用“问题驱动法”促进学生高效复习

卞志荣

(江苏省天一中学,江苏无锡 214101)

高三第一轮复习,我们一直确立了这样的理念“学生已具备一定的知识水平和能力,更应以学生为主,促进其主动全面发展”.教师应发挥教育智慧,切实有效地减轻学生课业负担,提高课堂复习效益,全面提升素质和能力.经过几年的探索和实践,特别是在江苏基础教育实行“五严”规定以后,我们认识到积极有效的做法是改善课堂教学,将课堂教学设计为操作性强,实效性强的“问题驱动三步法”.其基本流程如下:

图1

现以“伏安法测电阻”复习教学为例,对“问题驱动三步复习法”阐述如下.

第一步:问题引动,强化双基

加强双基,夯实基础是一轮复习教学的基础目标.对于基础知识的复习,由于学生已经有了第一次学习的经历,无论理解的程度如何,总认为自己知道、懂了.若仍按教师提问学生答,教师罗列学生抄,教师归纳学生听的传统复习方法,势必使学生感到乏味.时间花费多,教师口舌忙,学生收效少.如果采用“问题引动”法,即在教学中,围绕教学内容,设计问题组,引导学生主动复习基础知识,掌握基本方法,学生的积极性就会被调动起来.这一单元的复习,我们设计了如下程序式问题,让学生独立完成.

问题1.用欧姆表测电阻方便快捷,为什么还要用比较麻烦的伏安法实验来测量?

问题2.你能画出伏安法测电阻的电路图吗?

问题3.实验测量总是有误差的,请问两种电路测量的误差来自哪里?真实值怎么计算?

问题4.怎样选择测量电路,以减小测量误差?(①小外②大内③不明显看比值比④再不行用试触)

学生独立完成后,让学生交流结果,教师点拨补充.通过交流和自我反思,学生不仅知道怎么用伏安法测电阻,而且知道为什么要选用不同方案.学生在自主复习中对伏安法测电阻有了全面而深刻的理解.这样变被动接受为主动学习,使基础知识、基本方法复习有血有肉,扎实有效,不易遗忘.

第二步:问题探究,提升能力

培养能力,提高素质是一轮复习教学的主要目标.能力的培养最好是通过学生的主动探究来实现.我们的做法是:根据教学内容和目标,精选范例,让学生通过独立思考或与同学合作讨论解答.对学生的解答成果,或是通过学生板演,或是用实物投影向全班同学展示,与学生一起分析解题过程中的得与失,总结提炼思想方法,通过适度的激励性评价,有效地调动学生自主探究,互动交流的积极性,使枯燥的复习变成了愉快的学习.在这一过程中,教师的角色是:为学生创设情境,提供资料,参与学生的讨论,解答学生的疑问,做教学的组织者,学习的合作者,情感的交流者.我们创设了问题情景,促进学生主动探究.

问题5.若只有一只电流表而无电压表,你能否测出未知电阻?若能,请画出测量电路图.(探究结论:等效替代法)

图2

测量电路如图1,实验步骤是:①将 S2与 Rx相接,记下电流表指针所指位置;②将 S2与 R1相接,保持R2不变,调节 R1的阻值,使电流表的指针在原位置上,记下 R1的值,则 Rx=R1.

图3

问题 6.若只有一只电压表而无电流表,你能否测出未知电阻?(探究结论:伏-阻法)

例1.(2004年广东12)图中 R为已知电阻,Rx为待测电阻,S1为单刀单掷开关,S2为单刀双掷开关,V为电压表(内阻极大),E为电源(内阻不可忽略).现用图中电路测量电动势E及电阻Rx.

步骤:

①S1断开,S2接到 a端,记下电压表的读数 U1;

②S2仍接到 a端,闭合 S1,记下电压表的读数 U2;

③S1仍闭合,S2接到b端,记下电压表的读数 U3;

问题7.若无电流表而有两只电压表,你能否测出未知电阻?(探究结论:伏-伏法)

例2.(2004年全国理综Ⅱ22改编)用以下器材测量一待测电阻 Rx的阻值(900～1 000 Ω):测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注);若电压表V1的读数用 U1表示,电压表V2的读数用U2表示,则由已知量和测得量表示Rx.

