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任務驅動式物理復習教學探討

2022-12-17 02:52胡玉蓮
物理之友 2022年10期
關鍵詞:熱敏電阻歐姆定律溫度計

胡玉蓮

(江蘇省無錫市鳳翔實驗學校,江蘇 無錫 214000)

物理復習教學方式大致可分為兩類:按知識點快進式復習、知識背誦與習題訓練相結合。前者按照教材章節(jié)順序快節(jié)奏、大容量地為學生“炒冷飯”,后者則要求學生機械背誦,再以此為“舟”遨游“題?!?。采用以上兩種方式進行教學,學生缺乏學習主動性,不利于學生知識和能力的進階,也不利于學生科學思維的培養(yǎng)。

任務驅動式教學要求教師整合教學資源,把學生的生活與課堂相結合,確定符合學生認知水平的任務,以任務為驅動,引導學生根據任務目標進行科學探究,在科學探究中培養(yǎng)科學思維,形成物理觀念,提升核心素養(yǎng)。本文以“歐姆定律”復習教學為例,探索任務驅動式教學的實施方略。

1 依據課程標準確定任務

“歐姆定律”單元隸屬于一級主題“能量”、二級主題“電磁能”下的知識內容,屬于“電磁能”單元概念進階的第二層級“電路工作遵循相關規(guī)律”,是在第一層級“電路的結構和連接方式”基礎上的遞進,也是為進階到第三層級“從能量角度認識電源和用電器”打基礎。課程標準對本單元的要求是:知道電壓、電流和電阻;通過實驗,探究電流與電壓、電阻的關系;理解歐姆定律。

本節(jié)課以“設計和制作熱敏電阻溫度計”作為任務,引導學生依次經歷以下環(huán)節(jié):再探歐姆定律、用伏安法測電阻、用特殊方法測電阻、利用DIS研究熱敏電阻特性、設計和制作熱敏電阻溫度計,在實驗探究中將復習教學逐步引向深入,注意對實驗的充分挖掘,精心設計問題鏈,通過實驗探究培養(yǎng)學生的科學思維,促進他們形成物理觀念,在問題解決的過程中實現知識和能力的進階,其教學流程如圖1所示。

圖1

2 任務驅動,引領教學

2.1 創(chuàng)設情境

防控新冠疫情期間,我們每天需要測體溫,學生對于溫度計很熟悉,其中蘊含很多物理知識,本節(jié)課的任務是:設計和制作熱敏電阻溫度計,這個任務把生活中的實際問題與物理教學銜接起來。利用熱敏電阻設疑,引導學生探究電流與電壓、電阻的關系,用Excel作圖分析,以圖像和問題為經緯,促進學生理解物理規(guī)律,提高能力。在實驗中設置問題,隨著問題的展開,幫助學生歸納故障分析的一般方法,提高解決實際問題的能力。將探究的問題逐步引向深入,充分挖掘實驗功能,創(chuàng)設測量大電阻的真實情境,引導學生運用單表法測量大電阻,加深對歐姆定律的理解,拓寬歐姆定律的應用,培養(yǎng)學生的科學思維。利用數字化實驗系統(DIS)研究熱敏電阻的溫度與電阻的關系,設置問題鏈,引導學生設計熱敏電阻的測量電路圖,并對電壓表進行改裝,體驗制作熱敏電阻溫度計的過程。最后,將熱敏電阻換成壓敏電阻、光敏電阻等,設計新的測量工具,讓學生形成模塊化思想,提升學生思維品質。

2.2 任務與問題設置

任務一:再探通電導體的電流與電壓、電阻的關系

熱敏電阻溫度計的核心部件是一個神秘元件,將該元件與燈串聯在電路中,閉合電源開關,燈泡不亮,用酒精燈加熱元件,燈泡發(fā)光。

問題1:以上現象說明該元件電阻值的變化主要受哪個因素的影響?

問題2:電阻的影響因素除了溫度還有哪些?

問題3:若想要探究電流與電壓的關系,電路該如何設計?滑動變阻器的作用是什么?

圖2

圖4

問題1:分析測量10 Ω小組的實驗數據,你能得出什么結論?

問題2:定值電阻的I-U圖線有什么特點?

問題3:僅通過10 Ω小組的數據得出結論,你認為合理嗎?若不合理應該怎么做?

問題4:4條I-U圖線有什么特點?為什么每組得到的I-U圖線的傾斜程度不同?為什么有些點不在直線上?

問題5:通過以上數據,你認為I與R有什么關系?你的依據是什么?

問題6:I-R圖像有什么特點?

