关于《游标卡尺的测量原理和读数方法》教学设计的探讨

（秦皇岛市第一中学 河北秦皇岛 066006）

游标卡尺是《物理选修3-1》附录中的内容。《课程标准》要求学生能够正确使用高中物理实验的基本仪器，包括了解使用要求，辨明仪器的测量范围和最小分度值，正确操作，正确读数等。游标卡尺的测量原理在水银气压计、电流表及双缝干涉实验中都有拓展应用，在历年高考中反复考查。因此，在高中实验教学中，教师十分重视游标卡尺的教学。但是由于日常教学中存在重读数轻原理的现象，学生不能精准理解其测量原理，以致不能熟练掌握游标卡尺的读数方法，在考试中频频失分。因此，在日常教学中教师应该重视对其测量原理的教学研究。

在下面的教学设计中笔者采用了探究式教学法，通过层层深入的任务设置，降低学习难度，使学生逐渐发现规律、找到测量长度的新方法，进而掌握游标卡尺的测量原理和读数方法。小组合作探究式学习，为每一位学生的思考、探索、发现提供开放的空间，调动学生学习的积极性，培养学生分析问题、解决问题的能力。

我们给学生提供两组器材：边长比为10：9的两种正方形卡片，大卡片20张，小卡片10张；最小分度值之比为10：9的两把刻度尺；游标卡尺。

本节课共设计四项实验。

实验一：合作探究——利用正方形卡片的边长差找到精度为0.1mm的测量方法。

为了降低难度将该实验分解成三个任务：

任务1：用卡片确定0.4mm的长度。大卡片边长代表1mm，小卡片边长代表0.9mm，其边长差为0.1mm。

图1

学生根据生活经验很容易得出四大与四小紧密排列总长度之差为0.4mm(如图1)，即0.4mm=0.1mm×4。

任务2：用卡片确定3.4 mm的长度。

图2

按照任务1的思路需要34张大卡片和34张小卡片，但我们只提供了20张大卡片和10张小卡片，因此需要调整思路。学生稍加尝试便能想到在0.4mm的基础上再加上3个大卡片即可(如图2)，于是得到结论2：3.4mm=3mm+0.1mm×4。

任务3：用两把尺确定两个零刻线之间的距离为3.4mm和1.2mm。

任务3从卡片游戏过渡到测量工具，难度再一次加大。由于卡片是分散的，学生可以根据需要灵活选取并调整卡片的数目，但是刻度尺相当于连在一起的卡片，选用尺上的哪一部分刻度是第一个难点，从两卡片的边缘对齐到尺的两条刻度线对齐是第二个难点。因此，该任务设置了两个待测长度：3.4mm和1.2mm。对比任务2，学生经过尝试不难发现3.4mm的测量方法与任务2相似，用主尺的三个格代替3张大卡片，剩下的0.4mm应为主尺与游标尺连续四个格的长度之差(如图3)。同时引导学生思考并找到用刻度线对齐代替卡片边缘对齐的方法。有了3.4mm的经验，学生比较容易确定1.2mm的长度并得到结论3：测量值＝主尺整毫米刻度+主尺与游标尺最小分度值之差×与主尺对齐的游标尺的刻度值N。

实验二：十分度游标卡尺的读数和使用

图3

任务1：阅读教材认识游标卡尺的结构。

任务2：找出游标卡尺与实验一中两把尺的共同点，根据结论3总结游标卡尺的读数方法。

游标卡尺的主要结构即两把尺，尺身上标有其测量精度即两把尺的最小分度值之差。学生通过对比不难发现，把结论3中“主尺与游标尺最小分度值之差”替换为“精度”即得到游标卡尺的读数方法：读数=主尺整毫米刻度+精度×与主尺对齐的游标尺的刻度值N 。

实验三：拓展应用——讨论二十分度和五十分度的游标卡尺的测量原理和读数方法

实验四：用硬纸板自制一把10分度的游标卡尺。

教学反思：本节课通过卡片游戏展开探究式教学，学生在完成任务的过程中逐渐发现规律并找到测量长度的新方法，有效降低了学习难度。利用从卡片到尺的过渡，帮助学生实现了从具体到抽象、从经验到规律的升华，培养了学生分析问题、解决问题的能力和抽象概括能力。