让物理教学从“知识提取为目的”处出发

柏会

1案例背景

当学生身处考场，遇到某个熟悉的情景或知识点时，曾经烂记于心的东西，却怎么想也想不起来。原来储存的学科知识去哪儿了呢？难道又都还给老师了吗？本来储存好的知识，用时却提取不出来，是哪个环节出了问题呢？教师和学生应该如何避免这一情况出现呢？下面笔者以《多用电表的原理》这节课的教学案例来加以说明。

《多用电表的原理》是物理人教版选修3-1第2章《恒定电流》的第8节，本节是闭合电路欧姆定律的具体应用，是八大必考实验之一（《实验：练习使用多用电表》）的铺垫，学生理解并掌握本节课，至关重要。然而，欧姆表的原理对学生来说是个难点，教师该如何突破这一难点，做到既让学生当时能够理解，又能让学生课下用到时能随时提取相关信息并加以应用，这对教师也是一个挑战。笔者就本节课中欧姆表的原理做了一些思考，现通过两个案例加以比较分析。

2案例展示

21案例一展示

211引入

教师：我们已经学习过把电流表改装成电压表和量程较大的电流表的原理，那么我们能否把电流表改装成能够测量导体电阻，并能直接读出电阻数值的欧姆表呢？下面我们从一个例题说起。

212以例题形式呈现欧姆表的改装

（1）用导线把A、B直接连起来，此时应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流？

（2）调到满偏后保持R1的值不变，在A、B间接一个150 Ω的电阻R2，电流表指针指着多少刻度的位置？

（3）如果把任意电阻R接在A、B间，电流表读数I与R的值有什么关系？

解析：（1）因电流表电阻Rg的值不能忽略，此时可以把电流表视为一个电阻来计算。由闭合电路欧姆定律，有Ig=ERg+r+R。

由以上式子可得：

R1=EIg-Rg-r=142 Ω

这表示，当两个接线柱直接连到一起，且表头指针恰好满偏时，可变电阻R1的值为142 Ω。

（2）保持可变电阻R1的值不变，把R2=150 Ω接在A、B之间，设这时电流表读数为I2，由闭合电路欧姆定律I2=ER+r+R1+R2=5 mA。这表示，接入R2后，电表指在“5 mA”刻度的位置。

（3）把任意电阻R接到A、B之间、设电流表读数为I，则：

I=ER+r+R1+R

代入数值后，得：

I=1.5 V150 Ω+R

解出：

R=1.5 VI-150 Ω

教师：通过以上计算同学们得到什么启发？如何将电流表的表盘转换成测量电阻的表盘呢？

学生讨论，代表发言：将电流表的“10 mA”刻度线标为“0 Ω”，“5 mA”刻度线标为“150 Ω”，其他电流刻度按R=1.5I-150 Ω的规律转为电阻的标度，如果把改好的刻度表盘装回表头，这样，电流表就改装成了直接测电阻的仪器。

2.1.3分组实验

学生活动——动手改成一个欧姆表并标出各个电流对应的电阻值。

（1）利用以下器件进行改装，电流表（0～0.6 A）、干电池（2节）、滑动变阻器（1个）、红黑表笔各1个。

（2）计算改装后的欧姆表的内阻以及1 Ω、10 Ω、20 Ω、30 Ω、40 Ω所对应的电流值。

（3）更改电流表的刻度表盘，把0 Ω、∞和中值电阻这3个特殊值先标上，再标1 Ω、10 Ω、20 Ω、30 Ω、40 Ω的值。

（4）观察更改后的刻度，总结欧姆表刻度的特点：刻度不均匀，左密右疏。

（5）利用自己改装的欧姆表测量已知电阻的阻值。

总结：欧姆表依据定律制成，它是由改装而成的；内部由、和三部分组成。欧姆表内阻为RΩ=欧姆表中值电阻R中=欧姆表表盘刻度特点：、。

22案例二展示

221引入

教师：通过前面的学习我们知道，一块灵敏电流计可以改装成电压表，也可以改装成大量程的电流表，那么我们能不能设计出既能测电压又能测电流的集多种功能于一体的电表呢？刚才发给同学们的电表其实就具备这种功能，所以称为多用电表，又称万能电表。同学们观察一下，这块电表还有其他功能吗？对，它还可以测电阻的阻值，也就是还可以充当欧姆表的角色。大家再观察表盘刻度，你有什么新发现吗？

