提升科学探究能力 落实核心素养培养任务——以“练习使用多用电表测电阻”教学为例

胡瀚玮 崔壤化

(1. 浙江省北仑明港高级中学，浙江 宁波 315800；2. 吉林省图们市第二高级中学，吉林 延边 133100)

科学探究能力是基于观察和实验提出物理问题、形成猜想与假设、设计实验和制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并做出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力，科学探究主要包括问题、证据、解释、交流等要素。

在“练习使用多用电表测电阻”的教学中，笔者采用人教版新教材和老教材相结合的方式，以科学探究作为教学主线，把问题，证据，解释和交流等4个环节的教学形成逻辑链，既培养学生科学探究的意识，又提高学生科学探究能力，对落实物理学科核心素养的培养目标有较好的效果。

1 问题的提出与猜测

通过实验现象提出所要研究的问题，并对问题进行分析，提出猜想与假设，激发学生的学习兴趣和求知欲，培养学生的问题意识和提出问题的能力、分析问题并能进行猜想假设的能力。在“练习使用多用电表测电阻”的教学中所要探究的问题及学生思维活动如下。

1.1 通过观察多用电表提出问题

教师展示：如图1所示，观察多用电表表盘上的电阻刻度线，其特征是刻度线左密右疏、左大右小。

图1

提出问题：多用电表中电压示数，电流示数都是均匀的，为什么电阻挡的刻度出现了左密右疏的现象？

学生分析：多用电表内部是有电源的，电源电动势保持不变，待测电阻大小等于电源电动势除以电流再减去内阻，与电流大小成反比。

学生猜测：多用电表欧姆挡出现“左大右小、左密右疏”现象应该由电流表改装成欧姆表而引起的，即待测电阻的大小与通过多用电表的电流成反比。

1.2 由实验步骤提出问题

教师演示：用多用电表欧姆挡测量待测电阻，先将量程选在×1000挡，欧姆调零后测量电阻,发现指针偏转角度过小，重新选择量程×10,调整欧姆调零旋钮后测量发现指针偏转角度过大；之后选择量程×100挡，调整欧姆调零旋钮后测量电阻，发现指针指在中间刻度附近，读取电阻阻值=读数×100。

提出问题：测量电阻的实验过程中，为什么要求指针指在中间刻度附近？为什么每次换挡后都要调整欧姆调零旋钮。

学生分析：从刚才读数上来看，当指针指在中间刻度附近时，可能误差最小。每次换挡后表内电阻发生变化，使得通过电表的电流发生变化，因此需要重新调整欧姆调零旋钮。

学生猜测：指针在指在中间附近时误差最小，换挡以后欧姆表内阻会发生变化。

1.3 观察“对比实验”提出问题

教师演示：欧姆表从小倍率换成大倍率后，直接短接发现指针在0刻度线右方。

提出问题：从小倍率换成大倍率，电表的中值电阻增加，流过电表的电流应该减小，但在实验过程中发现电流反而增大了，为什么会出现这样的情况？

学生分析与猜测：多用电表是由电流表改装而来的，欧姆表由低挡切换到高挡可能是并联了一个大电阻。

针对上述问题进行探究，教学中设置直观的数据分析、多用电表内部构造分析，旨在提升学生的问题意识、质疑能力、分析能力等。

2 证据的获取和结论的得出

针对上述问题，为了论证猜测的科学性，需要获取实验数据，在实验测量过程中，可以培养学生制定实验方案的能力、获取数据和处理数据的能力以及实验动手能力。

2.1 分析数据，提高学生解决抽象问题的能力

图2

教师引导：从原理上看，前面的猜想是正确的，现在根据数据分析，论证刻度是否符合左密右疏、左大右小的结论。假设通过电流表满偏时偏转角为θ，此时待测电阻阻值为0。

课堂分组进行计算，有的学生推算偏转0.2θ的待测电阻，有的学生推算偏转0.3θ的待测电阻等等，分别将得到的数据填入表1中。

表1

由表1可见：偏转角度变化相同的情况下，左边的电阻变化大，右边的电阻变化小，当偏转角度最大时，电阻为0。

2.2 利用Excel作图，提升学生应用计算机处理数据的能力

教师：前面有同学猜想，换挡以后电表的内阻即中值电阻发生了变化，并且指针在中间区域附近误差最小。现在从多用电表测电阻的原理来验证该猜想的正确性。

图3

2.3 拆解多用电表，提升学生动手能力和物理建模能力

教师：前面的实验中，发现当从小倍率换成大倍率时，在中值电阻增加，流过电表的电流应该减小；但从实验过程中，发现电流反而增大了，这与常识不符。可以通过拆解多用电表，分析多用电表多挡位测电阻的原理，从而解决相关问题。

学生：将多用电表拆解后观察分析，多挡位欧姆表的原理图如图4所示。

图4

教师：从图4中可见：欧姆表由低挡切换到高挡不是串联一个大的电阻，而是通过改变并联电阻的大小来改变内阻的大小。指针的偏转角度是由流过表头G的电流决定的，并不是由总电流决定的。通过查阅说明书后，发现R4≫R3≫R2≫R1，选择高挡位以后，会导致总电阻增加，总电流减小，从而使内电压减小，路端电压增大，流过表头的电流增加，即偏转角度增加，这就是为什么换成高倍率挡位后，短接调零前指针偏右的原因，也是测量同一个电阻使用高倍率挡位比低倍率挡位指针偏转角度大的原因。每次调挡，都会导致欧姆表的内阻发生变化，因此换挡后都要重新进行欧姆表调零。

3 结语

在多用电表测电阻的教学中，从提出问题到学生猜想，从获取证据到得出结论，有效培养了学生的科学探究能力。当然，科学探究能力的培养途径和策略多种多样，值得我们不断研究，只要教书育人的目标不变，培养学生能力、提升学生的核心素养就不是一句空话，而是切实可行的。