李從瑞 令閏強

[摘 ? 要]培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)是高中物理教學(xué)的核心目標(biāo)。文章以“多用電表的原理”的教學(xué)設(shè)計為例，將“物理觀念”、“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”及“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任” 貫穿到整節(jié)課的教學(xué)設(shè)計中，并結(jié)合信息化教學(xué)理念給出教學(xué)建議。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);高中物理;多用電表

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標(biāo)識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0047-02

高中物理課堂教學(xué)是在科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo)的。物理核心素養(yǎng)包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”及“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面 [1] 。

“多用電表的原理”是普通高中物理選修3-1（人教版）第二章第8節(jié)的內(nèi)容?！岸嘤秒姳淼脑怼钡慕虒W(xué)設(shè)計是通過例題的講解和問題的引導(dǎo)，使學(xué)生在回顧已構(gòu)建的知識體系——閉合電路的歐姆定律的基礎(chǔ)上進行遷移，進而學(xué)習(xí)深層次的知識體系[2]——歐姆表和多用電表。學(xué)生在自主構(gòu)建新的知識體系的過程中，開展科學(xué)思維，提升分析能力、探究能力、合作能力、創(chuàng)新能力，形成物理觀念[3]。

一、“多用電表的原理”的教學(xué)設(shè)計

1.歐姆表原理的探究

（1）物理情景

在圖1電路中，電源的電動勢E=1.5 V，內(nèi)阻r=0.5 Ω，電流表滿偏電流Ig=10 mA，電流表的內(nèi)電阻為7.5 Ω，A、B為接線柱。

問題1.用一條導(dǎo)線把A、B直接連起來，此時，應(yīng)把可變電阻R1調(diào)節(jié)為多少才能使電流表恰好達到滿偏電流？如果電流表變換成一個大量程的電流表，使其指針達到滿偏，應(yīng)如何調(diào)整可變電阻R1的阻值？

問題2.調(diào)至滿偏后保持R1的阻值不變，在A、B間接入一個150 Ω的定值電阻R2，電流表示數(shù)是多少？電流表指針偏轉(zhuǎn)一半時，外接電阻與原電路中總電阻有何關(guān)系？

問題3.如果把任意電阻R接在A、B之間，電流表讀數(shù)I與R有什么關(guān)系？外接電阻R從“0”開始逐漸增大時，電流表的指針偏轉(zhuǎn)位置如何變化？

（2）核心素養(yǎng)

科學(xué)思維 學(xué)生由進階式問題引導(dǎo)，把已學(xué)過的閉合電路歐姆定律內(nèi)容遷移到新的問題中，在解決實際問題的基礎(chǔ)上進行質(zhì)疑、探究，從提出問題到合作交流，再從電流表讀數(shù)I與A、B之間接入電阻R的變化關(guān)系上升為建構(gòu)歐姆表的結(jié)構(gòu)和原理。

科學(xué)探究 學(xué)生根據(jù)閉合電路歐姆定律自主探究問題1（如圖2），用一條導(dǎo)線把A、B直接連起來，通過調(diào)節(jié)可變電阻R1的阻值，可以使電流表達到滿偏，此時A、B之間接入的電阻值為0。學(xué)生通過討論得出可變電阻R1的作用是調(diào)節(jié)滿偏電流的可變內(nèi)阻（歐姆表的部分內(nèi)阻）。

學(xué)生結(jié)合閉合電路歐姆定律自主探究問題2，當(dāng)外加電阻R=Rg+r+R1時，電流表的指針偏轉(zhuǎn)一半，此時電流表指針指在刻度盤的中央，該電阻叫中值電阻。

學(xué)生依據(jù)閉合電路歐姆定律自主探究問題3，得到[R=1.5I-150（Ω）]，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)知識對上式進行討論，得出電流表讀數(shù)I與A、B間接入的電阻R不是線性關(guān)系。學(xué)生通過討論得到“隨著外接電阻R的增大，電流表的讀數(shù)逐漸減小”這一共識。

通過對以上問題的探究和交流，如何將電流表轉(zhuǎn)換成直接測量電阻的儀表？學(xué)生通過合作探究完成，教師讓每個小組在探究完成后發(fā)表本組探究結(jié)論，教師聽取學(xué)生的回答后進行點評和完善。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任 學(xué)生通過對進階式問題的學(xué)習(xí)，在構(gòu)建新知識體系的過程中，不僅進行了自主探究和協(xié)作探究下的深層次學(xué)習(xí)，還培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任。

