沈志斌

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，科學(xué)的本質(zhì)是求真，求真過(guò)程即思維發(fā)展的過(guò)程。

1問(wèn)題提出

測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教材提供了3種實(shí)驗(yàn)方案：一是電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器法；二是電流表、電阻箱法；三是電壓表、電阻箱法。

關(guān)于數(shù)據(jù)處理，對(duì)于第一種實(shí)驗(yàn)方案，教材既介紹了解方程組法，又介紹了圖像處理法，并指出相比于解方程組，圖像處理誤差更小、更簡(jiǎn)便、更直觀。教材提供的范例是要求學(xué)生用圖像法處理。對(duì)第二、三種實(shí)驗(yàn)方案，教材沒(méi)有介紹圖像處理法，筆者猜測(cè)其原因是第二、三種實(shí)驗(yàn)方案中，電流強(qiáng)度與電阻、或路端電壓與電阻成非線性關(guān)系，不經(jīng)過(guò)變量轉(zhuǎn)換，無(wú)法得到線性圖像。

學(xué)校教學(xué)的現(xiàn)狀是，多數(shù)學(xué)校只要求學(xué)生按照教材提供的第一種實(shí)驗(yàn)方案去做，這樣的做法留有后患。其一是學(xué)生缺失第二、三種方案的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，有可能導(dǎo)致學(xué)生不會(huì)用電阻箱，因?yàn)閷W(xué)生此前沒(méi)有用過(guò)電阻箱；其二是學(xué)生缺失變量轉(zhuǎn)換的思維訓(xùn)練。

2教學(xué)處理

2.1學(xué)習(xí)理論

根據(jù)美國(guó)學(xué)者、著名的學(xué)習(xí)專家愛(ài)德加·戴爾提出的學(xué)習(xí)金字塔理論，平均學(xué)習(xí)保持率（兩周后保持的比例）與學(xué)習(xí)方式有很大關(guān)系。在聽(tīng)講、閱讀、視聽(tīng)、示范、小組討論、做中學(xué)、教別人共7種學(xué)習(xí)方式中，做中學(xué)的平均保持率為75%，排7種學(xué)習(xí)方式的第二位，因而它是有效學(xué)習(xí)的方式。物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的“根”，學(xué)生缺乏第二、三種方法的體驗(yàn)，也就沒(méi)有了“根”；求真過(guò)程即思維發(fā)展的過(guò)程，思維是物理學(xué)的“魂”，變量轉(zhuǎn)換的思想就是本節(jié)課的“魂”。

2.2教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)定位如下：

（1）經(jīng)歷用電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器測(cè)定U-I值，繪制U-I圖像求E、r值。

（2）經(jīng)歷用電流表和電阻箱測(cè)定I-R值，通過(guò)坐標(biāo)變換繪制1/I-R圖像求E、r值。

（3）經(jīng)歷用電壓表和電阻箱測(cè)定U-R值，通過(guò)坐標(biāo)變換繪制1/U-1/R圖像求E、r值。

2.3實(shí)驗(yàn)器材的選配

電池：R20P/D SIZE/SUM-1/.5V高功率堿性電池（舊）；

電流表：J0407（0-0.6-3A）雙量程電流表；

電壓表：J0408（0-3-15V） 雙量程電壓表；

滑動(dòng)變阻器：D-HD-L20/2；

電阻箱：J2362-1（0-99999Ω）；

電鍵、導(dǎo)線。

2.4實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.4.1電流表電壓表滑動(dòng)變阻器法

[實(shí)驗(yàn)原理]實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示，根據(jù)閉合電流歐姆定律U=E-Ir，只要測(cè)出多組（U、I）數(shù)據(jù)，如表1所示，在坐標(biāo)紙上選取合適的標(biāo)度，畫出U-I直線圖像，U軸上的截距為E值，直線的斜率的絕對(duì)值為r。

圖1實(shí)驗(yàn)電路圖[實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)]（數(shù)據(jù)來(lái)源于學(xué)生實(shí)驗(yàn)）

表1電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器法測(cè)量數(shù)據(jù)U、I

I/A0.0600.0800.1000.1400.1600.2000.2400.260U/V1.151.101.000.850.750.650.500.38[實(shí)驗(yàn)圖象]

利用Excel作圖功能繪制圖如圖2所示，可得電動(dòng)勢(shì)為1.38 V，內(nèi)阻為3.77 Ω（學(xué)生數(shù)據(jù)處理時(shí)通過(guò)描點(diǎn)連線，利用U軸截距求電動(dòng)勢(shì)，利用斜率的絕對(duì)值求內(nèi)阻）。

