基于实验资源整合的复习课教学研究

李晖

[摘   要]物理是基于实验与观察的自然学科，物理教学离不开实验，物理实验可以引导学生很好地学习物理知识。但在实际教学中，有的教师不自觉地将物理理论学习与物理实验分隔开来，这样不利于学生学习。在物理教学中，尤其是在复习课教学中，有效利用实验资源能提高教学实效。

[关键词]实验资源整合;复习课;实验设计

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2020）32-0044-03

《全日制义务教育物理课程标准》中关于课标的实施建议第二条：发挥实验在物理教学中的重要作用。实验是物理教学的重要组成部分，也是落实学生科学素养的关键所在。在复习课中，如何发挥实验的主体作用从而实现高效复习呢？笔者基于课标，合理整合实验资源，以实验为驱动，让学生产生主动而深入的思考。本文以《测量小灯泡电功率》为例，谈谈利用实验资源开展复习课教学。

一、基于课标，确立目标

首先，测量小灯泡的电功率属于“课标”中一级主题“能量”中的二级主题“电磁能”，“课标”的要求是结合实例理解电功和电功率;知道用电器的额定功率和实际功率。依据课标，可以把本部分内容拆分成以下几个子任务：

1.理解电功率的概念，知道电功率是描述电流做功快慢的物理量，是电流做功多少与做功时间的比。

2.能利用电功率的定义式或推导式进行简单的计算，并设计实验测量电功率。

3.能区分额定功率和实际功率，知道不同的工作状态下，用电器的电功率是不一样的。

4.从能量转化角度理解能耗的不同及电能转化为其他形式的能的效率。

二、基于目标，逆向设计

教学目标既是起点，也是终点，为了完美完成本节内容的复习任务，可从以下三个角度进行设计。

1.技能角度：会选择合适的器材连接电路，并能排除故障完成小灯泡功率的测量。

2.认知角度：通过实验数据的分析，认识额定功率和实际功率，并会简单计算。

3.观念角度：了解测量电功率的其他方法，知道功率和能耗之间的联系，并树立节能环保的意识。

会测量是学生必备的实验技能，要想让学生能够熟练测量，就必须让他们亲历测量过程，亲历测量过程中的障碍和困难，激发他们对问题解决的思考。因此，本节复习课着重：①让学生从安全实验的角度选择器材，并自行连接电路;②用一般的方法排除电路故障，让学生在真实的实验环境中发现问题，并利用已有的知识动手解决;③延伸课本基础实验，利用单表（只有一个电压表或电流表）测量灯泡的电功率，加深学生对测量原理的理解;④学会测量生活中白炽灯的功率;⑤借助说明书，知道新工具的使用，借助数字化仪器分析功率和能耗的关系等。并由此确定了本节课的设计脉络：

三、任务指引，实验驱动

情境置入：多个家用吊灯当中有一个不亮，在更换灯泡时，我们要先看看灯泡的规格（铭牌），例如显示为2.5 W，生活中所有用电器上都有这样的标识，我们称为额定功率。

任务：某灯泡的铭牌上标有2.5 V字样，其他参数模糊不清，小灯泡电阻约为10 Ω，请设计方案测定小灯泡的额定功率。

问题1.怎樣设计电路？你的依据是什么？

回忆前面“电功”中所学的内容，知道[P=Wt=UItt=UI]，依据测量物理量的需要，可以设计出伏安法测电阻的电路，然后对问题设置情境，给出的器材有：电压约为4.5伏的电源，规格不同的滑动变阻器（A.5 Ω，3 A;B.20 Ω，2 A;C.200 Ω，1.25A），电压表、电流表、定值电阻一个，开关三个，导线若干，选择合适的器材连接电路。

设计意图：引导学生根据串联分压计算出滑动变阻器的最大阻值至少需要8 Ω，因此只能选择B或C。由实际需要加强对串联电路中电学量的计算练习，这样既复习了欧姆定律的相关内容，也解决了器材的选择问题。进一步思考，发现最大阻值200 Ω不方便在本实验中调节电路，因此确定滑动变阻器B为选定器材，同时基于读数准确性的需要，确定电流表和电压表的量程都接小量程，最后连接实验电路。

