變式教學在實驗復習中的應用

胡冰琳

摘 要：針對目前高三實驗復習課低效的原因，提出在實驗復習中進行試題的變式訓練。變式訓練是指對問題進行條件變換，讓學生能從多情景、多層次、多角度認清問題本質(zhì)的一種教學模式。通過變式訓練，開拓學生視野，激發(fā)學生思維，提高學生分析問題和解決問題的能力。

關鍵詞：高中物理；變式訓練；實驗復習

實驗作為必考的題型在高考中有特別重要的地位，高考物理的實驗試題對學生的能力要求較高，試題變化多樣，學生在實驗試題的解答中往往感到困難，因此搞好實驗復習顯得尤為重要。

目前高三實驗復習課低效的原因有以下幾點：一是學生的實驗操作能力比較差，缺乏操作體驗，受到思維定勢的影響，遇到實驗題不是理性分析而是生搬硬套；二是教師通常比較注重基本實驗技能的訓練，缺少橫向的變式和遷移，沒有培養(yǎng)學生解決實驗問題的基本能力，造成學生在遇到新問題時感到束手無策，找不到切入點，打不開思路；三是對實驗的教學缺乏重視和研究，片面追求做題的數(shù)量，而忽略了試題歸類及方法的提煉。

實驗復習課的有效策略是要完成兩個轉(zhuǎn)變：試題的選擇由題海向精選轉(zhuǎn)變；試題的講授由就題論題向借題發(fā)揮轉(zhuǎn)變。實現(xiàn)的有效途徑就是進行試題的變式訓練。變式訓練是指對問題進行條件變換，讓學生能從多情景、多層次、多角度認清問題本質(zhì)的一種教學模式。通過變式訓練，開拓學生視野，激發(fā)學生思維，提高學生分析問題和解決問題的能力。

通觀近幾年各地的高考物理試卷，可以發(fā)現(xiàn)涉及考查測電源電動勢和內(nèi)阻的試題很多，試題靈活多變，學生做題時感到茫然。究其原因就是沒有掌握伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻的基本原理。測量電源電動勢和內(nèi)阻的各個題型都是從伏安法的基礎上演變而來的，這是解決問題的核心。下面以測電源電動勢和內(nèi)阻這個實驗為例來說明變式訓練在實驗復習中的有效應用。

例 （2014北京卷）利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻。要求盡量減小實驗誤差。

（1）應該選擇的實驗電路是圖1中的 （選填“甲”或“乙”）。

（2）現(xiàn)有電流表（0～0.6 A） 、開關和導線若干，以及以下器材：

A. 電壓表（0～15 V）

B. 電壓表（0～3 V）

C. 滑動變阻器（0～50 Ω）

D. 滑動變阻器（0～500 Ω）

實驗中電壓表應選用 ；滑動變阻器應選用 。（選填相應器材前的字母）

（3） 某位同學記錄的6組數(shù)據(jù)如表1所示，其中5組數(shù)據(jù)的對應點已經(jīng)標在圖2的坐標紙上，請標出余下一組數(shù)據(jù)的對應點，并畫出圖線。

表1

（4）根據(jù)圖2中所畫圖線可得出干電池的電動勢E= V，內(nèi)電阻r= Ω。

解析 本題由于0～15 V 電壓表量程太大和0～500 Ω滑動變阻器阻值太大不可選用，這一點學生極易判斷，因此電壓表選B，滑動變阻器選C。電壓表和電流表內(nèi)阻的影響會造成實驗誤差，由于電源內(nèi)阻較小，所以乙電路中電流表分壓影響較大，因此選擇甲電路。根據(jù)測畫的圖線，電源的電動勢等于縱軸的截距，內(nèi)阻為斜率的絕對值。可求出電動勢1.50V（1.49～1.50），內(nèi)阻0.83Ω（0.81～0.85）。

