项目式学习的高中物理实验专题复习课探索——以新人教版“导体电阻率的测量”为例

袁加兴

（宿迁市中小学教学研究室，江苏 宿迁 223800）

1 引言

物理学是一门以实验为基础的精密的定量科学.实验在物理教学中占有极其重要地位与作用，物理规律的发现、理论的建立都是以实验为基础.高考也越来越重视对学生实验探究能力的考查.近年来高考中实验分值通常要占到试卷总分20%左右，甚至更多.历年来，高三物理复习都非常重视实验的复习教学.传统的高三一轮实验复习就是通过大量的实验题进行地毯式反复训练，以练达到对实验基础的理解、基本技能的掌握以及形成答题套路.在中国高考评价体系理念的指引下，高考实验题越发注重对学生的实验操作能力、分析问题与解决问题能力、创新思维能力的考查，并希望通过纸笔考试将真正做过实验与没有做过实验的学生区分开来.显然，传统的高三物理实验复习课已不能满足于新高考的需求.因此，以注重具体实践、小组合作、真实问题解决的项目式学习就为新课程理念下高三物理实验专题复习开辟了新路径、新思路.

2 项目式学习实施路径

项目式学习以学科知识为载体，以深度学习和持续构建学科知识体系为目标，通过问题解决这一学习路径，将学与用融于教与学的过程中.项目式学习可追溯至克伯屈的“设计教学”理论，其立足于对“学校与社会相分离”“儿童直接经验与学科间接经验相割裂”“知识学习与知识运用相脱离”的批判，强调“做中学”，凸显实践育人.因此，项目式学习作为一种重要的教学策略，正在全世界获得越来越多的关注.在高中物理实验专题课教学中实施项目式学习，通常采用以问题驱动的方式，创设问题情景，紧紧围绕所学的内容，让学生在原有知识的基础上独立学习或者小组合作的方式完成整个实验进程（包括器材选取、实验步骤确定、实验操作、数据的收集与处理、实验结论与误差分析等），最终实现对所学知识的内化、进阶，并能灵活地运用知识解决实际问题.同时，这一过程要充分发挥学生的自主性、合作性，激发他们解决真实问题情景的欲望与能力，提升学生的学科核心素养.

3 项目式学习教学实践

“导体电阻率的测量”实验是新人教版必修3学生必做的电学实验之一.通过本实验课的复习，学生要在原有认知结构的基础上，进一步理解游标卡尺、螺旋测微器的工作原理和长度测量；理解测量电阻率的实验原理与方法，会进行导体电阻率的测量，会进行误差分析；能综合运用所学的物理知识去解决实际问题，包括简单的设计性实验等.下面以本实验为例谈谈项目式教学在实验专题复习课中的运用.

上课地点：实验室专用教室.

上课场景：布置“测量导体电阻率的测量”必需的实验器材.

课时安排：2课时.

“电线是家庭照明电路中必不可少的材料，其质量的好坏，直接关系到千家万户的用电安全.质量差的铜质电线重量不足，主要表现在导线横截面积过细，电线铜芯杂质过多等.合格的铜芯电线铜芯应该是紫红色、有光泽、手感软；而劣质的铜芯线铜芯为紫黑色、偏黄或偏白，杂质多，机械强度差，稍用力容易折断.因此，在购买或选用时，如何准确鉴别电线质量的好坏，是相关技术人员应该掌握的技能.”

上述材料中提到的辨别方法只是粗略鉴别，现有一卷市场上的电线，请运用所学的物理知识，针对上面材料中提到的问题，帮助检测其导电性能.

学生探究活动1：“导体电阻率的测量”是高中物理学生必做的实验之一.小组讨论解决前面项目要求中的问题，理解“导体电阻率的测量”实验思路.

图1

一段金属电阻丝的内阻较小，可以与电流表的内阻相比较.也就是说，电流表的分压不能忽略，如果用电流表内接法，系统误差大.在这个实验中，分压式接法与限流式接法均可，以实验操作方便而定.

学生探究活动2：测量金属丝的长度与横截面积.

小组活动展示2：用刻度尺测量电阻丝接入电路中的有效长度l，并且要反复测量多次取平均值，得到有效长度.同时，用螺旋测微器、游标卡尺在同一根电阻丝的不同位置进行多次测量，取平均值作为电阻丝的直径.