学生一边听，一边观察，一边思考并分享自己的新发现。当学生发现，欧姆表刻度盘的刻度不均匀且左大右小、左密右疏时，都情不自禁的问为什么。

教师：为什么用作欧姆表时，表盘刻度那么有个性呢？要回答这个问题，我们首先来研究如何将同样一块灵敏电流计改装成欧姆表。

222探究灵敏电流计改装成欧姆表

（1）探究灵敏电流计改装成欧姆表的电路图。

教师提出问题：

①要完成改装我们应建立哪两个物理量间的关系？

②我这里有一块灵敏电流计和一个待测电阻，要测出待测电阻的阻值还需要哪些仪器？

③测量的原理是什么？需要知道哪些物理量，请画出电路图（在黑板上画出灵敏电流计表头和待测电阻）。

学生先单独思考并讨论。

教师提问一位中等成绩的学生，他可能不能完全解决这一问题，教师做适当引导——电流表发生偏转需要有电流，哪个仪器可以使电路中产生电流呢？

学生在教师引导下很容易想到电源，并能说出测量原理为闭合电路的欧姆定律。

教师：现在请同学们画出电路图并列出测量待测电阻阻值的表达式，说明需要知道哪些物理量。

学生：由E=Ix（Rg+r+Rx），得Rx=EIx-（Rg+r），需要知道电源电动势和内阻以及灵敏电流计的内阻。

教师：由此可见，Rx不同，对应的电路中的电流不同，也就是说每个电流刻度代表的待测电阻的阻值也不同，我们只需将相应的电流的刻度改成电阻阻值就可以作为欧姆表了。电流越大代表的待测电阻的阻值越小，所以欧姆表的刻度是“左大右小”。

（2）以实际情景为切入点，探究欧姆表的改装。

情景设置一：电源的电动势E=15 V，内阻r=05 Ω，表头满偏电流Ig=10 mA，电流表电阻Rg=75 Ω，A、B为接线柱。

问题1：用如图3所示的装置能否测出阻值较小的电阻？为什么？

问题2：为了保护电路，我们至少需要串联一个多大的电阻？

问题3：假设电路中串联一个R=142 Ω的电阻，将一待测电阻接入A、B之间，若发现灵敏电流计示数为I1=5 mA，此电阻阻值为多少？

问题4：在问题3的基础上，灵敏电流计示数分别表示10 mA 、8 mA、 6 mA 、4 mA 、2 mA、0 mA时对应的待测电阻的阻值分别是多少？

问题5：要用此装置直接测出电阻，我们只需把相应电流刻度改成电阻刻度，请同学们对表头进行刻度的改装。新的欧姆表的总内阻R内为多少？当直接将A、B用导线相连时，对应电流是多少？

问题6：若问题3中串联的电阻R′=292 Ω，待测电阻为0，对应的电流为多少？若将此装置改装成欧姆表，有什么缺点？

问题7：为了充分利用表盘，应选择怎样的定值电阻？为了方便调节，可以把定值电阻换成什么电学原件？

学生：通过思考、计算、分析、比较，学生能将表盘改装，且能明白为了充分利用表盘，将电表整个装置两端直接相连，通过调节滑动变阻器使指针指到满偏电流，对应所测电阻为0。为下节课《多用电表的使用》打下坚实基础。

（3）设置情景，学生自己完成改装，加强对欧姆表的理解。

情景设置二：电源的电动势为E，表头的满偏电流为Ig，表头刻度盘如图1所示，给定一个滑动变阻器，请将此电流表改装成欧姆表。

学生通过计算自主完成改装，检验结果，并进一步分析——进行调零后R内=EIg。

由Ix=ERx+R内

得Rx=EIx-R内=（IgIx-1）R内

由此可见，若中值电阻确定，欧姆表的刻度盘也就确定了。

3案例分析比较

31直观感受引起矛盾冲突的引入PK平铺直叙的引入

两个案例中，显然第二个案例的引入更能抓住学生的眼球。学生通过观察多用电表会新奇地发现非常规的东西——欧姆表的刻度线是左大右小，左密右疏，且刻度不均匀。好奇心油然而生，对下面的学习会充满了期待，学习积极性自然不言而喻。况且关于欧姆表的刻度特点，学生的掌握程度比讲完改装原理后再总结出来更能持久，更利于以后学习中提取。

认知心理学家皮亚杰认为，每个学生头脑中都有一个认知结构，只有当认知结构与外界刺激发生不平衡时，才能引起学习需要。而在教学开始，案例二中教学设计能激起学生认知结构与新知识之间的矛盾，激发学生的学习兴趣，更接近学生的最近发展区，因而比平铺直叙的案例一的设计更胜一筹。

32完整的探究过程PK缺少环节的研究过程

科学探究是一个过程，它主要包括：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等要素。欧姆表的改装这节课，重点在于理解欧姆表的原理，而不是实验，做实验也没什么意义，所以有些教师认为谈探究简直是风马牛不相及。可是，并不是所有的探究都经历以上过程，我们所谓的探究应该是一种思想和意识。