问题2.正确连接电路后，闭合开关，你的灯泡亮了没有？不亮的原因可能是什么？如何检测？

设计意图：在学生分组实验中预设了两组故障，一组灯泡断路，另一组灯泡短路。通过设置故障训练学生排除故障的能力。对断路情况，学生基于实际实验操作，发现电压表示数超过了量程，电流表示数为零。进一步将电压表量程由0～3 V更换为0～15 V，发现电压表示数接近电源电压，由欧姆定律知识可以判断故障为灯泡断路。短路情况，则可根据“电压表无示数，电流表示数很大”来加以判断。无论是何种故障，都是学生在实验过程中排查出来的，同时由学生自己归纳总结：

a.电流表有示数：电流表所在回路短路。

b.电流表无示数：电流表所在回路某处断路。

c.电压表有示数：电压表两接线柱与电源两极之间连通，且与电压表并联的原件无短路。

d.电压表无示数：与电压表并联的电路或元件短路或者电压表两接线柱与电源的两极之间某处断路。

在电路完好连接的基础上，教师给出自测数据：

通过自测数据的计算，得出小灯泡的额定功率为0.70 W，同时将其与学生测量的结果0.75 W进行对比分析，寻找测量结果不一致的原因。

设计意图：测量实验在尊重事实的基础上允许有误差存在，由学生实验数据的差异分析原因。

1.可能是导线不同引发系统误差。

2.灯泡的出厂规格略有差异。

3.电流表读数有误差。

测量性实验对结果的误差分析非常重要。通过对实验过程的反馈，为学生提高测量的准确程度提供依据与支撑。由测量数据可以得出规律：灯泡两端电压越大，实际功率越大，灯泡亮度越亮。当[U实=U额]时，[P实=P额]。

问题3.在实验过程中，有些器材损坏了，可以更换，例如导线、定值电阻等，假设电流表损坏，就没有另外的电流表可以更换了，你能否利用现有的器材重新设计电路，测出灯泡的额定功率？

这是一个开放的实验电路设计，将课本中的基础实验拓展延伸，较为普遍的做法是将电压表二次换接。但是由于操作不便，我们希望能一次性连接电路不进行电路换接。下面采集了两种学生的设计方案供分析。

方案一：图1中，电压表能单独或同时测量灯泡和定值电阻的电压，要测量灯泡的额定功率，还要求出灯泡的额定电流，在该灯泡正常发光时，电压表与定值电阻的组合不能求解额定电流，因此该方案不可行。

方案二：图2中闭合开关S1和S2后调节滑动变阻器滑片使灯泡正常发光（电压表示数为2.5 V），通过开关的通断可以实现电路结构不变，测出定值电阻的电压，由此求出此时灯泡的额定电流，方案可行。由此发现，单电压表与定值电阻组合测量额定电流的大小，其原理与基础实验仍然相同，进一步拓展单电流表测小灯泡额定功率同样可行。

问题4.生活中的白炽灯其额定电压为220 V，实验室的器材无法测量电功率怎么办？需要什么器材？

设计意图：在知晓测量原理的基础上、在安全可靠的指引下，实验器材如何选取？我们在家用电路中测量电功必须用到电能表，将电功率的测量从实验室走向生活，让学生自主分析确定实验方案。演示实验测量依据测量的数据，计算得出灯泡的功率为62 W，而灯泡的铭牌显示为65 W，分析误差的产生原因：时间的测量有误差、数电能表转的圈数过少、灯泡的自身规格有变等。

每一次测量都应有分析，让科学严谨不停留在纸上，而是贯穿于整个实验操作。进一步拓展现代测量工具——数字功率计。随着科技的发展，生活中也有直接测量电功率的工具，根据说明书，我们可以判断其测量原理与直流电路电功率的计算公式兼容。让学生实际操作数字功率计测量同规格的白炽灯额定功率，发现测量值显示为66 W，对比铭牌标注明显偏大，继续对实验数据进行分析，我们发现功率计实际电压为220 V，原来是实际电压大于额定电压220 V，进一步深化实际功率与额定功率的关系。生活中的白炽灯发光照明，有能耗，教师可继续追问：相同亮度的LED灯与白炽灯功率相同吗？实验设计：用亮度仪测量，显示白炽灯和LED灯的发光亮度基本相同，用数字功率计分别测量出此时白炽灯和LED灯的实际功率，发现LED灯的功率只有5 W左右。电功率的大小代表能耗的高低，我们还要从能耗的角度引导学生树立效率意识和节能环保意识，由实验数据解释白炽灯逐渐退出居民家用电器的原因。

物理学科作为自然科学的一部分，其定理和规律都十分强调证据，实验是我们寻找证据的重要手段，这种手段相对于物理学科而言有着不可替代的作用。物理教师在新课教学时，一般都会进行实验操作，但是在复习课中往往忽视了实验的重要作用，笔者认为，依据课标及复习内容的需要，逆向解析，重设实验，以实验资源的整合驱动复习内容的网络化。复习起源于教师教（问题），着眼于学生学（实验）。从脑信息存储的角度看，从手到脑，认知更加深刻。以实验操作的方式驱动复习，可让复习课更加生动高效，也更加精彩。

[   参   考   文   献   ]

[1]  聂群群.初中物理实验教学方法创新对策探讨[J].中国校外教育，2020（2）：88-89.

[2]  刘天有.初中物理实验教学的实践与思考[J].課程教育研究，2019（50）：150.

（责任编辑 易志毅）