学生探究活动3：螺旋测微器、游标卡尺的操作与读数.

问题情境1：如图2（甲）所示，某次实验过程中，一同学用螺旋测微器测量金属电阻丝直径时，从调节到读数的过程中，

图2

（1）用螺旋测微器测量合金丝的直径时，当测微螺杆靠近导体，改用如图2（甲）所示的部件________（选填“A”、“B”、“C”或“D”），直到听到“喀喀”的声音停止旋转.

（2）如图2（乙）所示，测得该合金丝的直径为d=________mm.

问题情境2：如图3（甲）所示，某次实验过程中，一同学用游标卡尺测量金属电阻丝直径时，从调节到读数的过程中，

（1）测量金属电阻丝直径需要用图3（甲）中的（选填“C”或“D”）.

（2）某同学用卡尺把金属电阻丝夹紧后直接进行读数，如图3（乙）所示读数为_______mm.

图3

（3）上一步骤中该同学漏掉的操作是_______.

小组活动展示3：1.D 3.298 mm；2.C 3.30 mm.

实验室能为完成本实验提供的滑动变阻器的规格有（5Ω3 A，10Ω2 A，20Ω2 A，50Ω1.5 A，200Ω1.25 A）几种，应该选择哪种规格的滑动变阻器呢？

图4

小组活动展示4：（1）选择m，理由是随滑片的移动，分压电路接近均匀变化（接近于线性关系），方便实验操作；（2）一段金属电阻丝的电阻较小（甲小组同学用多用电表的欧姆挡测一段长为l=50 cm镍铬合金约为10Ω左右）.若选用限流式接法，甲小组选择滑动变阻器（10Ω2 A）进行实验.由于最大阻值跟待测电阻差别不大，可以调节的电压调节范围大约为2-3 V.若选择分压式接法，甲小组选择滑动变阻器（5Ω3 A）进行实验，可以提供的电压调节范围大约为0-3 V.虽然，限流式、分压式都可满足实验采集6-8组数据描点绘图，考虑到分压式接法调压范围稍大，数据点可以更分散一些.因此甲小组认为选用分压接法相对合理.

学生自主探究实验：将图1（甲）中的滑动变阻器换成200Ω1.25 A，使滑动变阻器滑片从最左端缓慢向右端移动的过程中，观察电压表、电流表示数变化情况.

学生探究活动5：按照图1的实验电路图在图5（甲）中用笔划线代替导线进行实物连线.

小组活动展示5：在图5（甲）中按照图1（甲）所示的电路图用笔划丝代替导线在图5（乙）中连线.

图5

学生探究活动6：在某次实验过程中，一小组同学按图5（乙）连接好测量电路，闭合开关，使滑动变阻器滑片从最左端缓慢向右端移动的过程中，发现电压表、电流表读数总不为0，已知电流表、电压表以及待测金属丝都是完好的，则电路故障为导线_______断路（用图中导线编号表示）.

小组活动展示6：导线e断路.

学生探究活动7：在排除电路故障后，该小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如表1所示.

表1

小组活动展示7：为了处理实验数据，小组成员在坐标系上建立U、I系（图6），并描绘出U-I图线，由图线得到金属丝的阻值Rx=4.6Ω.

图6

学生探究活动8：在某次实验过程中，一学习小组将图1（甲）电流表内接，改变滑动头在金属丝上的位置，分别测出金属丝长度l1=10 cm、l2=20 cm、l3=30 cm、l4=40 cm、l5=50 cm及相对应接入电路的电阻Rx，测量的数据记录在表2表格中.该小组同学根据表中的数据，在图7方格纸上作出Rx-l图像，并根据图像及金属丝的直径，计算该金属丝的电阻率ρ.该小组同学讨论后认为，电流表内阻会导致测出的R值偏大，因此测出的电阻率偏大.该小组同学的观点是否正确？请简要说明理由.

表2

图7

4 项目式学习实施效果

综上所述，在高中物理实验专题复习课中采用实施项目式学习，能为学生搭建一个实践操作、交流合作、问题解决的展示平台.不但有利于学生自主建构学科知识体系，体会学科方法、学科思想；而且，通过问题解决，有助于学生完成知识的内化，思维的拓展及实验技能的提升，在深度学习的基础上促进学生实验素养的提升.