基于高考评价体系的物理情境创设——以DIS建构分压限流电路中滑动变阻器的选取规律为例

吴庆林 李旭伟

(1. 福建省三明第一中学,福建 三明 365001; 2. 福建省三明市第二实验学校,福建 三明 365000)

高考评价体系在落实“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的新理念中,要求学生能够在复杂的、新颖的试题情境下综合应用所学知识和技能处理问题．[1]教师创设的课堂情境要能够激发学生的认知构建,为素养表现搭建平台,并影响学生分析与解决问题的策略与表现．通过建立教材中典型的问题情境,引导学生综合应用多个物理知识解决问题,进而完成对分压、限流电路中滑动变阻器的选取规律的建构．

1 创设情境，凸显思维“痛点”

滑动变阻器是电学实验中常用的仪器,在电路中有分压和限流两种接法．滑动变阻器的选择是教学的难点也是高考热点．在教学过程中教师会强调:当负载电阻Rx远大于滑动变阻器的最大阻值R0时,宜采用分压式接法;当负载电阻Rx与滑动变阻器的最大阻值R0接近时,宜采用限流式接法．学生虽然能够直接应用该原则,但对这一原则的掌握大多只停留在记忆层面,对其本质原因无法理解,故“分压与限流电路中滑动变阻器的选取”成为学生的思维“痛点”．

课堂演示1.将最大阻值为10 Ω的滑动变阻器以分压的方式接入电压为3 V的电路中(如图1),匀速的将滑片从a点移至b,

图1

请学生注意观察小灯泡L(电阻约为2 Ω)的亮暗变化和滑片的位置．

现象:小灯泡的亮度随着滑片先缓慢变亮,在滑片接近b端时快速变亮(如图2)．

图2

课堂演示2.将演示1的实验仪器按图3连接,匀速的将滑片从a点移至b,请学生注意观察小灯泡L的亮暗变化和滑片的位置．

图3

现象:滑片位于a点时小灯泡就具有一定的亮度,随着滑片的移动先缓慢变亮,在滑片接近b端时则快速变亮(如图4)．

图4

图4

这一教学过程所提供的视觉体验与已有的电学知识形成认知上的冲突,该现象引起了学生极大的兴趣,有效的促进学生将外部动机转化为学习的内在动机,使其积极参与到教师创设的问题探究情境中．此时教师提问:为什么匀速移动滑动变阻器的滑片小灯泡的亮暗未能均匀的变化?引导学生说出是由于小灯泡两端的电压变化不均匀导致的．

2 DIS演示建构物理规律

由于用电器两端的电压无法直观的看出,教师利用DIS系统对实验进行改进,将电压变化规律展示在学生面前,具体步骤如下.

(1) 图1分压电路中将小灯泡更换为阻值为5 Ω的定值电阻Rx．将DIS系统中的电压传感器连接于定值电阻的两端,用于测量电压．将位移传感器发射端固定在滑动变阻器的滑片上,将位移传感器接收端固定在物理平台上并与发射端保持正对,用滑片的位移来代替滑动变阻器阻值的变化(如图5)．

(2) 移动动滑动变阻器滑片,使计算机中的呈现出电压随滑片移动而变化的曲线,如图6(a)．

(3) 改变定值电阻的阻值,使Rx分别为1 Ω、10 Ω、50 Ω和200 Ω,并重复实验过程．

(4) 按图3限流法连接电路,重复以上步骤,电压随滑片移动而变化的曲线如图6(b)．

学生观察到电压的变化规律曲线后,更加深刻的理解之前的演示实验中小灯泡的亮暗变化不均匀的现象源自于电压不均匀的变化．接着教师引导学生结合图6,思考并回答分压限流电路中滑动变阻器的选取规律．教师对学生的回答进行点评并总结.

如图6(a)为分压法得到的曲线: ① 当Rx=1 Ω时Rx≪R0,曲线非常弯曲,滑动变阻器无法起到较好的调节电压的作用;② 当Rx相较R0越大时,越呈线性变化关系,因此这种条件下电压便于调节且精度较高;③ 电压始终都是从0开始变化．

如图6(b)为限流法得到的曲线: ① 当Rx=200 Ω时Rx≫R0,曲线近乎一条直线,但电压调节范围小; ② 当Rx=1 Ω时Rx≪R0,曲线非常弯曲,滑动变阻器就起不到调节电压的作用; ③ 当Rx=10 Ω时,电压调节范围以及调节精度都相对合适．

分压接法时,选择阻值比用电器阻值小的滑动变阻器,用电器几乎不影响电压的分配,其两端的电压随着滑片的移动呈线性变化,既方便于实验的操作又利于读取的电压表数据．限流接法时,选择阻值与用电器阻值相近的滑动变阻器,移动滑片能够线性的调节用电器两端的电压且调节范围较大．