提升科學探究能力 落實核心素養培養任務
——以“練習使用多用電表測電阻”教學為例

胡瀚瑋 崔壤化

(1. 浙江省北侖明港高級中學，浙江 寧波 315800；2. 吉林省圖們市第二高級中學，吉林 延邊 133100)

科學探究能力是基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想與假設、設計實驗和制定方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并做出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力，科學探究主要包括問題、證據、解釋、交流等要素。

在“練習使用多用電表測電阻”的教學中，筆者采用人教版新教材和老教材相結合的方式，以科學探究作為教學主線，把問題，證據，解釋和交流等4個環節的教學形成邏輯鏈，既培養學生科學探究的意識，又提高學生科學探究能力，對落實物理學科核心素養的培養目標有較好的效果。

1 問題的提出與猜測

通過實驗現象提出所要研究的問題，并對問題進行分析，提出猜想與假設，激發學生的學習興趣和求知欲，培養學生的問題意識和提出問題的能力、分析問題并能進行猜想假設的能力。在“練習使用多用電表測電阻”的教學中所要探究的問題及學生思維活動如下。

1.1 通過觀察多用電表提出問題

教師展示：如圖1所示，觀察多用電表表盤上的電阻刻度線，其特征是刻度線左密右疏、左大右小。

圖1

提出問題：多用電表中電壓示數，電流示數都是均勻的，為什么電阻擋的刻度出現了左密右疏的現象？

學生分析：多用電表內部是有電源的，電源電動勢保持不變，待測電阻大小等于電源電動勢除以電流再減去內阻，與電流大小成反比。

學生猜測：多用電表歐姆擋出現“左大右小、左密右疏”現象應該由電流表改裝成歐姆表而引起的，即待測電阻的大小與通過多用電表的電流成反比。

1.2 由實驗步驟提出問題

教師演示：用多用電表歐姆擋測量待測電阻，先將量程選在×1000擋，歐姆調零后測量電阻,發現指針偏轉角度過小，重新選擇量程×10,調整歐姆調零旋鈕后測量發現指針偏轉角度過大；之后選擇量程×100擋，調整歐姆調零旋鈕后測量電阻，發現指針指在中間刻度附近，讀取電阻阻值=讀數×100。

提出問題：測量電阻的實驗過程中，為什么要求指針指在中間刻度附近？為什么每次換擋后都要調整歐姆調零旋鈕。

學生分析：從剛才讀數上來看，當指針指在中間刻度附近時，可能誤差最小。每次換擋后表內電阻發生變化，使得通過電表的電流發生變化，因此需要重新調整歐姆調零旋鈕。

學生猜測：指針在指在中間附近時誤差最小，換擋以后歐姆表內阻會發生變化。

1.3 觀察“對比實驗”提出問題

教師演示：歐姆表從小倍率換成大倍率后，直接短接發現指針在0刻度線右方。

提出問題：從小倍率換成大倍率，電表的中值電阻增加，流過電表的電流應該減小，但在實驗過程中發現電流反而增大了，為什么會出現這樣的情況？

學生分析與猜測：多用電表是由電流表改裝而來的，歐姆表由低擋切換到高擋可能是并聯了一個大電阻。

針對上述問題進行探究，教學中設置直觀的數據分析、多用電表內部構造分析，旨在提升學生的問題意識、質疑能力、分析能力等。

2 證據的獲取和結論的得出

針對上述問題，為了論證猜測的科學性，需要獲取實驗數據，在實驗測量過程中，可以培養學生制定實驗方案的能力、獲取數據和處理數據的能力以及實驗動手能力。

2.1 分析數據，提高學生解決抽象問題的能力

圖2

教師引導：從原理上看，前面的猜想是正確的，現在根據數據分析，論證刻度是否符合左密右疏、左大右小的結論。假設通過電流表滿偏時偏轉角為θ，此時待測電阻阻值為0。

課堂分組進行計算，有的學生推算偏轉0.2θ的待測電阻，有的學生推算偏轉0.3θ的待測電阻等等，分別將得到的數據填入表1中。

表1

由表1可見：偏轉角度變化相同的情況下，左邊的電阻變化大，右邊的電阻變化小，當偏轉角度最大時，電阻為0。

2.2 利用Excel作圖，提升學生應用計算機處理數據的能力

教師：前面有同學猜想，換擋以后電表的內阻即中值電阻發生了變化，并且指針在中間區域附近誤差最小?，F在從多用電表測電阻的原理來驗證該猜想的正確性。

圖3

2.3 拆解多用電表，提升學生動手能力和物理建模能力

教師：前面的實驗中，發現當從小倍率換成大倍率時，在中值電阻增加，流過電表的電流應該減??；但從實驗過程中，發現電流反而增大了，這與常識不符?？梢酝ㄟ^拆解多用電表，分析多用電表多擋位測電阻的原理，從而解決相關問題。

學生：將多用電表拆解后觀察分析，多擋位歐姆表的原理圖如圖4所示。

圖4

教師：從圖4中可見：歐姆表由低擋切換到高擋不是串聯一個大的電阻，而是通過改變并聯電阻的大小來改變內阻的大小。指針的偏轉角度是由流過表頭G的電流決定的，并不是由總電流決定的。通過查閱說明書后，發現R4?R3?R2?R1，選擇高擋位以后，會導致總電阻增加，總電流減小，從而使內電壓減小，路端電壓增大，流過表頭的電流增加，即偏轉角度增加，這就是為什么換成高倍率擋位后，短接調零前指針偏右的原因，也是測量同一個電阻使用高倍率擋位比低倍率擋位指針偏轉角度大的原因。每次調擋，都會導致歐姆表的內阻發生變化，因此換擋后都要重新進行歐姆表調零。

3 結語

在多用電表測電阻的教學中，從提出問題到學生猜想，從獲取證據到得出結論，有效培養了學生的科學探究能力。當然，科學探究能力的培養途徑和策略多種多樣，值得我們不斷研究，只要教書育人的目標不變，培養學生能力、提升學生的核心素養就不是一句空話，而是切實可行的。