指向深度教学的初中物理综合实践活动——以“油量表的设计”为例

王晓琳 刘沁心

(南京师范大学附属中学江宁分校，江苏 南京 211102)

深度教学是相对于浅层教学而言的一种教学理念、教学模式．深度教学最早由郭元祥教授提出,是郭元祥教授2007年以来开展的一项改革实验研究项目．深度教学以引导学生的深度学习为目标,主张借助知识的深度处理,使学生从知识的内部结构出发,实现对知识的完整处理与系统把握的目标,是带领学生从传统的符号学习向现代的学科思想以及意义系统学习的有效凭借．而综合实践活动在新课程改革中占据重要的位置,综合实践活动追求的核心价值是培养学生的实践能力、创新精神、良好的个性品质,以及综合运用学科知识、自主获取知识的能力．

目前我们在开展初中物理综合实践活动时,有两个来源:一是苏科版每个章节后面的“综合实践活动”栏目,为学生提供自主研究的课题．二是教师自己开发研究的课题,内容具有一定的综合性,与生活和社会有较紧密的联系,利用课题研究使学生经历相对完整的探究过程,有利于发展学生的个性和特长．本案例属于教师自主开发的课题．

1 课题提出的背景

在苏科版第14章第2节“变阻器”的课后习题中,有一道有关油量表的题目,书中将油量表的设计图(图1)提供给学生,让学生讲讲工作原理．本题对学生的思维要求:知道油量变化引起滑动变阻器的阻值变化,从而影响电路中电流的大小．

本题涉及到的知识点:杠杆问题、滑动变阻器引起的电路变化问题、电路的安全问题等,是一道比较综合的题目．因此在期末总复习时,可以围绕这个题目,开展一个关于油量表设计的小课题,综合运用所学的知识来解决问题．

图1

2 案例设计

2.1 课题引入

教师演示:自制一个油量表模型(图2),通过加水让指针发生偏转．问学生,油量表是用什么电表改装的?请说说工作原理．

图2

然后教师抛出今天所要解决的第1个问题:油量表可以用电压表改装吗?

2.2 设计电路环节

实验器材:滑动变阻器RP(80 Ω 2 A),定值电阻R=10 Ω,电压表0-15 V,学生电源18 V,导线,开关．

请学生在以下方框中(图3)设计出电路图:

图3

学生通过讨论,设计了以下2种电路图,如图4、5所示．

图4

图5

让学生试着用不同的方法来解释这样设计的原理．

方法2:油量变大,指针下移,滑动变阻器电阻变小,根据串联分压原理,滑动变阻器两端的电压UP变小,根据U′=U总-Up,则U′变大．

对于图5，由于滑动变阻器接入电路的接法不同,故油量变大,指针下移,滑动变阻器电阻变大,故将电压表并联在滑动变阻器两端．

图6

继续启发学生,假如采用图6这样的接法,能否通过改变杠杆的设计来达到油量变大,电表示数变大的效果．

学生思考,要让电压表示数变大,滑动变阻器电阻要变大,对应油量增加．但在原来的图中,油量增加,滑片下移,滑动变阻器电阻应该变小．如何让油量变大,滑片上移呢?

通过讨论,大家设计出了图7,将杠杆的支点移到杠杆的顶端,就解决了上面的问题．

图7

于是,大家共设计出了3种电路，如图8—10所示.

图8

图9

图10

设计思路： 此环节为产品设计环节,通过设计,让学生学会综合运用欧姆定律、分压原理等知识解决滑片移动引起电路电表变化的问题,同时结合杠杆知识,解决支点在同侧和异侧,引起的动力和阻力移动的方向问题．培养学生的综合解决问题的能力、创新的意识．

2.3 器材要求环节

2.3.1 安全问题

图11

产品设计出来后,其实本质就以下3个电路(如图11—13)．现在提供以下器材:滑动变阻器RP(80 Ω，2 A),定值电阻R=10 Ω,电压表0—15 V,电流表0—0.6 A,学生电源18 V,导线,开关．

图12

图13

结合图11,让学生思考,是否滑动变阻器可以任意滑动?

然后继续追问,如何解决这个问题?

学生通过讨论,提出了两个方案,方案1:在电路中再串联一个20 Ω的电阻;方案2:在滑动变阻器20 Ω的地方设置一个卡．(本题的思维方式,和2014年南京市中考的压轴题相似)

2.3.2 电表的改装问题

接着再问,油量表的零刻度一定对应电表的零刻度线吗?

学生通过分析可知,图5、图9,电压表接在滑动变阻器两端,当滑动变阻器为0时,电压表示数可以达到0,其他4个设计图不可能为0．

教师接着问,以图1为例,假设油量为0时,滑片在最上方,请大家计算一下,油量零刻度对应电流表的什么示数?

点评： 设计产品的时候,要考虑器材的规格问题,才能确保产品的正常使用．在本环节中,运用到了电路的安全问题知识,电表改装问题知识等,并提出了具体的解决方案．从第一环节设计电路,到现在的实际的功能性实现之间是有很多问题要解决的,人类历史上任何一个科学规律发现到变成产品投入生产,要解决很多的实际问题,而在解决问题的过程中提升了学生的科学素养．

图14

在本节课最后,介绍一下目前真正的油量表系统,指针式的油量表(图14)早已经被淘汰,用的都是电子式的．同时滑动变阻器也不是用的杠杆装置,而是感应式的压敏电阻．但基本原理和我们今天讨论的还是一致的．

3 结束语

本案例充分运用深度学习具有的两个显著的特征:学生的主体性与教学的深层性．首先,学生的主体性．深度教学虽然以教学为目标,但在教学过程的实施中更加看重学生的主体地位,以学生内在的发展与提升为重点;其次,教学的深层性．深度教学并非简单意义上的增加知识容量,或者提升知识难度,而是在学生理解的基础上,让学生对知识、技能等有更为深刻的认知．