圖2U-I圖2.4.2電流表電阻箱法

[實(shí)驗(yàn)原理]如圖3所示，根據(jù)閉合電流歐姆定律，E=I（R+r），變量變換1I=1ER+rE，測(cè)出（1I、R）數(shù)據(jù)，如表2所示，繪制1I-R圖像，斜率為電動(dòng)勢(shì)的倒數(shù)K=1/E，截距為內(nèi)阻與電動(dòng)勢(shì)的比值r/E。

圖3實(shí)驗(yàn)電路圖[實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)]（數(shù)據(jù)來(lái)源于學(xué)生實(shí)驗(yàn)）

表2電流表、電阻箱法測(cè)量I數(shù)據(jù)

R/Ω9754321I/A0.1000.1200.1400.1600.1850.2200.2701/I（1/A）10.008.337.146.255.414.553.70[實(shí)驗(yàn)圖象]

利用E-XCEL作圖功能繪制圖如圖4所示，可得電動(dòng)勢(shì)為E=1/0.7773=1.29V，內(nèi)阻為r=3.91 Ω（學(xué)生數(shù)據(jù)處理時(shí)通過(guò)描點(diǎn)連線法）。

圖41/I-R圖2.4.3電壓表電阻箱法

[實(shí)驗(yàn)原理]如圖5所示，根據(jù)閉合電流歐姆定律，E=U+Ur/R，變量變換，1U=rE×1R+1E，測(cè)出（1U、1R）數(shù)據(jù)，如表3所示，繪制1U、1R圖像，斜率為K=r/E，截距為1/E。

圖5實(shí)驗(yàn)電路圖[實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)]（數(shù)據(jù)來(lái)源于學(xué)生實(shí)驗(yàn)）

表3電壓表、電阻箱法測(cè)量R、U數(shù)據(jù)

R/Ω10864211/R（1/Ω）0.100.130.170.250.501.00U/V1.000.900.800.700.500.301/U（1/V）1.001.111.251.432.003.33[實(shí)驗(yàn)圖象]

利用Excel作圖功能繪制圖如圖6所示，可得電動(dòng)勢(shì)為E=1/0.782 5=1.28 V，內(nèi)阻為r=3.24 Ω（學(xué)生數(shù)據(jù)處理時(shí)通過(guò)描點(diǎn)連線法）

圖61U-1R圖3教學(xué)反思

3.1教學(xué)知識(shí)層面

教材是教學(xué)的重要參考資源，新課程指出，教師要從教教材逐漸走向利用教材教，這要求教師既要重視教材的教學(xué)功能，又不拘泥于教材。教師通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)，編制符合學(xué)情的學(xué)歷案，聚焦教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，同樣的一節(jié)課，學(xué)生順利完成了3個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，經(jīng)歷了2次變量轉(zhuǎn)換，3次坐標(biāo)標(biāo)度的選擇，3次描點(diǎn)連線的實(shí)踐，相信學(xué)生會(huì)有更多的體驗(yàn)和收獲。

3.2學(xué)科知識(shí)層面

本節(jié)課得到的3種測(cè)量結(jié)果，也是下一節(jié)分析實(shí)驗(yàn)誤差的重要資源。如圖3所示，測(cè)得的電源內(nèi)阻值（r=3.91 Ω）等于電源內(nèi)阻加安培表電阻，應(yīng)大于真實(shí)值；如圖5所示測(cè)得的電源內(nèi)阻值（r=3.24 Ω）等于伏特表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻的并聯(lián)值，應(yīng)小于真實(shí)值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合理論分析的結(jié)果，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)表明64%的學(xué)生是成功的。

3.3學(xué)生認(rèn)知層面

通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改，教師對(duì)學(xué)生多了一份了解。統(tǒng)計(jì)表明，100%的學(xué)生完成了實(shí)驗(yàn)操作；第一、第二、第三種實(shí)驗(yàn)學(xué)生綜合正確率分別達(dá)到636%、709%、600%。存在的問(wèn)題是12.1%的學(xué)生直圖線不延長(zhǎng)，10.3%的學(xué)生連成曲線，這說(shuō)明學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理的理解不到位；8.5%的學(xué)生坐標(biāo)軸分度不合理，這也是一個(gè)教學(xué)的難點(diǎn)，說(shuō)明今后教學(xué)中要加強(qiáng)相關(guān)的訓(xùn)練。