基于歐姆定律的高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)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(jià)向“知識為基、能力為重、素養(yǎng)導(dǎo)向、價(jià)值引領(lǐng)”評價(jià)轉(zhuǎn)變。在這種大環(huán)境下，高考物理實(shí)驗(yàn)題更加具有開放性、靈活性，也更加突出關(guān)鍵能力的考查。在高三階段應(yīng)如何有針對性地、高效地引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)？筆者整理了有關(guān)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查思路，并歸納總結(jié)了科學(xué)有效的復(fù)習(xí)方法，以提高備考效率。

一、一個(gè)中心話題——電阻

1.測電阻

在《2019年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》中必考的電學(xué)實(shí)驗(yàn)共5個(gè)，這5個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)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(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)考查形式多樣，但是萬變不離其宗，即電學(xué)實(shí)驗(yàn)題型都圍繞一個(gè)中心問題“測電阻”。

2.電壓(流)表的本質(zhì)是電阻

圖1

圖2

二、兩種電路和數(shù)據(jù)處理

1.部分電路

圖3

對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理求電阻值時(shí)，在高中階段需重點(diǎn)掌握平均值法和圖像法。圖像法是指分別以實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)變化的物理量為自變量和因變量，根據(jù)部分電路歐姆定律擬合成線性函數(shù)，通過圖像的截距或斜率等信息求解電阻或其他物理量。

實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二不管是采用哪種方法測電阻，系統(tǒng)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(tǒng)誤差的思考方向。

2.閉合電路

表一

實(shí)驗(yàn)五是傳感器的簡單應(yīng)用，傳感器是指能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等物理量并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的另一個(gè)物理量(通常是電壓、電流等電學(xué)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(yīng)到的物理量直接通過電壓的變化體現(xiàn)出來)?？傊?，這5個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)都與部分電路或閉合電路存在緊密的聯(lián)系。

三、“三問”實(shí)驗(yàn)教學(xué)法拓展學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維

高三進(jìn)行實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí)，教師常常感慨：“復(fù)習(xí)過的內(nèi)容沒有考，考的又沒有復(fù)習(xí)過，有時(shí)即使出現(xiàn)了復(fù)習(xí)過的原題學(xué)生也做錯(cuò)?！边@是因?yàn)殡妼W(xué)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)很廣泛的問題，其目的是解決某個(gè)問題，由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌?，?shí)驗(yàn)方案也就不同，且現(xiàn)在的高考試題更具靈活性和開放性，所以師生對電學(xué)實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)感到難以把握。

為此，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中要牢牢牽住實(shí)驗(yàn)的“牛鼻子”，即我們要做什么。為了尋找實(shí)驗(yàn)的“牛鼻子”，我們模仿哲學(xué)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(fù)習(xí)時(shí)也對每個(gè)實(shí)驗(yàn)提出三個(gè)問題：“實(shí)驗(yàn)要做什么？實(shí)驗(yàn)要怎么做？實(shí)驗(yàn)做好了嗎？”，如表二所示。

表二

實(shí)驗(yàn)“三問”的第一問是要做什么。實(shí)驗(yàn)教學(xué)要開門見山，讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)要測量什么、探究什么或驗(yàn)證什么。提問要直指實(shí)驗(yàn)的中心任務(wù)，促使學(xué)生尋找解決這一問題的思路和實(shí)驗(yàn)方法，對實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)進(jìn)行聯(lián)想回憶。并從心理上暗示學(xué)生復(fù)習(xí)不僅是回顧常規(guī)實(shí)驗(yàn)，更是深層次尋找解決問題的思路和方法，這樣才能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的探索性和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性，讓學(xué)生的科學(xué)思維得到很好的發(fā)散訓(xùn)練。

實(shí)驗(yàn)“三問”的第二問是要怎么做。教師通過提問題激發(fā)學(xué)生為解決某一問題采取具體的行動(dòng)，提出的問題有根據(jù)什么實(shí)驗(yàn)原理、要設(shè)計(jì)怎樣的實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行幾步具體的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)要注意哪些操作細(xì)節(jié)、怎樣設(shè)計(jì)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格等。電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中常帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行探索性的思考，可以激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。這些問題會讓學(xué)生明白無論是經(jīng)典實(shí)驗(yàn)還是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路都是一樣的，科學(xué)探究的基本環(huán)節(jié)和流程也是相同的，也讓學(xué)生明白科學(xué)探究并不是遙不可及。這樣可以激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的興趣，可以拓展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維，也可以提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