电源 E,具有一定内阻,电动势约为9.0 V;

电压表V1,量程为 1.5 V,内阻 r1=750 Ω;

电压表V2,量程为 5 V,内阻 r2=2 500 Ω;

滑线变阻器 R,最大阻值约为100 Ω;

单刀单掷开关S,导线若干.

图4

点评:已知内阻的电压表可以当电流表使用,而已知内阻的电流表也可以当电压表使用.电压表可以串联在电路中,电流表可以并联在电路中.本题关键点就是两个内阻已知的电压表要怎么用,另外电源电动势超过电压表量程很多,要怎么处理.很多考生第一思维就是考虑伏安法,但由于本题没有电流表,思维受阻.只有极少数有“伏-伏”法新观念的考生才能做正确.因为本题要运用“电压表算电流”这一创新思维.

问题8.若无电压表只有两只电流表,你能否测出未知电阻?(探究结论:安-安法)

例3.用以下器材测量一待测电阻的阻值.器材(代号)与规格如下:

图5

电流表A1(量程250 mA,内阻r1为 5 Ω);标准电流表 A2(量程300 mA,内 阻 r2约 为 5 Ω);待测电阻 R1(阻值约为100 Ω),滑动变阻器 R2(最大阻值 10 Ω);电源 E(电动势约为10 V,内阻 r约为 1 Ω),单刀单掷开关S,导线若干.

(1)要求方法简捷,并能测多组数据,画出实验电路原理图,并标明每个器材的代号.

(2)实验中,需要直接测量的物理量有哪些?用测的量表示待测电阻R1阻值的计算公式.

这样,通过独立思考,分组协作,互相交流,成果展示,再通过师生共同对各种解法进行比较、反思,使学生主动领悟、吸收、内化,训练了思维的深刻性、灵活性、批判性,学生在主动探究学习的活动中能力得到了提高.

第三步:问题设计,综合创新

培养学生的创新意识和综合能力是物理教学的核心目标,应贯穿在复习教学的全过程.我们的做法是:精心设计一些开放性问题,引动学生变换问题,进行发散.旨在培养学生的创新意识和综合能力.复习教学中,我们给学生设计了这样一些问题:

问题9.所给器材中有电压表、电流表各1只,还有定值电阻等,但电压表量程太小,让学生设计测量电路.(问题设计意图:电压表量程太小,必须将电压表扩大量程再进行测量.)

图6

例4.用下列器材,测定小灯泡的额定功率,画出实验电路图.

A.待测小灯泡,额定电压6 V,额定功率约为 3 W.

B.电流表:量程 0.6 A,内阻约为 0.5 Ω.

C.电压表:量程3 V、内阻约为5 kΩ.

D.滑动变阻器 R:最大阻值20 Ω,额定电流1 A.

E.电源:电动势10 V,内阻很小.

F.定值电阻 R0=10 kΩ.

G.开关1个,导线若干.

问题10.所给器材中无电压表、有电流表两只,还有定值电阻等,让学生设计测量电路.(问题设计意图:必须将电流表改装成电压表再进行测量.)

例5.要测定一个自感系数很大的线圈L的直流电阻,实验室提供下列器材:

①待测线圈 L,阻值约为2 Ω,额定电流为2 A.

②电流表 A1,量程为0.6 A,内阻约为0.2 Ω.

③电流表 A2,量程为3 A,内阻约为0.2 Ω.

④变阻器 R1,阻值为0～10 Ω,变阻器 R2阻值为 0～1 kΩ.

⑤电池 E,电动势为9 V,内阻很小.

⑥定值电阻 R3=10 Ω,R4=100 Ω.

⑦开关S1,S2.

要求实验时,改变变阻器的阻值,可使在尽可能大的范围内测得多组 A1表,A2表的读数 I1,I2,然后利用I1-I2的图像,求出电感线圈的电阻.

图7

(1)实验中定值电阻应选用R3,变阻器应选用R1.

(2)请在方框内画出电路图.(答:如图7)

(3)实验结束时应先断开开关S2.

