核心素養理念下“多用電表的原理”教學設計

李從瑞 令閏強

[摘 ? 要]培養學生的物理核心素養是高中物理教學的核心目標。文章以“多用電表的原理”的教學設計為例，將“物理觀念”、“科學思維”“科學探究”及“科學態度與責任” 貫穿到整節課的教學設計中，并結合信息化教學理念給出教學建議。

[關鍵詞]核心素養;高中物理;多用電表

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0047-02

高中物理課堂教學是在科學、技術、社會、環境的基礎上，以培養學生的物理核心素養為教學目標的。物理核心素養包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”及“科學態度與責任”四個方面 [1] 。

“多用電表的原理”是普通高中物理選修3-1（人教版）第二章第8節的內容。“多用電表的原理”的教學設計是通過例題的講解和問題的引導，使學生在回顧已構建的知識體系——閉合電路的歐姆定律的基礎上進行遷移，進而學習深層次的知識體系[2]——歐姆表和多用電表。學生在自主構建新的知識體系的過程中，開展科學思維，提升分析能力、探究能力、合作能力、創新能力，形成物理觀念[3]。

一、“多用電表的原理”的教學設計

1.歐姆表原理的探究

（1）物理情景

在圖1電路中，電源的電動勢E=1.5 V，內阻r=0.5 Ω，電流表滿偏電流Ig=10 mA，電流表的內電阻為7.5 Ω，A、B為接線柱。

問題1.用一條導線把A、B直接連起來，此時，應把可變電阻R1調節為多少才能使電流表恰好達到滿偏電流？如果電流表變換成一個大量程的電流表，使其指針達到滿偏，應如何調整可變電阻R1的阻值？

問題2.調至滿偏后保持R1的阻值不變，在A、B間接入一個150 Ω的定值電阻R2，電流表示數是多少？電流表指針偏轉一半時，外接電阻與原電路中總電阻有何關系？

問題3.如果把任意電阻R接在A、B之間，電流表讀數I與R有什么關系？外接電阻R從“0”開始逐漸增大時，電流表的指針偏轉位置如何變化？

（2）核心素養

科學思維 學生由進階式問題引導，把已學過的閉合電路歐姆定律內容遷移到新的問題中，在解決實際問題的基礎上進行質疑、探究，從提出問題到合作交流，再從電流表讀數I與A、B之間接入電阻R的變化關系上升為建構歐姆表的結構和原理。

科學探究 學生根據閉合電路歐姆定律自主探究問題1（如圖2），用一條導線把A、B直接連起來，通過調節可變電阻R1的阻值，可以使電流表達到滿偏，此時A、B之間接入的電阻值為0。學生通過討論得出可變電阻R1的作用是調節滿偏電流的可變內阻（歐姆表的部分內阻）。

學生結合閉合電路歐姆定律自主探究問題2，當外加電阻R=Rg+r+R1時，電流表的指針偏轉一半，此時電流表指針指在刻度盤的中央，該電阻叫中值電阻。

學生依據閉合電路歐姆定律自主探究問題3，得到[R=1.5I-150（Ω）]，引導學生結合數學知識對上式進行討論，得出電流表讀數I與A、B間接入的電阻R不是線性關系。學生通過討論得到“隨著外接電阻R的增大，電流表的讀數逐漸減小”這一共識。

通過對以上問題的探究和交流，如何將電流表轉換成直接測量電阻的儀表？學生通過合作探究完成，教師讓每個小組在探究完成后發表本組探究結論，教師聽取學生的回答后進行點評和完善。