實(shí)驗(yàn)“三問”的第三問是做好了嗎。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)一句簡單的提問，是對自己實(shí)驗(yàn)過程和細(xì)節(jié)的反思。電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中多問學(xué)生這些問題，結(jié)果準(zhǔn)確嗎？有多大的實(shí)驗(yàn)誤差？誤差產(chǎn)生的原因？怎么減小實(shí)驗(yàn)誤差？學(xué)生慢慢地就學(xué)會了反思和總結(jié)，實(shí)驗(yàn)思維變得更加嚴(yán)謹(jǐn)。

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)最好的載體。建議在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí)以實(shí)驗(yàn)“三問”教學(xué)法為指導(dǎo)，以課本常規(guī)實(shí)驗(yàn)為依托，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)施開放、靈活、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題；通過實(shí)驗(yàn)提升學(xué)生的基本技能，使學(xué)生領(lǐng)會基本思路，掌握基本方法，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，增?qiáng)合作意識；練就符合高中課程要求的實(shí)驗(yàn)本領(lǐng)，為學(xué)生的終身發(fā)展打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

四、高考真題指明實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)方向

通過對2021年全國高考物理試題(部分省市是學(xué)業(yè)水平考試試題，缺少重慶卷)的電學(xué)實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表三所示，筆者發(fā)現(xiàn)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理是部分(或閉合)電路歐姆定律，實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕旧鲜沁\(yùn)用各種方法測電阻。

表三

五、復(fù)習(xí)建議

1.回歸教材實(shí)驗(yàn)，關(guān)注課本上演示實(shí)驗(yàn)和課后習(xí)題，閱讀教材中的插圖

回歸教材重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，關(guān)注課本上演示實(shí)驗(yàn)和課后習(xí)題、閱讀教材中的插圖等內(nèi)容。2019版普通高中教科書中更加突出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。其中，“實(shí)驗(yàn)”為同學(xué)們增加動(dòng)腦、動(dòng)手操作的實(shí)踐活動(dòng)；“演示”為老師展示、供大家觀察的實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能引發(fā)思考和促進(jìn)交流；“做一做”是小型的動(dòng)手操作類活動(dòng)，目的是引發(fā)思考、體驗(yàn)感悟；“拓展學(xué)習(xí)”體現(xiàn)彈性，屬于選學(xué)選做的內(nèi)容，主要內(nèi)容是知識的拓展、延伸，或者是用傳感器、計(jì)算機(jī)等設(shè)備自動(dòng)記錄和處理數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)要重視教材的作用，帶領(lǐng)學(xué)生重視教材中與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

2.強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)儀器的使用，掌握實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，形成科學(xué)思維

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，教師應(yīng)注意落實(shí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及研究方法的培養(yǎng)。首先是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中反復(fù)操作常用儀表，加深對常用儀器的印象，學(xué)會基本儀器的使用，把各種測量工具的讀數(shù)多讀幾次，悟出道理；其次是讓學(xué)生掌握常規(guī)實(shí)驗(yàn)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(nèi)外接法、滑動(dòng)變阻器限流和分壓的接法等；最后是讓學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)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(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升科學(xué)探究能力

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中要以科學(xué)問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生從“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力。近幾年高考物理試題以生活、生產(chǎn)和科技為設(shè)計(jì)背景的實(shí)際情境試題大幅增加。平時(shí)為學(xué)生提供一些聯(lián)系實(shí)際(如科技突破，人工智能和機(jī)器人)的物理實(shí)驗(yàn)題，加強(qiáng)新穎的實(shí)驗(yàn)情境設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生有所思考、有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，萌發(fā)出科學(xué)問題；或在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中創(chuàng)設(shè)既定的任務(wù)，通過在完成任務(wù)中運(yùn)用科學(xué)思維，讓學(xué)生自己提出要探究的科學(xué)問題。

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí)要給學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)動(dòng)手的機(jī)會，提高學(xué)生制訂計(jì)劃的能力。培養(yǎng)學(xué)生把自己提出的科學(xué)問題分解為幾個(gè)獨(dú)立的小問題，并選擇恰當(dāng)?shù)姆椒?gòu)思探究計(jì)劃；培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會從原理、器材、信息收集技術(shù)、信息處理方法等方面形成探究計(jì)劃；學(xué)會通過查詢相關(guān)資料完善探究計(jì)劃。

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)和教學(xué)中還要加強(qiáng)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力與分析實(shí)驗(yàn)誤差能力的培養(yǎng)。只有讓學(xué)生去實(shí)驗(yàn)室親手做實(shí)驗(yàn)、測量數(shù)據(jù)、演算，并用圖像等方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能在實(shí)驗(yàn)過程中提升用現(xiàn)有知識進(jìn)行科學(xué)論證和解釋的能力。

4.強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)交流合作，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任