“如何将灵敏电流计改装成欧姆表”是本节课的顶层设计，是学习目标和教学重点。案例二中，一开始通过学生观察多用电表提出疑问，教师围绕这一重点展开一系列的活动，让学生在明确目标后进行思考讨论，锻炼其解决问题的能力。案例一中，教师没让学生明确本节课要解决什么问题，没有树立一个探究的思想，也没从培养学生的探究思维能力着手设计问题，甚至根本没给学生思考的机会就直接进入例题，学生开始肯定是一头雾水，只是闷着头做题，只有做完第三问才领会到例题的目的。目标是前进的动力，一个人没有目标，他的一生就会碌碌无为，毫无生气。一个环节没有目标，学生就失去了努力的方向，失去了学习的乐趣，教师也就缺少了评价的标准。

33目的明确、启发学生积极思考的情景设置PK以知识讲解为目的、缺乏思维含量的例题教学

案例二中的情景设置一，是在前面学生设计出欧姆表改装电路的基础上，给定实际情景，精心设置一些问题，对电表改装中出现的问题拎出来让学生思考讨论并加以解决。问题1和问题2不仅是问题3的铺垫，而且培养了学生的问题意识，渗透了电学中的“保护电路”的环保意识和安全思想。问题3和问题4主要解决了刻度盘的改装问题，回馈前面学生的疑问“为什么刻度盘左密右疏”。问题5帮助学生强化对改装后的欧姆表的整体认识，并强化当待测电阻阻值为零时，指针指到最右端的I=Ig处，新刻度盘的阻值为0处。问题6，通过具体数据，说明了只有欧姆表内阻为特定值时，刻度盘才能充分利用，学生通过比较分析，自然做出优化的选择。问题7，进一步引发学生优化实验，培养学生的精益求精的思想。

34递进关系的情景设置PK画蛇添足的学生实验

案例二中情景设置二，是在情景设置一的基础上，从最优化的方案出发，以字母的形式出现，加深对欧姆表改装的原理的理解，并给下节课欧姆表的换档教学提供了理论支持，可谓一举两得。从特殊到一般的整体设计，更易于学生接受，接近学生的最近发展区，提供了解决一般问题的方法。而案例一中，虽冠以“学生实验”的美名，实则仅是前面例题教学的简单重复，如果说有一个作用的话，那就是强化前面的例题教学，起到巩固所学知识的作用，但没更深层次的作用，有些浪费时间。

35易于知识提取的教学PK只注重知识储存的教学

知识储存与知识提取有什么关系呢？笔者认为两者之间有两层关系：①知识储存是知识提取的基础。没有知识储存何谈知识提取？巧妇难为无米之炊，知识储存之于知识提取，犹如一砖一瓦之于高楼大厦。②知识提取检验了知识储存的效果。上课时学生似乎都懂了，可做作业时却不会做；更有甚者，学生做作业时会了，可一进入考场却又败下阵来。知识提取发生了困难，说明知识储存效果不好。

教师在教学过程中，既要有让学生储存学科知识的意识，又要有让学生易于提取相应学科知识的意识。也就是说，教学设计应是一个易于知识提取的知识储存过程。怎样的教学才是易于学生知识提取的教学呢？笔者认为，这里的主角应该是学生。学生上课时要有直观感受，怀有好奇心和求知欲；应明确学习目标，并能积极思考；积极参与学习活动，通过讨论取长补短；通过努力，获取一定的成就感和认同感。在这个过程中，教师就是个掌舵者，主导着学生的活动，决定了学生知识储存的效率、效果。

案例一中，教师为了减小理解的难度，直接从例题出发，讲解多用电表的原理，学生虽然当时能理解，但不会在大脑中形成很深的印象，几天之后恐怕很难再回忆起来。也就是说储存过程越是简单，储存方式越是单一，越不利于知识的提取。而案例二中，教师通过调动学生的各种感官，多次进行讨论，利用学生间的互动，提高知识提取的效果。设计思路比较清晰，设置一些学生跳一跳才能够解决的问题，引发学生思考，经过自己思考，有了自己的想法，所储存的知识经过理解和重新加工，更有利于提取。

4案例反思

在教学中，“以知识提取为目的”进行知识储存，是不是有点急功近利呢？这种教学方法是否和素质教育相违背呢？以上两个案例中，哪个教学过程更有利于知识提取呢？哪个教学过程更符合素质教育的要求呢？其实，答案显而易见。也就是说素质教育要求下的教学设计，更有利于知识提取；以“知识提取为目的”的知识储存过程，完全符合素质教育的要求。愿教师的物理教学从“知识提取为目的”出发，乘着以教师为舵手的小船，载着充满好奇与活力的学生，达到素质教育的彼岸！