物理觀念 學(xué)生對知識的理解是由表及里、循序漸進的，學(xué)生在深化認知的過程中，需要通過自主探究和合作探究才能構(gòu)建新的物理觀念。學(xué)生通過對前面知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)，已經(jīng)掌握了如何把靈敏電流計改裝成直接測量電壓的電壓表和直接測量電流的電流表。能否將靈敏電流計改裝成直接測量導(dǎo)體電阻的儀表？學(xué)生通過閉合電路歐姆定律表達式中電流I與A、B之間接入的電阻R的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，如果把電流表10 mA 刻度標(biāo)為“ 0 Ω ”，5 mA 刻度標(biāo)為“ 150 Ω ”，0 mA 刻度標(biāo)為“ ∝ Ω ”，其他電流刻度按[R=1.5I-150（Ω）]的規(guī)律轉(zhuǎn)為電阻的標(biāo)度，這樣，電流表就改裝成了直接測電阻的儀器。歐姆表的刻度順序與電流表、電壓表的刻度順序相反，零刻度在右邊，左邊為無限大，刻度不均勻，左邊密、右邊疏。

（3）教學(xué)建議

物理核心素養(yǎng)的四個方面：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是相互促進的，所以在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)時，要滿足和遵循學(xué)生個體的發(fā)展需求和認知規(guī)律。教學(xué)過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生思考，特別是刻度盤的轉(zhuǎn)換，并協(xié)助學(xué)生完成。基礎(chǔ)較好的學(xué)生通過合作探究就可以得出結(jié)論，基礎(chǔ)欠佳的學(xué)生在教師的指導(dǎo)下也能得出結(jié)論。

2.多用電表的構(gòu)建

（1）物理情景

如圖3，甲、乙、丙分別為三種不同的測量儀表的示意圖。

問題1.如果欲將以上三種儀表結(jié)合起來構(gòu)成一個簡單的多用電表（如圖4），要求共同使用一個電流表和一個單刀多擲開關(guān)，開關(guān)接1、2、3時分別為電流表、歐姆表、電壓表。請在圖4中的虛線框內(nèi)畫出這個簡單的多用電表電路圖。

問題2.通常真實使用的多用電表是多量程的。如圖5是一個多量程多用電表的簡化電路圖。測電流和測電壓時各有兩個量程，還有兩個擋位用來測電阻。請回答以下問題：開關(guān)S調(diào)到哪兩個位置上電表測量的是電流？開關(guān)S調(diào)到哪兩個位置上電表測量的是電壓？開關(guān)S調(diào)到哪兩個位置上電表測量的是電阻？在測量電流或電壓時，哪個位置的量程較大？

（2）核心素養(yǎng)

科學(xué)思維 學(xué)生把三種不同的測量儀表融合到一起時，特別是把它們的結(jié)構(gòu)和原理融合到一起時，往往不會進行思維遷移和建模。通過對本節(jié)課的學(xué)習(xí)，將電流表、歐姆表、電壓表三種單一的測量儀表結(jié)合成一個簡單的多用電表，再進一步構(gòu)建多量程的多用電表，使學(xué)生的思維能力得到提升。

科學(xué)探究 學(xué)生通過探究問題（1）（如圖6），知道將電流表、歐姆表、電壓表三種儀表結(jié)合起來構(gòu)成一個簡單的多用電表。學(xué)生通過合作探究問題（2），隨后教師進行補充和完善（如圖7），知道多用電表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任 在完成多用電表構(gòu)建的過程中，激發(fā)了學(xué)生探究物理問題的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生崇尚科學(xué)和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任。

物理觀念 如圖5是多量程的多用電表電路圖。它由表頭G、直流電流測量電路、直流電壓測量電路、電阻測量電路以及轉(zhuǎn)換開關(guān)S等部分構(gòu)成。其中1、2為電流測量端，3、4為電阻測量端，5、6為電壓測量端。測量時黑表筆插入“-”插孔，紅表筆插入“+”插孔，并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接入與待測量相應(yīng)的測量端。

（3）教學(xué)建議

教師提出的問題要有層次性，不能直接引入多量程的多用電表，而應(yīng)循序漸進地引導(dǎo)，使學(xué)生的認識逐步提升;教師提出的問題要有針對性，針對各階段的教學(xué)要求引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究。

教學(xué)過程中，教師需要協(xié)助學(xué)生解決問題。學(xué)生通過合作探究得出結(jié)論，最后進行自我評價。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準（2017年版） [S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] ?汪顯和，梁旭.基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計：圓周運動[J].中學(xué)物理，2018（21）：50-52.

[3] ?朱小青.對高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的反思[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018（11）：4-7.

（責(zé)任編輯 易志毅）