“測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)的合作探究學(xué)習(xí)

秦紅梅

（蘇州大學(xué) 江蘇 蘇州 215006；成化高級(jí)中學(xué) 江蘇 無錫 214423）

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科.雖然物理實(shí)驗(yàn)富含很多的探究因素，但是現(xiàn)在依然有很多教師還沿用傳統(tǒng)的講授式教學(xué).這種缺少探究與合作的教學(xué)方法培養(yǎng)出的學(xué)生嚴(yán)重缺乏實(shí)踐能力和探究能力，根本無法滿足新時(shí)代對(duì)人才的要求［1，2］.

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用合作探究性學(xué)習(xí)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的積極性，加強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)性，讓物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)真正變成探究“新”規(guī)律、發(fā)現(xiàn)“新”現(xiàn)象的過程；還可以讓學(xué)生在表達(dá)與交流的過程中，加強(qiáng)合作意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生情感態(tài)度和價(jià)值觀的發(fā)展.

合作探究學(xué)習(xí)，是以小組合作為主要形式的一種探究學(xué)習(xí)活動(dòng)，包括生生合作探究和師生合作探究等具體方式.在合作的動(dòng)力基礎(chǔ)上進(jìn)行的科學(xué)探究，能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的合作精神、探索精神和創(chuàng)新能力［3］.

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的合作探究性學(xué)習(xí)主要指在教師的指導(dǎo)下，一般由教師提出實(shí)驗(yàn)探究的任務(wù)；根據(jù)任務(wù)，各個(gè)合作小組制作計(jì)劃，提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案；合作小組按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究；學(xué)生對(duì)獲得的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行描述，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；最后，教師組織學(xué)生對(duì)不同小組的結(jié)論加以分析、相互交流，得出探究結(jié)果的過程［3］.

下面以實(shí)驗(yàn)“測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”的教學(xué)為例，談?wù)劰P者是如何組織合作探究學(xué)習(xí)，優(yōu)化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的.

教學(xué)背景：已經(jīng)學(xué)完了“閉合電路歐姆定律”，“探究決定導(dǎo)體電阻的因素”和“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.

1 課前準(zhǔn)備 落實(shí)任務(wù)——有效的引導(dǎo)讓課前準(zhǔn)備更充分

學(xué)生分組：按照組內(nèi)異質(zhì)，組間同質(zhì)的原則，教師分好合作小組.全班48人，分成12小組，每組4人；組長由各組推選，要求組長作為核心，能調(diào)控組員并進(jìn)行分工.

任務(wù)布置：預(yù)習(xí)課本上的實(shí)驗(yàn)“測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”，設(shè)計(jì)“測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)，可以查閱參考書和其他資料.

提出要求：對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，從8個(gè)問題入手，即實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，實(shí)驗(yàn)的原理圖，需要的實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)的操作步驟，需要記錄哪些數(shù)據(jù)，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)的誤差.

準(zhǔn)備效果：經(jīng)過兩天時(shí)間的準(zhǔn)備，小組選好了組長；學(xué)生預(yù)習(xí)了課本上“測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)；組員之間也將通過其他渠道所搜集的信息及自己的理解進(jìn)行了分享和交流；每組拿出了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案.

2 組間交流 敲定方案——“學(xué)生講”比“教師講”更鍛煉學(xué)生的思維能力

代表介紹：實(shí)驗(yàn)課的開始，教師請(qǐng)每組派代表介紹本組實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)原理、實(shí)驗(yàn)的原理圖.其他組的學(xué)生有不明白的可以提問，教師在此過程進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)、補(bǔ)充和糾正.

交流結(jié)果：交流下來，全班12組一共提出了6種不同的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)應(yīng)6個(gè)電路圖如下.

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

敲定方案：經(jīng)過教師引導(dǎo)、學(xué)生討論，發(fā)現(xiàn)方案5，6與方案3，4的原理是一樣的，所以，最終將合作小組分為4大組，每大組分為3小組，分別采用圖1，2，3，4對(duì)應(yīng)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

3 學(xué)生實(shí)驗(yàn) 教師點(diǎn)撥——學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題才能留下深刻印象

友情提醒：對(duì)實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)的問題，如滑動(dòng)變阻器連線錯(cuò)誤，閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器的滑片所處的位置不對(duì)，電壓表、電流表的量程選擇不當(dāng)，電路連接錯(cuò)誤，電路出現(xiàn)故障，電表不會(huì)讀數(shù)等等，教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前可適當(dāng)提醒.

問題處理：對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，教師首先讓學(xué)生小組內(nèi)解決；如果小組內(nèi)解決不了，可以尋求外援，請(qǐng)同一實(shí)驗(yàn)大組的其他小組幫忙；還是解決不了的，再找教師，教師適當(dāng)點(diǎn)撥.

