基于欧姆定律的高中电学实验复习策略

江西 曾庆田

随着新高考课程改革的全面推广，高考由“知识能力立意”评价向“知识为基、能力为重、素养导向、价值引领”评价转变。在这种大环境下，高考物理实验题更加具有开放性、灵活性，也更加突出关键能力的考查。在高三阶段应如何有针对性地、高效地引领学生进行电学实验复习？笔者整理了有关电学实验的考查思路，并归纳总结了科学有效的复习方法，以提高备考效率。

一、一个中心话题——电阻

1.测电阻

在《2019年普通高等学校招生全国统一考试大纲》中必考的电学实验共5个，这5个电学实验都涉及电路，或用到电压表和电流表等仪器，或研究电压和电流等物理量。尽管这5个电学实验考查形式多样，但是万变不离其宗，即电学实验题型都围绕一个中心问题“测电阻”。

2.电压(流)表的本质是电阻

图1

图2

二、两种电路和数据处理

1.部分电路

图3

对实验数据进行处理求电阻值时，在高中阶段需重点掌握平均值法和图像法。图像法是指分别以实验中两个变化的物理量为自变量和因变量，根据部分电路欧姆定律拟合成线性函数，通过图像的截距或斜率等信息求解电阻或其他物理量。

实验一和实验二不管是采用哪种方法测电阻，系统误差的分析都比较简单，即判断被测电阻的电压值和电流值是否存在误差，这也是减少系统误差的思考方向。

2.闭合电路

表一

实验五是传感器的简单应用，传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)的元件。常见的有电流传感器和电压传感器，还有光敏电阻和热敏电阻(它们的阻值会随外界条件的变化而改变)，再比如霍尔元件和力传感器(能够把感应到的物理量直接通过电压的变化体现出来)。总之，这5个电学实验都与部分电路或闭合电路存在紧密的联系。

三、“三问”实验教学法拓展学生实验思维

高三进行实验复习时，教师常常感慨：“复习过的内容没有考，考的又没有复习过，有时即使出现了复习过的原题学生也做错。”这是因为电学实验是一个很广泛的问题，其目的是解决某个问题，由于实验内容和实验目的不同，实验方案也就不同，且现在的高考试题更具灵活性和开放性，所以师生对电学实验的复习感到难以把握。

为此，在电学实验复习中要牢牢牵住实验的“牛鼻子”，即我们要做什么。为了寻找实验的“牛鼻子”，我们模仿哲学家柏拉图的终极三问：“我从哪里来？我是谁？到哪里去？”我们在复习时也对每个实验提出三个问题：“实验要做什么？实验要怎么做？实验做好了吗？”，如表二所示。

表二

实验“三问”的第一问是要做什么。实验教学要开门见山，让学生明白实验要测量什么、探究什么或验证什么。提问要直指实验的中心任务，促使学生寻找解决这一问题的思路和实验方法，对实验复习进行联想回忆。并从心理上暗示学生复习不仅是回顾常规实验，更是深层次寻找解决问题的思路和方法，这样才能增强实验复习的探索性和实验设计的创造性，让学生的科学思维得到很好的发散训练。

实验“三问”的第二问是要怎么做。教师通过提问题激发学生为解决某一问题采取具体的行动，提出的问题有根据什么实验原理、要设计怎样的实验方案、进行几步具体的实验操作、实验要注意哪些操作细节、怎样设计采集实验数据的表格等。电学实验复习中常带领学生进行探索性的思考，可以激发学生的想象力和创造力。这些问题会让学生明白无论是经典实验还是创新实验，实验设计思路都是一样的，科学探究的基本环节和流程也是相同的，也让学生明白科学探究并不是遥不可及。这样可以激发学生对实验的兴趣，可以拓展学生的实验思维，也可以提升学生的科学探究能力。

实验“三问”的第三问是做好了吗。实验结束时一句简单的提问，是对自己实验过程和细节的反思。电学实验复习中多问学生这些问题，结果准确吗？有多大的实验误差？误差产生的原因？怎么减小实验误差？学生慢慢地就学会了反思和总结，实验思维变得更加严谨。

实验是物理学的基础，也是落实物理学科核心素养最好的载体。建议在实验复习时以实验“三问”教学法为指导，以课本常规实验为依托，在实验室实施开放、灵活、严谨的实验教学，让学生在实验中发现问题和解决问题；通过实验提升学生的基本技能，使学生领会基本思路，掌握基本方法，提高学生的实验能力，增强合作意识；练就符合高中课程要求的实验本领，为学生的终身发展打下扎实的基础。

四、高考真题指明实验复习方向

通过对2021年全国高考物理试题(部分省市是学业水平考试试题，缺少重庆卷)的电学实验部分进行统计，如表三所示，笔者发现电学实验的基本原理是部分(或闭合)电路欧姆定律，实验目的基本上是运用各种方法测电阻。

表三

五、复习建议

1.回归教材实验，关注课本上演示实验和课后习题，阅读教材中的插图

回归教材重视基础实验，关注课本上演示实验和课后习题、阅读教材中的插图等内容。2019版普通高中教科书中更加突出了实验教学内容。其中，“实验”为同学们增加动脑、动手操作的实践活动；“演示”为老师展示、供大家观察的实践活动，实验现象能引发思考和促进交流；“做一做”是小型的动手操作类活动，目的是引发思考、体验感悟；“拓展学习”体现弹性，属于选学选做的内容，主要内容是知识的拓展、延伸，或者是用传感器、计算机等设备自动记录和处理数据的实验。实验教学时要重视教材的作用，带领学生重视教材中与实验相关的内容的学习。

2.强化实验仪器的使用，掌握实验原理和实验方法，形成科学思维

实验复习中，教师应注意落实基础实验及研究方法的培养。首先是让学生在实验中反复操作常用仪表，加深对常用仪器的印象，学会基本仪器的使用，把各种测量工具的读数多读几次，悟出道理；其次是让学生掌握常规实验的原理，如部分(闭合)电路欧姆定律、电表改装的原理、电流表的内外接法、滑动变阻器限流和分压的接法等；最后是让学生掌握基本实验方法，如控制变量法、伏安法、等效替代法、半偏法等。只有这样才能为突破创新类实验打下坚实的基础。

3.强化实验教学，提升科学探究能力

实验复习中要以科学问题为导向，引导学生从“解题”向“解决问题”转变，培养学生发现和提出问题的能力。近几年高考物理试题以生活、生产和科技为设计背景的实际情境试题大幅增加。平时为学生提供一些联系实际(如科技突破，人工智能和机器人)的物理实验题，加强新颖的实验情境设置，引导学生有所思考、有所发现、有所联想，萌发出科学问题；或在实验复习教学中创设既定的任务，通过在完成任务中运用科学思维，让学生自己提出要探究的科学问题。

实验复习时要给学生提供实验动手的机会，提高学生制订计划的能力。培养学生把自己提出的科学问题分解为几个独立的小问题，并选择恰当的方法构思探究计划；培养学生学会从原理、器材、信息收集技术、信息处理方法等方面形成探究计划；学会通过查询相关资料完善探究计划。

实验复习和教学中还要加强运用数学方法处理实验数据的能力与分析实验误差能力的培养。只有让学生去实验室亲手做实验、测量数据、演算，并用图像等方法处理实验数据，才能在实验过程中提升用现有知识进行科学论证和解释的能力。

4.强化实验交流合作，培养科学态度和责任