基于核心素养的高中物理实验教学设计——以“多用电表的原理”教学为例

(山东省济南市历城第二中学，山东 济南 250105)

1 问题的提出

“多用电表的原理”选自人教版高中物理选修3-1第二章第八节，教科书中先是通过一个闭合电路欧姆定律的例题，让学生在分析和解答的过程中，体会电阻值和电流表读数具有一一对应的关系，引导学生联想到电流表的读数可以反映出电阻阻值大小，揭示欧姆表的原理和改装依据，继而再拓展到多用电表。这样设计的目的是使学生在原有的体验中学习新知识，但是笔者认为其中也存在着一定的缺陷：直接把欧姆表摆在学生眼前，没有把物理知识与实践情境相关联，会让学生对欧姆表的内部构造缺乏深刻认识。

2 设计理念

基于提升学生物理核心素养的要求，笔者在教学中作了变通，没有照搬教材的设计思路，采用实验教学。通过利用自制教具的情景式导入，培养学生用物理观念解决实际问题的意识；通过层层递进的问题驱动式教学，培养学生严谨的科学思维；通过分组探究实验，让学生大胆创新，提升学生的科学探究能力，同时培养学生的科学态度和社会责任感。

3 教学目标

(1) 通过对欧姆表原理的讨论分析，进一步提高学生应用闭合电路欧姆定律分析问题的能力。

(2) 了解欧姆表的基本结构和刻度特点，知道多用电表的测量功能。

(3) 在学生动手实验的过程中，提升学生合作意识、科学探究能力以及将实际问题转换成物理模型的能力，提高学生的创新能力，增强学生的科学态度和社会责任感。

(4) 通过易于测量的电流来测定难以测量的电阻，让学生体会“转换”的思想。在“一”到“多”的转换中，品味变化之美。

4 教学过程

4.1 教具展示，形成观念

图1

在新课开始时教师先卖个关子，问学生平时在实验室是怎么测电阻的，学生大都回答用伏安法，此时给学生展示自制的神秘仪器(如图1)，利用自制仪器可以快速测出待测电阻的阻值。学生可以用圆珠笔里的弹簧、自动铅笔里的铅等体验一下。待学生的兴趣及好奇心被激发后，把贴上的欧姆表表盘撕掉，学生们惊讶地发现，原来这就是一只普通的电流表！在提高学生学习兴趣的同时，引出这节课的主要任务：把电流表改装成测电阻的欧姆表。

4.2 问题驱动，启发思维

接下来运用问题驱动式教学，一层层揭秘欧姆表的内部构造，使学生对欧姆表的改装有较深的认识。

问题1：要用电流表来测电阻，如何形成电流回路？也就是说欧姆表里需要有哪些电学元件？

要想形成电流回路，得有电源，这样就使学生明确了改装欧姆表需要用到电源、电流表表头、滑动变阻器等器材(如图2)。

图2

图3

问题2：如何确保在测量任意大小的电阻时，电流表读数均不超过量程？

学生很快就想到：将A、B直接相接，调节滑动变阻器使电流表刚好满偏，保持滑动变阻器触头位置不变，那么换成其他任何不为零的电阻，电流表读数都不可能超量程了，这其实是让学生明确了欧姆表调零的意义。

问题3：在测未知电阻Rx时，如何根据电流表的读数读出待测电阻的阻值呢？

这就涉及了欧姆表的原理(如图3)，并把闭合电路欧姆定律渗透进去了，学生会发现电流与电阻有一一对应关系。

倘若我们每次测电阻时，都要把相应的电流表读数代入闭合电路欧姆定律方程，去计算电阻的阻值，会显得很麻烦！启发学生能不能去寻找一个一劳永逸的办法，可否不用每次都计算，直接读数，以方便人们去使用？以此来激发学生的创新能力，增强学生科学态度与社会责任感。

4.3 分组实验，体验探究过程

学生利用所提供的器材分组讨论方案，并完成实验：把电流表改装成欧姆表，将相应的电流表表盘改换成欧姆表表盘。

为每个学习小组提供以下器材：干电池、0.6A量程电流表、0—10Ω滑动变阻器、最大阻值为999.9Ω的电阻箱、10Ω定值电阻等。其中电流表的表盘上贴上了修正纸，方便学生修改表盘。学生通过小组讨论后会想到可以用电阻箱充当待测电阻，这样可以直接读出待测电阻的阻值以便标记。

4.4 成果展示，品尝成功喜悦

实验完成后，学生争先恐后地去展示自己的成果，学生不仅能在表面上发现欧姆表表盘数字大小顺序与电流表相反、刻度不均匀等特点，也能从原理上给予解释。把滑动变阻器和电源装入黑箱中，只留下欧姆表表盘和两根测量线，学生就自制出来了一只欧姆表。为了使学生能够品尝成功喜悦，接下来设计了这样一个环节：“有几个定值电阻的阻值老师搞不清楚了，麻烦同学们利用自己改装的欧姆表，帮老师测量一下并贴上标签。”学生们都能积极地测量。

4.5 拓展提升，升华情感

学生明确了电流表、电压表、欧姆表的内部构造后，把它们的功能整合在一起称为“三用电表”(如图4)，进而拓展成多用电表也就水到渠成了。在拓展的过程中使学生体会转换的思想，品味物理变化之美。

图5

多用电表在生活中具有很重要的作用，可以用来维修电学仪器，检查电路故障等，给学生展示多用电表的内部构造(如图5)，学生发现它和自己的改装思路相同，以增强学生对实验探究的自信心。告诉学生这节课重现了科学家发明多用电表的历程，希望大家一直保持实验探究的热情，以后能为物理学的发展、为科技的进步贡献自己的力量，以此来培养学生的科学态度和社会责任感。

5 结语

核心素养的提升并不是一朝一夕的事情，这就需要教师树立以人为本的教育理念，培养学生终身学习的能力；需要教师重视实验教学，倡导科技创新，培养实践能力；需要教师在情境创设上下功夫，重视问题设置，通过问题解决来提升学生的思维品质。