淺談高中理化實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新策略

祿克靜

【內(nèi)容摘要】高中理化是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新性使用，不僅能夠提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)也能幫助學(xué)生的更好的掌握理化實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗瓦^(guò)程，從而促進(jìn)學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展，提高學(xué)生的素養(yǎng)。筆者結(jié)合高中物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高中理化實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新應(yīng)用與大家進(jìn)行探討，希望能夠給大家?guī)?lái)一定的幫助和借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】高中教學(xué) ?理化實(shí)驗(yàn) ?器材創(chuàng)新應(yīng)用

高中物理和化學(xué)知識(shí)具有很多的共性，在理化實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行創(chuàng)新，不僅可以讓學(xué)生更好的掌握本學(xué)科的知識(shí)，還能提升學(xué)生的跨學(xué)科探究能力，將知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，達(dá)到學(xué)以致用的目的，這也是新課程改革提倡的教育方法。在高中理化實(shí)驗(yàn)中教師引導(dǎo)學(xué)生從教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容出發(fā)，根據(jù)知識(shí)的交匯進(jìn)行理化實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用，不僅能滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求，同時(shí)也能提升學(xué)生的知識(shí)實(shí)驗(yàn)探究能力和實(shí)際操作能力，實(shí)現(xiàn)高效教學(xué)的目的。

一、基于教材，挖掘?qū)嶒?yàn)原理

教材中的實(shí)驗(yàn)是最基礎(chǔ)和最典型的實(shí)驗(yàn)，是幫助學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理，提高實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化處理的良好素材。教材中的實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)行物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)和探究的前提與基礎(chǔ)，基于教材的深入探究才是符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力的有效方法。下面筆者以“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)理化實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新進(jìn)行深入的探究。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

教材中對(duì)于“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)非常人性化，也切合學(xué)生的實(shí)際，指出實(shí)驗(yàn)可以有多種的思路和方法，并對(duì)伏安法、安阻法、伏阻法進(jìn)行了羅列，其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理圖如下：

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)雖然不同，但是本質(zhì)都是相同的，即電源電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)外電壓之和，具體為圖（a）E=U+Ir、圖（b）E=IR+Ir、圖（c）E=U+ ? ?r，簡(jiǎn)化后可以表示為：E=UR+Ur。既然實(shí)驗(yàn)原理一樣，假設(shè)所用的電表都是理想電表的話，那么是不是這三個(gè)實(shí)驗(yàn)效果一樣，還是各有所長(zhǎng)呢？

2.實(shí)驗(yàn)方案的比較

實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣我們可以從物理量的關(guān)系和實(shí)驗(yàn)的操作關(guān)系上進(jìn)行，在物理量關(guān)系上，分別對(duì)上面的式子根據(jù)直接測(cè)出量進(jìn)行變形，則有圖（a）U=E-Ir、圖（b）I= ? ? ?、圖（c）U= ? ? ?R，這樣，從直接測(cè)出的物理量來(lái)說(shuō)，伏安法比較有優(yōu)勢(shì)，可以直接得出U和I之間的線性關(guān)系，而安阻法和伏阻法并不能直接得出，需要繼續(xù)變形可以得出其倒數(shù)的線性關(guān)系。在操作的便捷上，伏安法需要同時(shí)讀出兩個(gè)電表的讀數(shù)，而安阻法和伏阻法只需要讀出一個(gè)電表的讀數(shù)即可，可見(jiàn)安阻法和伏阻法在操作上更具有優(yōu)勢(shì)，如果是分組實(shí)驗(yàn)的話，二者操作時(shí)間基本一致，伏安法可以安排兩個(gè)學(xué)生分別讀數(shù)記錄，而安阻法和伏阻法只需要一個(gè)即可。那么，在不限定時(shí)間的情況下，這三種測(cè)量方案那種更有優(yōu)勢(shì)呢？

二、高于教材，嘗試實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

在掌握了物理“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)的基本原理和方法以后，如何進(jìn)行更深入的探究和應(yīng)用呢，是否可以將實(shí)驗(yàn)拓展到更廣闊的領(lǐng)域呢？答案是顯而易的。比如在高中化學(xué)的“原電池原理及應(yīng)用”的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)原電池的原理和應(yīng)用基本掌握，然后設(shè)想是否生物電池也可以組成能夠測(cè)量的原電池呢？以生活中常見(jiàn)的蘋(píng)果為材料，并從廢舊電池的表面將鋅回收，洗滌后制作成條狀，并找來(lái)一些銅片，先將鋅片和銅片插入蘋(píng)果中，通過(guò)干電池來(lái)校驗(yàn)電流計(jì)偏轉(zhuǎn)與水果電池正負(fù)極的關(guān)系，通過(guò)導(dǎo)線和電流計(jì)將銅片和鋅片連接起來(lái)，電流計(jì)偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明水果電池制作成功。

猜想：水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻可以通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出嗎？

分析：水果電池的內(nèi)阻很大，因此只要實(shí)驗(yàn)迅速，在水果電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi)，理論上是可以進(jìn)行測(cè)量的。那么，上面的三個(gè)方案都可以嗎？

從實(shí)驗(yàn)的原理上來(lái)說(shuō)，圖（a）中實(shí)驗(yàn)的前提是電壓表測(cè)量的是路端電壓，電流表測(cè)量干路電流，這樣就要求滑動(dòng)變阻器與電池內(nèi)阻具有可比性，由于水果電池的內(nèi)阻很大，電壓表的分流作用會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成較大誤差。同樣在圖（c）中的設(shè)計(jì)電路中，電壓表也具有分流作用，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差較大。在伏安法和伏阻法實(shí)驗(yàn)中，前提是干路電流以

為主，當(dāng)所測(cè)電池內(nèi)阻非常大的時(shí)候，就會(huì)使伏安法和伏阻法的測(cè)量誤差加大，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，圖（b）不受電壓表的分流影響，可以測(cè)量水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。

這時(shí)，有同學(xué)認(rèn)為，對(duì)伏安法進(jìn)行改進(jìn)（如上圖），也可以測(cè)量水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，相對(duì)與電壓表和水果電池的內(nèi)阻，電流表的電阻較小，完全忽略對(duì)電壓表的分壓作用，基本不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成實(shí)際的影響，因此可以測(cè)量多組數(shù)據(jù)，并通過(guò)U=E-Ir的圖像進(jìn)行描點(diǎn)，準(zhǔn)確的測(cè)出水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。

總而言之，在新課改素質(zhì)教育的背景下，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)地、積極地學(xué)習(xí)，以教材為基礎(chǔ)，不斷地進(jìn)行橫向和縱向的拓展，開(kāi)闊學(xué)生的視野，發(fā)展學(xué)生的思維能力，從而有效的培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2] 高峰. 高中化學(xué)校本教研的行動(dòng)研究[A]. 《當(dāng)代教育評(píng)論》2017第6輯[C]. 2017.

（作者單位：甘肅省金昌市第二中學(xué)）