統(tǒng)一意見：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)處理應(yīng)該采用何種方法發(fā)生了爭論.處理數(shù)據(jù)的學(xué)生準(zhǔn)備采用多次測量求平均值的方法；但其他學(xué)生指出應(yīng)該采用圖像法，因?yàn)榻滩纳喜捎玫木褪菆D像法，而且圖像法“可以首先排除個(gè)別誤差比較大的點(diǎn)”，誤差會(huì)比較小.教師肯定了用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，統(tǒng)一要求大家嘗試用圖像法處理數(shù)據(jù).

對(duì)方案1和2的數(shù)據(jù)處理，學(xué)生能夠參照教材，畫出U-I圖像（圖7或圖8），并能較快得到U-I圖線的斜率大小等于電池的內(nèi)阻r，圖線的縱截距等于電池的電動(dòng)勢E.

圖7

圖8

但是采用方案3，4的小組，對(duì)利用圖像法如何建立坐標(biāo)系顯得束手無策.

將此式變形，得到

圖9

得到

圖10

4 詳細(xì)講解 設(shè)疑鞏固——引導(dǎo)分析中突破系統(tǒng)誤差分析的難點(diǎn)

4大組中12小組處理出來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有些有很大的差異.對(duì)于這種差異，一開始大家認(rèn)為是由于實(shí)驗(yàn)操作的誤差和不同電池的差異造成的.

教師讓2組學(xué)生先后使用同一塊電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)測出的結(jié)果也有較大差異.對(duì)此，教師先讓學(xué)生回憶用伏安法測電阻（內(nèi)接法和外接法）的誤差原因；然后，引導(dǎo)學(xué)生分析方案1，2造成的系統(tǒng)誤差，得出結(jié)論即方案1中E測＜E真，r測＜r真；方案2中E測＝E真，r測＞r真.教師同時(shí)也提醒學(xué)生注意電池內(nèi)阻與溫度有關(guān)，兩次實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度不同，測出結(jié)果也不同.

對(duì)實(shí)驗(yàn)方案3和4造成的系統(tǒng)誤差，教師提醒學(xué)生注意方案3與方案2的相同點(diǎn)，即電流表測的都是干路電流；方案4與方案1的相同點(diǎn)，即電壓表測的都是路端電壓；布置作業(yè)，請(qǐng)學(xué)生課后分析方案3和4造成的系統(tǒng)誤差.

5 小組評(píng)價(jià) 拓展延伸——?dú)w納實(shí)驗(yàn)步驟和強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

系統(tǒng)誤差分析結(jié)束后，教師及時(shí)組織小組進(jìn)行組內(nèi)自評(píng)和組間互評(píng).各小組派出代表對(duì)本組實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行評(píng)價(jià)，同一小組不同成員可以進(jìn)行補(bǔ)充，歸納實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及處理方法，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)的步驟、實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng).其他組可以提出質(zhì)疑和補(bǔ)充，提出在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)有哪些不足之處，還可以進(jìn)行哪些修正.

6 撰寫報(bào)告 及時(shí)反思——學(xué)然后知不足 促進(jìn)學(xué)生能力的提升

由于不同學(xué)生在小組活動(dòng)中的任務(wù)不同，觀察的角度和思考的深度及廣度必然不同.物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫過程是學(xué)生對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的原理、步驟、注意事項(xiàng)等等的整理過程；同時(shí)，也是培養(yǎng)學(xué)生情感、態(tài)度和價(jià)值觀的過程.學(xué)生在撰寫過程中可以再次體會(huì)到在小組活動(dòng)時(shí)的滿足感、挫敗感等情緒并獲得激勵(lì)，這樣能夠促使學(xué)生及時(shí)反思，及時(shí)總結(jié).

效果評(píng)價(jià)：在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用合作探究學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)操作，數(shù)據(jù)處理，誤差分析等過程；當(dāng)學(xué)生不斷地遇到問題時(shí)，就會(huì)促使學(xué)生不斷觀察、思考、猜測、討論，在教師和同學(xué)的幫助下，最終解決了問題，并獲取了知識(shí).合作探究學(xué)習(xí)不僅僅提高了實(shí)驗(yàn)課的效率，更訓(xùn)練了學(xué)生的思維，提高了學(xué)生的能力，在合作探究的過程中還加強(qiáng)了學(xué)生之間的合作意識(shí).

1 邢同海.物理教學(xué)科研方法.呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)出版社 ，2000.4

2 廖伯琴.中學(xué)物理課程改革的目標(biāo)與實(shí)施.北京：北京高等教育出版社，2003.8

3 高向斌.走向合作性教學(xué).太原：山西教育出版社，2005.9