基于深度学习的高三电学实验复习设计

谭俊贤

摘   要：电学实验是高中物理非常重要的内容，也是历年高考的必考点。在高三第一轮复习过程中，不少老师习惯于按照教材的编排顺序，结合教辅资料，逐一复习相关实验。如此疏于整合的散点式复习不利于学生形成系统的知识体系，不利于提升学生的应变能力，不利于学生科学素养的形成。为此，结合教材体系，围绕电学实验的高频考点，基于深度学习视角，对高三电学实验复习设计进行探索。

关键词：深度学习;电学实验;复习设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2022）4-0008-3

纵观历年高考，电学实验的考点主要分布在连接电路、故障分析、器材选择、记录数据、处理数据及误差分析上，考查聚焦于实验目的，开放自实验原理。如何设计电学实验复习单元，使分散的电学实验聚合在一个有机的系统之内，耦合学生的思维习惯，提升学生的应变能力，凝练学生的科学素养，不仅是应对高考的权宜之计，而且是服务于终身学习的智慧引领。崔允漷教授认为，指向素养的学习必须是深度的学习，即高认知、高投入、情境介入的主动学习。为此，笔者尝试将电学实验复习单元主线设计为：认识表头—改装电表—校对改装表刻度—测量改装表内阻—伏安法的选择。

1    认识表头

在高中物理中，表头有三层意义：

（1）量程Ig很小的电流表;

（2）能够显示电流的定值电阻Rg;

（3）内阻Rg已知的表头等效于量程Ug = IgRg的电压表。

2    改装电表

改装电表包括表头扩程为常用电流表、表头改装为电压表或欧姆表，如图1所示，其关键能力体现在：

（1）强化电阻测量及计算的原始方法：

（2）厘清电表示数与指针偏转的关系：

指针偏转的根本原因是有电流IG流过表头，且指针偏角与电流大小成正比。因此，直接将电压表与电源两极相连，电压表示数不是电动势，而是路端电压;欧姆表的0刻度对应最大电流Ig，处于刻度盘的右端。

（3）洞悉刻度分布的物理原理：

3    校对改装表刻度

校对刻度必须逐格校准，包括“0”刻度线，所以滑动变阻器采用分压接法。校对改装电流表A时，将标准电流表A0与改装表A串联，观察二者示数是否相同。由于电流表内阻太小，实际电流很容易超过量程，所以需要保护电阻R0。校对改装电压表V时，将标准电压表V0与改装表V并联，观察二者示数是否相同;因为电压表内阻足够大，实际电流足够小，所以不需要保护电阻。校对电路如图2所示。

渗透在校准电路中的关键能力是理清设置保护电阻的原因及设置方法。

4    测量改装表内阻

在选择电表时，高中物理有别于初中物理的是不仅要关注量程的大小，还要关注电表内阻是否已知，测量改装表的内阻很有必要。

4.1    伏安法测电表内阻

（2）面对的问题：

改装表A1两端电压U1太小，实验室常用电压表难以显示读数。通过改装表V1的电流I1太小，实验室常用电流表难以显示读数。

（3）实验方案：

在设计电路时，创造性地使用电压表和电流表有助于培养学生的创新意识和创新能力。

4.2    半偏法测电表内阻

（1）半偏法测电流表内阻：

实验原理：并联电路的分流原理。

实验电路如图5所示。

主要实验步骤：

第一步，闭合S1，断开S2，调节R1，使表头满偏;

第二步，闭合S1和S2，保持R1不变，调节R2，使表头半偏。

实验结论：Rg = R2

誤差分析——电路的动态变化：

第一步，外电阻R=Rg+R1，总电流I=Ig

真实值R2<Rg

误差归因：随着R2接入电路，导致外阻R变小，总电流I变大。

误差修正：统筹滑动变阻器R1和电源电动势E，尽量减小总电流I的变化。

（2）半偏法测电压表内阻：

实验原理：串联电路的分压原理。

实验电路如图6所示。

主要实验步骤：

第一步，闭合S1和S2，调节R1，使电压表满偏;

第二步，闭合S1，断开S2，保持R1不变，调节R2，使表头半偏。

实验结论：RV = R2

误差分析——电路的动态变化：

将调整后的滑动变阻器R1的右边部分视为电源内阻。

第一步，路端电压U=Ug

第二步，外阻变大，路端电压变大，U'>U，

误差归因：随着R2接入电路，导致外阻R变大，路端电压U变大。

误差修正：统筹滑动变阻器R1和电源电动势E，尽量减小总电流I的变化。

5    伏安法的选择

运用“伏安法”进行实验时，之所以要在电流表内、外接法之间作出选择，根本原因是寻找系统误差最小的实验方案，履行好实验者安全、准确地完成实验的义务。若电流表内阻已知，则采用电流表内接法进行实验;若电压表内阻已知，则采用电流表外接法进行实验;若电流表、电压表内阻均已知，则采用内、外接法都可以使系统误差为0，建议采用电流表内接法进行实验，因为系统误差更容易修正;若电流表、电压表内阻均不知，则需要对比分析电流表因为分压带来的负面影响与电压表因为分流带来的负面影响，采用负面影响（系统误差来源）更小的实验方案。

物理学科内部环环相扣，工具学科全面渗透，特点鲜明。单点式、单线式的教学都不足以体验学科魅力。有情怀、有思想、有品位的教学设计，应该站在学科体系的高度，纵贯小学科学、初中物理和高中物理，厘清知识主线，找准素养生长点;既关注科技前沿的中学物理概念，又传承物理学家的关键能力和科学品格;基于中学生的心理特点和认知规律，夯实学科基础，启迪创新思维，培育创新能力，促进深度学习。

参考文献：

[1]王凯浩. 高中物理电学实验的复习方法与策略分析[J]. 数理化解题研究，2017（31）：67-68.

[2]李芳.高中物理电学实验的备考策略[J].中学物理，2016，34（9）：71-72.（栏目编辑    赵保钢）