審視實驗復習誤區 突破電學實驗設計

摘 要：電學設計性實驗是近幾年高考的熱點也是得分難點，提高學生實驗設計能力是實驗復習教學的重要任務。本文闡述了傳統實驗復習中的一些教學誤區，提出了在新課程理念指導下突破電學實驗設計的教學策略。

關鍵詞：高考；電學；實驗設計；教學策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-61

48(2007)7(S)-0056-3

縱觀近幾年的高考試題可知，電學設計性實驗是最為常見的題型。其特點：均為課本實驗的拓展與變式，均需要對電路的基本原理和規律進行思考與設計，弱化了直接用公式或模型，強化實驗設計中的原理意識。如何讓學生能靈活地運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題，提高學生掌握知識的水平和實驗設計能力，是復習教學中有待解決的重要問題。本文以測定電源電動勢和內阻為例，談談傳統高三實驗復習的一些誤區及突破電學實驗設計難點的教學策略。

1 對實驗復習教學誤區的審視

從目前的情況來講，對高考命題方向、內容的把握其實并不難，難在如何高效地解決教學中的實際問題，如何切實提高學生的掌握水平和解決問題能力。對此，首先要反思實驗復習中一些實際做法。在新課程背景下，目前還有不少教師對實驗復習保持著陳舊的做法，存在不少誤區，具體表現如下：

1.1 教學過于簡單化傾向

實驗復習往往為了省時間趕進度，熱衷于多練題，簡單采取逐個復習課本實驗，教師講清實驗原理、器械選擇、操作步驟、注意事項等，學生進行記憶、理解，接著做習題的方式。缺乏整合、聯系、體驗，導致學生的理解簡單片面，只見樹木、不見森林，妨礙了在具體問題中的廣泛而靈活的遷移。

1.2 照本宣科，造成學生思維定勢

把課本知識當成定論，把課本提供的方案當成唯一正確的方案。如用伏特表、安培表測定電源電動勢和內阻實驗中，對課本實驗方案沒作解釋、質疑，只讓學生被動接受。使學生知其然而不知其所以然，停留于教條式掌握、簡單套用。

1.3 重結論，輕設計過程、輕體驗

傳統教學認為熟能生巧，從而進行反復訓練。在實驗練習分析中往往想當然地認為，只要告訴學生答案就能一點即破，以自己的思維代替學生的思維，忽視讓學生經歷實驗設計的判斷、評價過程。

2 突破電學實驗設計的策略

新課程重視過程與方法，在過程中感悟，從而構建對事物的個人看法，鼓勵學生獨立思考，培養創新精神和實踐能力。這些也應該是我們實驗復習教學的基本理念、基本辦法。復習中應引導學生自主建構知識，積極參與實驗電路設計、系統誤差分析，在具體實驗設計中揭示思維過程，提高實驗設計的探究能力。

2.1 引導學生自主建構知識，促進原理、方法遷移

電學實驗設計過程是綜合運用電路知識的過程，教學應重視對知識系統的構建，充分注意知識的完整性、系統性和綜合性。在實驗復習中，應讓學生獨立地對課本電學實驗所涉及到的概念、原理進行初步歸納總結，比較不同實驗之間在知識、方法上的聯系、區別，做到整體把握。在此基礎上，探究具體實驗中可用的原理、方法，促進原理、方法遷移。如測定電源電動勢和內阻實驗，基本原理為閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串并聯電路等，是這些知識的綜合應用。

2.2 引導學生積極參與實驗設計，培養學生實驗設計探究能力

誘導學生運用學過的物理知識，變換思維角度，進行多途徑、多方向、多側面思考，從而設計出盡可能多、盡可能新的實驗方案，這是提升學生實驗規劃、設計能力的一條重要途徑。如要求學生利用常用的儀器與儀表設計幾種“測定電源電動勢及內阻”的實驗方案，說明實驗原理和方法，并畫出電路圖。學生在經過思考、討論之后，能設計出如下幾種實驗方案：

方案一 如圖1所示，當R變化時，由電壓表和電流表可讀出電壓和電流的數值。由閉合電路歐姆定律列出方程組：

方案二 如圖2所示，其原理和結論同方案一。

方案三 如圖3所示，電路中R1、R2的阻值給定。實驗時分分別測量電鍵S連接R1和R2時的電流I1和I2則有：

解以上方程得：

方案四 如圖4，電路中R1、R2的阻值給定。實驗時分別測量電鍵S連接R1和R2時的電流V1和V2則有：

2.3 重視系統誤差分析，拓寬實驗設計思路，培養創新能力

實際測量中由于電表本身內阻影響，不同測量方案帶來誤差原因、效果不同。學習中如缺乏對實驗的系統誤差分析，會導致對實驗方案優劣不能判斷，只能束縛于課本知識，造成思維定勢。

在上述方案一中，由于電壓表的實際分流作用，引起實驗誤差。以I真=I+URV，代換閉合電路歐姆定律中的I，解得：

在方案二中，由于電流表的分壓作用，引起誤差。以U真=U+IRA代換閉合電路歐姆定律中的U，解得：

由上述誤差分析可知，為了減小誤差，如滿足RVr，采用方案一；如滿足rRA，則采用方案二較為合理。一般情況由于電源的內阻滿足RVr，而RA≈r，應采用方案一（這就是課本中所采用的原因）。但筆者認為，如果安培表的內阻已知，則采用方案二更為合理。方案三誤差分析同方案二，方案四誤差分析同方案一。通過誤差分析讓學生拓展思路，激發學生的學習興趣，發展學生的創新能力，改變過去按教科書上電路“依葫蘆畫瓢”的情況。

2.4 重視應用中評價、判斷，揭示設計的思維過程，提高實踐能力

在學生掌握基本概念、原理，形成基本技能基礎上，引導學生在各種變化的情景中應用知識，解決問題。組織學生展開充分討論，透視學生的理解，洞察學生的思考方式，揭示實驗設計的思維過程，形成深層次理解。

例 測量電源的電動勢E及內阻r（E約為4.5V，r約為1.5Ω）。器材：量程3V的理想電壓表V，量程0.8A的電流表A（具有一定內阻）。固定電阻R=4Ω，滑線變阻器R，電鍵K，導線若干。

①畫出實驗電路原理圖。圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標出。

②實驗中，當電流表讀數為I1時，電壓表讀數為U1；當電流表讀數為I2時，電壓表讀數為U2。則可以求出E=______，r=______。（用I1、I2、U1、U2及R表示）

解本題時首先想到的是上述設計方案一（同課本），但電壓表的量程只有3V，而電源電動勢約為4.5V，故不能直接用電壓表測量電源的路端電壓，在此處學生碰到困難。這時，教師不能直接提供答案，而應該引導學生打破思維定勢，從多角度出發，設計出各種可能的方案。學生常見方案如圖5-圖8所示。接著讓學生從精確性、安全性、可操作性進行判斷、評價，充分暴露、展現學生的思維過程，最后在集體討論下確定最佳方案。答案如下：

①實驗電路原理圖8所示。

②根據U1=E-I1（r+R），

總之，電學設計性實驗已成為高考實驗考核的主要內容之一，高三物理實驗復習教學，應在新課程理念指導下，重視學生學習中的思維過程，提高學生的科學素養，才能做到事半功倍。

參考文獻：

［1］張健偉.孫燕青.建構性學習.上海教育出版社.2005.6

［2］陳才興.對2005年高考實驗題的分析和思考.中學物理教學參考.2005.8

(欄目編輯王柏廬)

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