核心素养理念下“多用电表的原理”教学设计

李从瑞 令闰强

[摘   要]培养学生的物理核心素养是高中物理教学的核心目标。文章以“多用电表的原理”的教学设计为例，将“物理观念”、“科学思维”“科学探究”及“科学态度与责任” 贯穿到整节课的教学设计中，并结合信息化教学理念给出教学建议。

[关键词]核心素养;高中物理;多用电表

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2020）26-0047-02

高中物理课堂教学是在科学、技术、社会、环境的基础上，以培养学生的物理核心素养为教学目标的。物理核心素养包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”及“科学态度与责任”四个方面 [1] 。

“多用电表的原理”是普通高中物理选修3-1（人教版）第二章第8节的内容。“多用电表的原理”的教学设计是通过例题的讲解和问题的引导，使学生在回顾已构建的知识体系——闭合电路的欧姆定律的基础上进行迁移，进而学习深层次的知识体系[2]——欧姆表和多用电表。学生在自主构建新的知识体系的过程中，开展科学思维，提升分析能力、探究能力、合作能力、创新能力，形成物理观念[3]。

一、“多用电表的原理”的教学设计

1.欧姆表原理的探究

（1）物理情景

在图1电路中，电源的电动势E=1.5 V，内阻r=0.5 Ω，电流表满偏电流Ig=10 mA，电流表的内电阻为7.5 Ω，A、B为接线柱。

问题1.用一条导线把A、B直接连起来，此时，应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流？如果电流表变换成一个大量程的电流表，使其指针达到满偏，应如何调整可变电阻R1的阻值？

问题2.调至满偏后保持R1的阻值不变，在A、B间接入一个150 Ω的定值电阻R2，电流表示数是多少？电流表指针偏转一半时，外接电阻与原电路中总电阻有何关系？

问题3.如果把任意电阻R接在A、B之间，电流表读数I与R有什么关系？外接电阻R从“0”开始逐渐增大时，电流表的指针偏转位置如何变化？

（2）核心素养

科学思维 学生由进阶式问题引导，把已学过的闭合电路欧姆定律内容迁移到新的问题中，在解决实际问题的基础上进行质疑、探究，从提出问题到合作交流，再从电流表读数I与A、B之间接入电阻R的变化关系上升为建构欧姆表的结构和原理。

科学探究 学生根据闭合电路欧姆定律自主探究问题1（如图2），用一条导线把A、B直接连起来，通过调节可变电阻R1的阻值，可以使电流表达到满偏，此时A、B之间接入的电阻值为0。学生通过讨论得出可变电阻R1的作用是调节满偏电流的可变内阻（欧姆表的部分内阻）。

学生结合闭合电路欧姆定律自主探究问题2，当外加电阻R=Rg+r+R1时，电流表的指针偏转一半，此时电流表指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻。

学生依据闭合电路欧姆定律自主探究问题3，得到[R=1.5I-150（Ω）]，引导学生结合数学知识对上式进行讨论，得出电流表读数I与A、B间接入的电阻R不是线性关系。学生通过讨论得到“随着外接电阻R的增大，电流表的读数逐渐减小”这一共识。

通过对以上问题的探究和交流，如何将电流表转换成直接测量电阻的仪表？学生通过合作探究完成，教师让每个小组在探究完成后发表本组探究结论，教师听取学生的回答后进行点评和完善。

科学态度与责任 学生通过对进阶式问题的学习，在构建新知识体系的过程中，不仅进行了自主探究和协作探究下的深层次学习，还培养了学生的科学态度和社会责任。

物理观念 学生对知识的理解是由表及里、循序漸进的，学生在深化认知的过程中，需要通过自主探究和合作探究才能构建新的物理观念。学生通过对前面知识内容的学习，已经掌握了如何把灵敏电流计改装成直接测量电压的电压表和直接测量电流的电流表。能否将灵敏电流计改装成直接测量导体电阻的仪表？学生通过闭合电路欧姆定律表达式中电流I与A、B之间接入的电阻R的变化规律发现，如果把电流表10 mA 刻度标为“ 0 Ω ”，5 mA 刻度标为“ 150 Ω ”，0 mA 刻度标为“ ∝ Ω ”，其他电流刻度按[R=1.5I-150（Ω）]的规律转为电阻的标度，这样，电流表就改装成了直接测电阻的仪器。欧姆表的刻度顺序与电流表、电压表的刻度顺序相反，零刻度在右边，左边为无限大，刻度不均匀，左边密、右边疏。

（3）教学建议

物理核心素养的四个方面：物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任是相互促进的，所以在培养学生的核心素养时，要满足和遵循学生个体的发展需求和认知规律。教学过程中，教师需要引导学生思考，特别是刻度盘的转换，并协助学生完成。基础较好的学生通过合作探究就可以得出结论，基础欠佳的学生在教师的指导下也能得出结论。

2.多用电表的构建

（1）物理情景

如图3，甲、乙、丙分别为三种不同的测量仪表的示意图。

问题1.如果欲将以上三种仪表结合起来构成一个简单的多用电表（如图4），要求共同使用一个电流表和一个单刀多掷开关，开关接1、2、3时分别为电流表、欧姆表、电压表。请在图4中的虚线框内画出这个简单的多用电表电路图。

问题2.通常真实使用的多用电表是多量程的。如图5是一个多量程多用电表的简化电路图。测电流和测电压时各有两个量程，还有两个挡位用来测电阻。请回答以下问题：开关S调到哪两个位置上电表测量的是电流？开关S调到哪两个位置上电表测量的是电压？开关S调到哪两个位置上电表测量的是电阻？在测量电流或电压时，哪个位置的量程较大？

（2）核心素养

科学思维 学生把三种不同的测量仪表融合到一起时，特别是把它们的结构和原理融合到一起时，往往不会进行思维迁移和建模。通过对本节课的学习，将电流表、欧姆表、电压表三种单一的测量仪表结合成一个简单的多用电表，再进一步构建多量程的多用电表，使学生的思维能力得到提升。

科学探究 学生通过探究问题（1）（如图6），知道将电流表、欧姆表、电压表三种仪表结合起来构成一个简单的多用电表。学生通过合作探究问题（2），随后教师进行补充和完善（如图7），知道多用电表的内部结构和原理。

科学态度与责任 在完成多用电表构建的过程中，激发了学生探究物理问题的热情，培养了学生崇尚科学和严谨的科学态度与责任。

物理观念 如图5是多量程的多用电表电路图。它由表头G、直流电流测量电路、直流电压测量电路、电阻测量电路以及转换开关S等部分构成。其中1、2为电流测量端，3、4为电阻测量端，5、6为电压测量端。测量时黑表笔插入“-”插孔，红表笔插入“+”插孔，并通过转换开关接入与待测量相应的测量端。

（3）教学建议

教师提出的问题要有层次性，不能直接引入多量程的多用电表，而应循序渐进地引导，使学生的认识逐步提升;教师提出的问题要有针对性，针对各阶段的教学要求引导学生科学思维和科学探究。

教学过程中，教师需要协助学生解决问题。学生通过合作探究得出结论，最后进行自我评价。

[   参   考   文   献   ]

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版） [S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  汪显和，梁旭.基于核心素养的教学设计：圆周运动[J].中学物理，2018（21）：50-52.

[3]  朱小青.对高中物理教学中培养学生科学思维素养的反思[J].中学物理教学参考，2018（11）：4-7.

（责任编辑 易志毅）