例談促進(jìn)高階思維發(fā)展的電學(xué)實(shí)驗(yàn)拓展策略

李丕榮

(浙江省溫州外國語學(xué)校 浙江溫州 325000)

浙教版八上科學(xué)教材第四章和九上科學(xué)教材第三章中有四個電學(xué)實(shí)驗(yàn)。對于這四個電學(xué)實(shí)驗(yàn)，很多教師會讓學(xué)生根據(jù)書本既定的步驟（過程）進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后根據(jù)書中的討論環(huán)節(jié)進(jìn)行簡要討論，缺乏相應(yīng)的拓展。筆者認(rèn)為對這四個電學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的拓展能有效地促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展[1]。

一、從滑動變阻器如何調(diào)節(jié)的角度進(jìn)行拓展

已知小燈泡的額定電壓為2.5V，電路連接如圖1所示，若此時電壓表顯示的示數(shù)為2.1V，為測定小燈泡的額定功率，滑動變阻器的滑片應(yīng)如何移動？為什么？

要測小燈泡的額定功率，必須使小燈泡的電壓達(dá)到2.5V（此時為2.1V）。電路為串聯(lián)電路，小燈泡電壓若要增大，即滑動變阻器的電壓要減小。串聯(lián)電路中小電阻分小電壓，所以要使滑動變阻器接入電路的電阻變小，則滑片要向左移動，直至電壓表的示數(shù)為2.5V。

該拓展環(huán)節(jié)，需要學(xué)生以實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑槌霭l(fā)點(diǎn)，結(jié)合串聯(lián)電路的特點(diǎn)及滑動變阻器的相關(guān)知識進(jìn)行分析，使學(xué)生的分析能力得到了鍛煉，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。

二、從電路故障分析的角度進(jìn)行拓展

電路連接如圖1所示，閉合開關(guān)，無論怎么移動滑動變阻器滑片，小燈泡均不亮、電流表沒有示數(shù)，電壓表的示數(shù)約等于電源電壓。請判斷電路可能的故障為（ ）。

A.小燈泡短路 B.小燈泡斷路

C.電流表斷路 D.滑動變阻器接觸不良

若電流表斷路或滑動變阻器接觸不良則整個電路斷開，電壓表和電流表均無示數(shù)，所以C、D排除。若小燈泡短路，則電路中的總電阻為滑動變阻器接入電路的有效電阻（不考慮電流表和電源的內(nèi)阻），電流表的示數(shù)不為零，故A錯。若小燈泡斷路，則電壓表、電流表、滑動變阻器三者串聯(lián)，電壓表的內(nèi)阻巨大，所以電路的電流幾乎為零，電源的電壓幾乎全部分到電壓表身上，所以電壓表的示數(shù)接近電源電壓，B正確。

該拓展環(huán)節(jié)，需要學(xué)生結(jié)合具體的電路故障現(xiàn)象，結(jié)合選項(xiàng)進(jìn)行逐一分析、排除，利于訓(xùn)練學(xué)生的高階思維。

三、從改變已知條件的角度進(jìn)行拓展

如果題目給定小燈泡的額定電流，沒有給定額定電壓，要如何測定小燈泡的額定功率？

根據(jù)公式P=U·I，利用圖1的電路，只要調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片使得通過小燈泡的電流為額定電流，讀出此時電壓表的示數(shù)即為小燈泡的額定電壓，兩則相乘即可得出額定功率。

從已知條件的角度，平時通常給定學(xué)生小燈泡的額定電壓，讓孩子去測額定功率。該拓展環(huán)節(jié)給定學(xué)生小燈泡的額定電流，讓孩子去測額定功率。這個環(huán)節(jié)需要學(xué)生結(jié)合已知條件，根據(jù)公式進(jìn)行分析，并運(yùn)用類比和遷移的方法，得出具體的操作步驟，利于鍛煉學(xué)生的高階思維。