變式1 某學習小組在用伏安法測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，實驗室備有下列器材：

A.待測干電池（電動勢約為1.5V，內(nèi)阻約為1.0Ω）

B.電流表A（量程0—0.6A，內(nèi)阻約為0.5Ω）

C.電壓表V（量程0—0.6V，內(nèi)阻為RV=2000Ω）

D.滑動變阻器R（0—20Ω）

E.定值電阻R0

F.開關和導線若干

（1）若要較精確地測出電源的電動勢和內(nèi)阻，需擴大電壓表量程，實驗室中有以下四種阻值的定值電阻供選擇，則定值電阻R應選取：

A.2000Ω B.4000Ω C.6000Ω D.8000Ω

（2）請畫出該實驗電路原理圖。

（3）該小組同學根據(jù)實驗電路，測出七組實驗數(shù)據(jù)，并利用測出的數(shù)據(jù)直接繪出了U—I圖線（I為電流表A的示數(shù)，U為電壓表V的示數(shù)），如圖3所示，若把電流表和改裝后的電壓表當成理想電表，則依圖線可得被測電池的電動勢E= V，內(nèi)阻r= Ω。

解析（1）由于電壓表量程V太小，直接按圖1甲連接會使電壓表很快超過量程而燒掉，本題的變式變在0.6V量程的電壓表太小時，可以和提供的定值電阻串聯(lián)擴大為量程更大的電壓表。由于電動勢約為1.5V，只要改裝為1.8V的電壓表就能滿足要求。所以選B。A選項電阻太小，C、D選項電阻太大。（2）設計電路如圖4。

（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=■+Ir，可得U=■-■，由圖3可得■=0.5，可求E=1.5V，由圖3可計算斜率為0.36，通過■=0.36，求得r=1.08Ω。

變式2 在測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，備有下列器材：

A.待測的干電池（電動勢約為1.5V，內(nèi)電阻1.0Ω左右）

B.電流表A1（量程0—3m A，最小刻度0.1mA，內(nèi)阻為10Ω）

C.電流表A2（量程0—0.6A，最小刻度0.02A，內(nèi)阻未知）

D.滑動變阻器R1（0—20Ω，5A）

E.滑動變阻器R2（0—200Ω，l A）

F.定值電阻R0（990Ω）

G.開關和導線若干

（1）請畫出該實驗電路原理圖。

（2）在該電路中，為了操作方便且能準確地進行測量，滑動變阻器應選 （填寫器材前的字母代號）。

（3）圖5為該同學根據(jù)設計的合理實驗電路，移動滑動變阻器，電流表A1和電流表A2分別測得多組I1和I2，并畫出I1-I2圖線，則由圖線可得被測電池的電動勢E= V（取三位有效數(shù)），內(nèi)阻r= Ω（取二位有效數(shù)）。

解析：（1）將內(nèi)阻已知的電流表A1與定值電阻R0串聯(lián)后可改裝成量程為3V，內(nèi)阻為1kΩ的電壓表，本題的變式變在沒有電壓表時，把電流表串上電阻改裝成電壓表。設計電路如圖6。

（2）電流表A2的最大量程為0.6A，當電路中的總電阻為5Ω左右時，電流表讀數(shù)較準確，滑動變阻器采用分流接法，應選取D。

（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律，I1（RA1+R0）=E-I2 r（I2>>I1），即I1=■-■I2，結(jié)合圖象的縱坐標截距和斜率可得，■=1.48mA，■=8.5×10-4，可得E=1.48（±0.02）V，

r=0.85（±0.03）Ω。

綜上所述的2個變式測電源電動勢和內(nèi)阻的方法，都是從伏安法演變來的，只是對題中給出的具體條件而采用不同的設計電路。

高考對實驗能力的考查主要是通過學過的實驗原理、實驗方法在新情景下的應用，來考查學生對知識遷移的能力。從題目設計來看，大多數(shù)以課本實驗為背景，通過改變實驗條件，實驗儀器或增加條件限制，不脫離教材而又不拘泥于教材，體現(xiàn)設計性，開放性、探究性等特點，但無論試題的設問角度如何，只要在復習的過程中，抓住問題的本質(zhì)，掌握解決問題的方法，才能真正做到以不變應萬變。