎng)呈現(xiàn)：看似簡單的建模與推理過程，其間包涵了科學推理、孕育了創(chuàng)新思維、內(nèi)化了學科特性，盡顯物理核心素養(yǎng)。倘若沒有扎實的知識基礎和良好的思維習慣，必將一籌莫展。

2? ? 電流表的改裝

2.1? ? 改裝特點

由于表頭滿偏電流Ig太小，直接用于測量可能會燒壞表頭，為了滿足實驗所需，必須給表頭并聯(lián)一個分流電阻R0（改裝流程如圖4）。

顯然，R0越小，擴大倍數(shù)越大。

問題：含多個量程（至少兩個）的電流表又該如何設計呢？

分析：設計圖如圖5所示。

2.2? ? 核心素養(yǎng)分析

（1）模型溯源：電流表改裝的物理“原型”來自最基本的并聯(lián)電路，如圖6所示。電路中各支路兩端的電壓相等，電路總電流等于各支路電流之和，電路總電阻的倒數(shù)等于各支路電阻的倒數(shù)之和。

（2）推理創(chuàng)新：在并聯(lián)電路中，總電流被分配到各并聯(lián)支路上，支路電阻大的分得的電流小、支路電阻小的分得的電流大……據(jù)此推理，“分擔”思想再次躍然紙上。于是，便有了圖4所示的改裝設計。

但是，就“多量程”的改裝而言，電流表的設計比電壓表復雜多了——僅靠增加支路來實現(xiàn)電流的“分擔”已行不通。因為這樣雖然擴大了量程，但是無法實現(xiàn)多量程共存。所以得換一個角度，從“改變分流電阻的阻值”上做文章，進而在實現(xiàn)擴程的同時，也做到了多量程共存，如圖5所示。

（3）素養(yǎng)呈現(xiàn)：同樣，建模與推理過程中孕育了創(chuàng)新思維、包含了科學推理。尤其是在多量程的設計中，先后經(jīng)歷了模型構建、科學推理、問題發(fā)現(xiàn)、質疑論證，最后得出新的解決方案。每個環(huán)節(jié)都關乎科學思維，都有助于內(nèi)化學科品質，都在不間斷地激發(fā)好奇心與求知欲，是對基本知識、基本技能、思維品質以及科學態(tài)度的一次大檢閱、大提升。

3? ? 反思教學

不難看出，當面對新情境、新任務，需要運用已學過的物理理論、實驗方法、實驗儀器去進行創(chuàng)新設計、解決實際問題時，科學思維能力顯得尤為重要。

所以，我們必須摒棄傳統(tǒng)的“以講代做、演示為主、模擬泛濫、機械重復”實驗教學模式，開啟以培育和提升學生科學思維能力為目標的新思路。

（1）注重基本概念和基本規(guī)律的理解，以儲備更多的物理“原型”?！皢柷堑们迦缭S，為有源頭活水來”就是這個道理，沒有“舊枝”，何來“新芽”。

（2）深刻理解實驗原理，敢于質疑、勤于論證、勇于創(chuàng)新。有了“舊枝”，我們還得施以“陽光、雨露、肥料”，“新芽”才能茁壯成長，這就是質疑、論證和創(chuàng)新的重要性。

（3）高質量完成基本實驗，多動手操作，少一些模擬和演示。如果一味地以講代做、演示為主、模擬橫行，那么學生自然就會眼高手低（一聽就懂、一做就錯）。只有親自動手、切身體驗，去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，才能真正掌握必備的知識和必要的技能。

（4）學以致用，直面真實情境、解決實際問題。這是學習的最高境界，如果條件允許，多開展一些課外實踐活動，解決實際問題（如：檢測電路故障、探究聲控電路、設計晴雨自動晾衣架等），將所學的知識轉化為技能、內(nèi)化學科特質、提升學科素養(yǎng)。

綜上所述，科學思維是應用物理知識解決實際問題的重要保證，在實驗教學中培養(yǎng)學生的科學思維能力顯得尤為重要。為此，我們必須重視基本實驗，準確理解和體會其中所展現(xiàn)的科學思維能力，進一步提高課堂效率;同時還得不斷提高自身的學科素養(yǎng)、加深對學科本質的理解。只有這樣，才能更好地完成實驗教學任務、提升學生的科學思維能力、促進學生終身發(fā)展。

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）