科學態度與責任 學生通過對進階式問題的學習，在構建新知識體系的過程中，不僅進行了自主探究和協作探究下的深層次學習，還培養了學生的科學態度和社會責任。

物理觀念 學生對知識的理解是由表及里、循序漸進的，學生在深化認知的過程中，需要通過自主探究和合作探究才能構建新的物理觀念。學生通過對前面知識內容的學習，已經掌握了如何把靈敏電流計改裝成直接測量電壓的電壓表和直接測量電流的電流表。能否將靈敏電流計改裝成直接測量導體電阻的儀表？學生通過閉合電路歐姆定律表達式中電流I與A、B之間接入的電阻R的變化規律發現，如果把電流表10 mA 刻度標為“ 0 Ω ”，5 mA 刻度標為“ 150 Ω ”，0 mA 刻度標為“ ∝ Ω ”，其他電流刻度按[R=1.5I-150（Ω）]的規律轉為電阻的標度，這樣，電流表就改裝成了直接測電阻的儀器。歐姆表的刻度順序與電流表、電壓表的刻度順序相反，零刻度在右邊，左邊為無限大，刻度不均勻，左邊密、右邊疏。

（3）教學建議

物理核心素養的四個方面：物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任是相互促進的，所以在培養學生的核心素養時，要滿足和遵循學生個體的發展需求和認知規律。教學過程中，教師需要引導學生思考，特別是刻度盤的轉換，并協助學生完成。基礎較好的學生通過合作探究就可以得出結論，基礎欠佳的學生在教師的指導下也能得出結論。

2.多用電表的構建

（1）物理情景

如圖3，甲、乙、丙分別為三種不同的測量儀表的示意圖。

問題1.如果欲將以上三種儀表結合起來構成一個簡單的多用電表（如圖4），要求共同使用一個電流表和一個單刀多擲開關，開關接1、2、3時分別為電流表、歐姆表、電壓表。請在圖4中的虛線框內畫出這個簡單的多用電表電路圖。

問題2.通常真實使用的多用電表是多量程的。如圖5是一個多量程多用電表的簡化電路圖。測電流和測電壓時各有兩個量程，還有兩個擋位用來測電阻。請回答以下問題：開關S調到哪兩個位置上電表測量的是電流？開關S調到哪兩個位置上電表測量的是電壓？開關S調到哪兩個位置上電表測量的是電阻？在測量電流或電壓時，哪個位置的量程較大？

（2）核心素養

科學思維 學生把三種不同的測量儀表融合到一起時，特別是把它們的結構和原理融合到一起時，往往不會進行思維遷移和建模。通過對本節課的學習，將電流表、歐姆表、電壓表三種單一的測量儀表結合成一個簡單的多用電表，再進一步構建多量程的多用電表，使學生的思維能力得到提升。

科學探究 學生通過探究問題（1）（如圖6），知道將電流表、歐姆表、電壓表三種儀表結合起來構成一個簡單的多用電表。學生通過合作探究問題（2），隨后教師進行補充和完善（如圖7），知道多用電表的內部結構和原理。

科學態度與責任 在完成多用電表構建的過程中，激發了學生探究物理問題的熱情，培養了學生崇尚科學和嚴謹的科學態度與責任。

物理觀念 如圖5是多量程的多用電表電路圖。它由表頭G、直流電流測量電路、直流電壓測量電路、電阻測量電路以及轉換開關S等部分構成。其中1、2為電流測量端，3、4為電阻測量端，5、6為電壓測量端。測量時黑表筆插入“-”插孔，紅表筆插入“+”插孔，并通過轉換開關接入與待測量相應的測量端。

（3）教學建議

教師提出的問題要有層次性，不能直接引入多量程的多用電表，而應循序漸進地引導，使學生的認識逐步提升;教師提出的問題要有針對性，針對各階段的教學要求引導學生科學思維和科學探究。

教學過程中，教師需要協助學生解決問題。學生通過合作探究得出結論，最后進行自我評價。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版） [S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] ?汪顯和，梁旭.基于核心素養的教學設計：圓周運動[J].中學物理，2018（21）：50-52.

[3] ?朱小青.對高中物理教學中培養學生科學思維素養的反思[J].中學物理教學參考，2018（11）：4-7.

（責任編輯 易志毅）