(4)实验测得数据如图8所示,则电感线圈的直流电阻值为2.0Ω.(保留两位有效数字)

图8

问题11.所给器材中有电流表、电压表等,但电压表的量程太大.让学生设计测量电路.(问题设计目的:用所给较大量程的电流表代替电压表使用.)

例6.从表1中选出适当的实验器材,设计一电路来测量“金属丝的电阻率”,要求方便简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据.画出电路图,并标明所示用器材的代号.

表1

分析:(1)因为电源电动势E=1.5 V,而电压表量程为10 V,用此电压表测量电压偏转角度太小,相对误差太大,所以不选用电压表.已知内阻的电流表可测电压,所以选用A1或A2测电压,对于两个电表分析如下.

电流表(A1):量程 10 mA,内阻 r1=40 Ω,能测量的最大电压为0.40 V.

电流表(A2):量程500 μ A,内阻 r2=750 Ω,能测量的最大电压为0.375 V.

电流表(A1)的电阻与电阻丝电阻接近,电流表(A2)与电阻丝串联后用电流表(A1)测量其电压时,两表读数误差较小.

图9

电源电压超过电流能够承受的最大电压,为保护两个电流表,给它们串联一个保护电阻 R1,使电流表(A2)承受的电压约为0.5 V以下.测量电路如图9.

问题12.所给器材中,有电压表和电流表,还有电阻箱等,但电流表的量程太大(问题设计目的:电阻箱当作电流表使用.)

例7.为了测量量程为3 V的电压表V的内阻(内阻约2 000 Ω),实验室可以提供的器材有:电流表 A1,量程为 0.6 A,内阻约为0.1 Ω;电压表V2,量程为 5 V,内阻约为3 500 Ω;电阻箱 R1的阻值范围为0～9 999 Ω;电阻箱 R2阻值范围为0～99.9 Ω;滑动变阻器 R3的最大阻值约为100 Ω,额定电流1.5 A;电源 E,电动势6 V,内阻约 0.5 Ω;单刀单掷开关S,导线若干.

请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表V的内阻的实验电路,画出电路原理图(图中的元件要用题中相应的英文字母标注),要求测量尽量准确,并写出计算电压表V的内阻 RV的计算公式.

如果将电阻箱与待测表串联,由于电阻箱的电阻值可以读出,只要能测出电阻箱两端的电压,就可以算出通过电阻箱的电流即为IV.此处电阻箱充当了电流表的角色,测量电路原理图设计如图10所示.

图10

图11

例8.小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某学生为研究这一现象,用实验描绘小灯泡的伏安特性曲线.要求小灯泡两端的电压从零开始变化,且能尽量消除系统误差,在方框内画出实验电路图.

实验可供选择的器材有:

A.小灯泡(2.5 V,1.2 W).

B.电流表(量程 0～ 0.6 A,内阻为 1 Ω).

C.电压表(量程0～3 V,内阻未知).

D.滑动变阻器(0～ 10 Ω,额定电流 1 A).

E.滑动变阻器(0～5 Ω,额定电流0.5 A).

F.电源(E=3 V,内阻不计).

G.定值定阻 R0(阻值 R0=6 Ω).

H.开关1个和导线若干.

(答案:如图11)

我们还设计了以下探究性问题供学生课后研究性学习.(问题设计目的:拓宽实验视野,培养发散思维)

问题14.能否用伏安法测发热电阻膜的厚度?(1996年上海高考四5)

问题15.能否用伏安法探究盐水溶液的电阻率与浓度的关系?(2008年重庆理综22②)

问题16.能否用伏安法测电容器的容量?(高电阻放电法)

通过以上层层递进的三步复习和环环相扣的问题探究,使学生充分地认识到:测量电阻最基本的方法是伏安法,而“替代”法、“伏伏”法、“安安”法、“加 R”法等测量电阻的新方法是伏安法的原理同具体的测量实际相结合的产物,是对伏安法测电阻的原理的丰富和发展.如果学生掌握了这一电阻测量的新理论,具体问题具体分析,就能创造性地完成电阻测量这一类设计性实验,由此获得的实验素养和能力也必将为以后的学习和研究带来巨大的好处.