“测定电池的电动势和内阻”实验的合作探究学习

秦红梅

（苏州大学 江苏 苏州 215006；成化高级中学 江苏 无锡 214423）

物理是一门以实验为基础的学科.虽然物理实验富含很多的探究因素，但是现在依然有很多教师还沿用传统的讲授式教学.这种缺少探究与合作的教学方法培养出的学生严重缺乏实践能力和探究能力，根本无法满足新时代对人才的要求［1，2］.

在高中物理实验教学中，采用合作探究性学习，不仅可以激发学生的积极性，加强学生的主动性，让物理实验学习真正变成探究“新”规律、发现“新”现象的过程；还可以让学生在表达与交流的过程中，加强合作意识，促进学生情感态度和价值观的发展.

合作探究学习，是以小组合作为主要形式的一种探究学习活动，包括生生合作探究和师生合作探究等具体方式.在合作的动力基础上进行的科学探究，能培养学生学习过程中的合作精神、探索精神和创新能力［3］.

物理实验教学中的合作探究性学习主要指在教师的指导下，一般由教师提出实验探究的任务；根据任务，各个合作小组制作计划，提出实验设计方案；合作小组按照实验设计方案进行实验和研究；学生对获得的实验现象进行描述，对实验数据进行处理；最后，教师组织学生对不同小组的结论加以分析、相互交流，得出探究结果的过程［3］.

下面以实验“测定电池的电动势和内阻”的教学为例，谈谈笔者是如何组织合作探究学习，优化高中物理实验教学的.

教学背景：已经学完了“闭合电路欧姆定律”，“探究决定导体电阻的因素”和“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验内容.

1 课前准备 落实任务——有效的引导让课前准备更充分

学生分组：按照组内异质，组间同质的原则，教师分好合作小组.全班48人，分成12小组，每组4人；组长由各组推选，要求组长作为核心，能调控组员并进行分工.

任务布置：预习课本上的实验“测定电池的电动势和内阻”，设计“测定电池的电动势和内阻”实验，可以查阅参考书和其他资料.

提出要求：对实验的设计，从8个问题入手，即实验设计原理，实验的原理图，需要的实验器材，实验的操作步骤，需要记录哪些数据，如何进行数据处理，实验的注意事项，实验的误差.

准备效果：经过两天时间的准备，小组选好了组长；学生预习了课本上“测定电源的电动势和内阻”的实验；组员之间也将通过其他渠道所搜集的信息及自己的理解进行了分享和交流；每组拿出了实验的设计方案.

2 组间交流 敲定方案——“学生讲”比“教师讲”更锻炼学生的思维能力

代表介绍：实验课的开始，教师请每组派代表介绍本组实验方案的设计原理、实验的原理图.其他组的学生有不明白的可以提问，教师在此过程进行适当引导、补充和纠正.

交流结果：交流下来，全班12组一共提出了6种不同的实验方案，对应6个电路图如下.

图1

图2

图3

图4

图5

图6

敲定方案：经过教师引导、学生讨论，发现方案5，6与方案3，4的原理是一样的，所以，最终将合作小组分为4大组，每大组分为3小组，分别采用图1，2，3，4对应的方案进行实验.

3 学生实验 教师点拨——学生发现并解决问题才能留下深刻印象

友情提醒：对实验中易出现的问题，如滑动变阻器连线错误，闭合开关前滑动变阻器的滑片所处的位置不对，电压表、电流表的量程选择不当，电路连接错误，电路出现故障，电表不会读数等等，教师在学生实验之前可适当提醒.

问题处理：对实验过程中出现的问题，教师首先让学生小组内解决；如果小组内解决不了，可以寻求外援，请同一实验大组的其他小组帮忙；还是解决不了的，再找教师，教师适当点拨.

统一意见：学生在实验数据处理时，对数据处理应该采用何种方法发生了争论.处理数据的学生准备采用多次测量求平均值的方法；但其他学生指出应该采用图像法，因为教材上采用的就是图像法，而且图像法“可以首先排除个别误差比较大的点”，误差会比较小.教师肯定了用图像法处理实验数据的优点，统一要求大家尝试用图像法处理数据.

对方案1和2的数据处理，学生能够参照教材，画出U-I图像（图7或图8），并能较快得到U-I图线的斜率大小等于电池的内阻r，图线的纵截距等于电池的电动势E.

图7

图8

但是采用方案3，4的小组，对利用图像法如何建立坐标系显得束手无策.

将此式变形，得到

图9

得到

图10

4 详细讲解 设疑巩固——引导分析中突破系统误差分析的难点

4大组中12小组处理出来的实验结果有些有很大的差异.对于这种差异，一开始大家认为是由于实验操作的误差和不同电池的差异造成的.

教师让2组学生先后使用同一块电池进行实验，发现测出的结果也有较大差异.对此，教师先让学生回忆用伏安法测电阻（内接法和外接法）的误差原因；然后，引导学生分析方案1，2造成的系统误差，得出结论即方案1中E测＜E真，r测＜r真；方案2中E测＝E真，r测＞r真.教师同时也提醒学生注意电池内阻与温度有关，两次实验时温度不同，测出结果也不同.

对实验方案3和4造成的系统误差，教师提醒学生注意方案3与方案2的相同点，即电流表测的都是干路电流；方案4与方案1的相同点，即电压表测的都是路端电压；布置作业，请学生课后分析方案3和4造成的系统误差.

5 小组评价 拓展延伸——归纳实验步骤和强化实验注意事项

系统误差分析结束后，教师及时组织小组进行组内自评和组间互评.各小组派出代表对本组实验的过程进行评价，同一小组不同成员可以进行补充，归纳实验中出现的问题及处理方法，总结出实验的步骤、实验的注意事项.其他组可以提出质疑和补充，提出在实验操作时有哪些不足之处，还可以进行哪些修正.

6 撰写报告 及时反思——学然后知不足 促进学生能力的提升

由于不同学生在小组活动中的任务不同，观察的角度和思考的深度及广度必然不同.物理实验报告的撰写过程是学生对本次实验的原理、步骤、注意事项等等的整理过程；同时，也是培养学生情感、态度和价值观的过程.学生在撰写过程中可以再次体会到在小组活动时的满足感、挫败感等情绪并获得激励，这样能够促使学生及时反思，及时总结.

效果评价：在物理实验教学中采用合作探究学习，可以让学生经历实验设计，实验操作，数据处理，误差分析等过程；当学生不断地遇到问题时，就会促使学生不断观察、思考、猜测、讨论，在教师和同学的帮助下，最终解决了问题，并获取了知识.合作探究学习不仅仅提高了实验课的效率，更训练了学生的思维，提高了学生的能力，在合作探究的过程中还加强了学生之间的合作意识.

1 邢同海.物理教学科研方法.呼和浩特：内蒙古大学出版社 ，2000.4

2 廖伯琴.中学物理课程改革的目标与实施.北京：北京高等教育出版社，2003.8

3 高向斌.走向合作性教学.太原：山西教育出版社，2005.9