例谈促进高阶思维发展的电学实验拓展策略

李丕荣

(浙江省温州外国语学校 浙江温州 325000)

浙教版八上科学教材第四章和九上科学教材第三章中有四个电学实验。对于这四个电学实验，很多教师会让学生根据书本既定的步骤（过程）进行分组实验，实验后根据书中的讨论环节进行简要讨论，缺乏相应的拓展。笔者认为对这四个电学实验环节进行相应的拓展能有效地促进学生高阶思维的发展[1]。

一、从滑动变阻器如何调节的角度进行拓展

已知小灯泡的额定电压为2.5V，电路连接如图1所示，若此时电压表显示的示数为2.1V，为测定小灯泡的额定功率，滑动变阻器的滑片应如何移动？为什么？

要测小灯泡的额定功率，必须使小灯泡的电压达到2.5V（此时为2.1V）。电路为串联电路，小灯泡电压若要增大，即滑动变阻器的电压要减小。串联电路中小电阻分小电压，所以要使滑动变阻器接入电路的电阻变小，则滑片要向左移动，直至电压表的示数为2.5V。

该拓展环节，需要学生以实验目的为出发点，结合串联电路的特点及滑动变阻器的相关知识进行分析，使学生的分析能力得到了锻炼，促进学生高阶思维的发展。

二、从电路故障分析的角度进行拓展

电路连接如图1所示，闭合开关，无论怎么移动滑动变阻器滑片，小灯泡均不亮、电流表没有示数，电压表的示数约等于电源电压。请判断电路可能的故障为（ ）。

A.小灯泡短路 B.小灯泡断路

C.电流表断路 D.滑动变阻器接触不良

若电流表断路或滑动变阻器接触不良则整个电路断开，电压表和电流表均无示数，所以C、D排除。若小灯泡短路，则电路中的总电阻为滑动变阻器接入电路的有效电阻（不考虑电流表和电源的内阻），电流表的示数不为零，故A错。若小灯泡断路，则电压表、电流表、滑动变阻器三者串联，电压表的内阻巨大，所以电路的电流几乎为零，电源的电压几乎全部分到电压表身上，所以电压表的示数接近电源电压，B正确。

该拓展环节，需要学生结合具体的电路故障现象，结合选项进行逐一分析、排除，利于训练学生的高阶思维。

三、从改变已知条件的角度进行拓展

如果题目给定小灯泡的额定电流，没有给定额定电压，要如何测定小灯泡的额定功率？

根据公式P=U·I，利用图1的电路，只要调节滑动变阻器滑片使得通过小灯泡的电流为额定电流，读出此时电压表的示数即为小灯泡的额定电压，两则相乘即可得出额定功率。

从已知条件的角度，平时通常给定学生小灯泡的额定电压，让孩子去测额定功率。该拓展环节给定学生小灯泡的额定电流，让孩子去测额定功率。这个环节需要学生结合已知条件，根据公式进行分析，并运用类比和迁移的方法，得出具体的操作步骤，利于锻炼学生的高阶思维。

四、从实验的精确角度进行拓展

已知小灯泡的额定电压为3.8V，电源电压恒为6V，电压表的量程为0-3V和0-15V，为了比较精确地测定小灯泡的额定功率，请写出简要的实验步骤。

若按照常规电路进行实验（如图1），因为小灯泡的额定电压为3.8V，则电压表要选择0-15V的量程。但是，因为此时电压表的最小刻度为0.5V，难以精确控制电压表的示数为3.8V，所以按照常规电路无法精确测定小灯泡额定功率。转换思路，因为电源电压恒为6V，小灯泡和滑动变阻器串联，要使小灯泡的电压达到3.8V，只要使滑动变阻器的电压为2.2V即可。如果我们把电压表并联在滑动变阻器两端，如图2，电压表选用0-3V的量程，那我们就能比较精确地使滑动变阻器两端的电压达到2.2V，即小灯泡两端的电压为3.8V。故大致的实验步骤如下，按图2连接电路，移动滑动变阻器滑片使电压表的示数为2.2V，读出此时电流表的示数，再通过计算得出额定功率。

测定小灯泡的额定功率，学生的脑海里会马上浮现图1的电路图，该环节特意设置小灯泡的额定电压为3.8V，那么如果按图1电路进行实验，实验难以精确控制小灯泡达到额定电压。从而迫使学生再去思考更加合理的电路设计。这一实验拓展环节，能比较好地锻炼学生的综合、分析能力，促进学生的思维发散，利于学生高级思维的发展。

五、从逆向思维的角度进行拓展

如果已知小灯泡的额定功率，额定电流和额定电压均不知道，如何得出小灯泡的额定电压？小组讨论写出实验方案，之后展示，同学们分析方案是否可行。

方案1：按照图1连接电路，调节滑动变阻器滑片，当观察到小灯泡正常发光时，记录此时电压表的示数即为小灯泡的额定电压。

方案2：按照图1连接电路，调节滑动变阻器滑片到任意位置，读出此时电压表和电流表的示数分别为U和I，利用欧姆定律，求得小灯泡的电阻为R=U/I，再利用公式P额=U2额/R得出额定电压等于额定功率和小灯泡电阻的乘积的开根号。

方案1分析：正常发光指的是小灯泡在额定电压下发光，我们肉眼无法直接判断小灯泡是否正常发光，所以方案1错误。方案2分析：因为小灯泡电阻的阻值是会随着温度的变化而变化的，利用欧姆定律算出来的电阻R和小灯泡在正常发光时对应的电阻不一定相同，所以方案2错误。该拓展环节涉及到两个任务，任务1是设计实验方案，难度较大，而且比较容易出错。从已知条件的角度，平时通常给定学生小灯泡的额定电压，让孩子去测额定功率。该拓展，反其道，给定学生小灯泡的额定功率，反过来让学生求额定电压。要完成该任务，学生需要明确：当灯泡两端的电压增大时，通过灯泡的电流也增大，小灯泡的功率也随之增大。即功率和电压、电流之间存在一一对应的关系。任务2是对学生设计的实验方案进行评价，学生需要发现方案1、方案2隐藏着的错误。任务2需要较强的评价能力和思维的严谨性。