四、從實(shí)驗(yàn)的精確角度進(jìn)行拓展

已知小燈泡的額定電壓為3.8V，電源電壓恒為6V，電壓表的量程為0-3V和0-15V，為了比較精確地測定小燈泡的額定功率，請寫出簡要的實(shí)驗(yàn)步驟。

若按照常規(guī)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（如圖1），因?yàn)樾襞莸念~定電壓為3.8V，則電壓表要選擇0-15V的量程。但是，因?yàn)榇藭r電壓表的最小刻度為0.5V，難以精確控制電壓表的示數(shù)為3.8V，所以按照常規(guī)電路無法精確測定小燈泡額定功率。轉(zhuǎn)換思路，因?yàn)殡娫措妷汉銥?V，小燈泡和滑動變阻器串聯(lián)，要使小燈泡的電壓達(dá)到3.8V，只要使滑動變阻器的電壓為2.2V即可。如果我們把電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端，如圖2，電壓表選用0-3V的量程，那我們就能比較精確地使滑動變阻器兩端的電壓達(dá)到2.2V，即小燈泡兩端的電壓為3.8V。故大致的實(shí)驗(yàn)步驟如下，按圖2連接電路，移動滑動變阻器滑片使電壓表的示數(shù)為2.2V，讀出此時電流表的示數(shù)，再通過計算得出額定功率。

測定小燈泡的額定功率，學(xué)生的腦海里會馬上浮現(xiàn)圖1的電路圖，該環(huán)節(jié)特意設(shè)置小燈泡的額定電壓為3.8V，那么如果按圖1電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)難以精確控制小燈泡達(dá)到額定電壓。從而迫使學(xué)生再去思考更加合理的電路設(shè)計。這一實(shí)驗(yàn)拓展環(huán)節(jié)，能比較好地鍛煉學(xué)生的綜合、分析能力，促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)散，利于學(xué)生高級思維的發(fā)展。

五、從逆向思維的角度進(jìn)行拓展

如果已知小燈泡的額定功率，額定電流和額定電壓均不知道，如何得出小燈泡的額定電壓？小組討論寫出實(shí)驗(yàn)方案，之后展示，同學(xué)們分析方案是否可行。

方案1：按照圖1連接電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，當(dāng)觀察到小燈泡正常發(fā)光時，記錄此時電壓表的示數(shù)即為小燈泡的額定電壓。

方案2：按照圖1連接電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片到任意位置，讀出此時電壓表和電流表的示數(shù)分別為U和I，利用歐姆定律，求得小燈泡的電阻為R=U/I，再利用公式P額=U2額/R得出額定電壓等于額定功率和小燈泡電阻的乘積的開根號。

方案1分析：正常發(fā)光指的是小燈泡在額定電壓下發(fā)光，我們?nèi)庋蹮o法直接判斷小燈泡是否正常發(fā)光，所以方案1錯誤。方案2分析：因?yàn)樾襞蓦娮璧淖柚凳菚S著溫度的變化而變化的，利用歐姆定律算出來的電阻R和小燈泡在正常發(fā)光時對應(yīng)的電阻不一定相同，所以方案2錯誤。該拓展環(huán)節(jié)涉及到兩個任務(wù)，任務(wù)1是設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，難度較大，而且比較容易出錯。從已知條件的角度，平時通常給定學(xué)生小燈泡的額定電壓，讓孩子去測額定功率。該拓展，反其道，給定學(xué)生小燈泡的額定功率，反過來讓學(xué)生求額定電壓。要完成該任務(wù)，學(xué)生需要明確：當(dāng)燈泡兩端的電壓增大時，通過燈泡的電流也增大，小燈泡的功率也隨之增大。即功率和電壓、電流之間存在一一對應(yīng)的關(guān)系。任務(wù)2是對學(xué)生設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評價，學(xué)生需要發(fā)現(xiàn)方案1、方案2隱藏著的錯誤。任務(wù)2需要較強(qiáng)的評價能力和思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。