任務二:運用伏安法測量電阻

熱敏電阻溫度計的制作原理就是利用歐姆定律,將電表改裝成溫度表。因此,還需要知道熱敏電阻阻值隨溫度變化的特點,這就需要將不同溫度下熱敏電阻的阻值測量出來。

問題1:測量電阻阻值的原理是什么?

教師準備常溫下阻值為200 Ω左右的熱敏電阻,閉合開關,電壓表和電流表示數如圖5所示。

問題2:電壓表示數是多少?電流表示數是多少?

圖5

學生讀出0 A時,教師不要急于否定,可以借此機會培養(yǎng)學生的觀察能力。

問題3:你能否讀出電流表的示數?為什么無法讀出?

設計意圖:回到課前遇到的問題,需要知道熱敏電阻的溫度與阻值關系,需要測量其在不同溫度下的阻值,學生設計了運用伏安法測電阻的電路。連接好電路以后,進行測量,由于常溫下熱敏電阻阻值太大,發(fā)現電壓表有示數且較大,電流表的示數小于最小分度值,利用電流表指針發(fā)生微小偏轉的現象,培養(yǎng)學生的觀察能力,展示真實問題。測量值小于分度值時,讀數無效,在真實情境中提升學生思維品質。

任務三:運用特殊方法測電阻

基于“電流表示數較小無法測量”的實際問題,鼓勵學生設計出多種測量方案,如用“單表法測大電阻”,引導學生靈活應用歐姆定律。開放性強的實驗有助于發(fā)展學生思維,還能充分調動學生的積極性和主動性。

為了拓寬學生視野,提升學生的信息技術素養(yǎng),可以在教學中引入數字化實驗系統(DIS)。[1]將信息技術引入課堂,讓學生體會科技進步帶來的便捷。將溫度傳感器的探頭與熱敏電阻相接觸,電壓、電流、溫度傳感器采集的數據通過數據采集器被傳輸到電腦中(圖6)。教師在DIS中預先設置好與歐姆定律對應的公式,可快速在DIS中計算出在不同溫度下的熱敏電阻阻值,以溫度為橫坐標、以電阻值為縱坐標,可以快速作出熱敏電阻的電阻-溫度圖像(圖7)。

圖7

任務四:設計和制作熱敏電阻溫度計

為節(jié)省時間,教師可以提前制作好半成品熱敏電阻溫度計(圖8)。

圖8

已知該熱敏電阻溫度計所用電源電壓U總=4.5 V、定值電阻阻值R0=100 Ω,為學生提供熱敏電阻的溫度—阻值關系表,設置如下的問題鏈,引導學生經歷設計電路、用熱敏電阻溫度計測量同學體溫等過程,直接測得R0兩端的電壓,算出對應的熱敏電阻RT值,再從表中找出對應的溫度,根據以上思路完成從電壓表刻度到溫度表刻度的轉換。

問題1:U總=4.5 V,利用常溫下為200 Ω的熱敏電阻RT制作溫度計,應該選擇電流表還是電壓表進行溫度表的改裝?

問題2:定值電阻R0與RT是串聯還是并聯?

通過以上問題的討論,學生設計了熱敏電阻溫度計的電路(圖9)。

圖9

問題3:用該熱敏電阻溫度計測量同學腋下體溫,電壓表示數U0為多少?

問題4:根據歐姆定律及串聯分壓知識,與U0相應的RT為多少?再從熱敏電阻的溫度-電阻關系表查得此RT值所對應的溫度。

問題5:結合RT的溫度-電阻關系表思考,當U0=3 V時,RT為多少?對應的溫度為多少?即在電壓表盤3 V刻度處應標注多少攝氏度?

問題6:該溫度表的0 ℃刻度應該怎樣標注?

問題7:如何增大該溫度計的量程和分度值?

問題8:現在我們可以制作熱敏電阻溫度計,如果有力敏電阻、光敏電阻等,你能否制作測力計、光強儀等儀器?

設計意圖:在問題解決的過程中基于知識和經驗分析與思考問題,促進學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。通過精心設置的問題鏈,逐步引導學生實現模型的建構,并且最終服務于生活和生產,通過對熱敏電阻溫度計的設計,為今后的學習打下基礎,提高了學生的動手實驗、理論分析的能力,提升了學生的核心素養(yǎng)。

3 深度反思,促進發(fā)展

3.1 基于教材和學情分析

教學應基于對教材和學情的詳細分析,依據課程標準,提出相應的教學設計思路,從發(fā)展學生核心素養(yǎng)的目標出發(fā),將教學內容作為培育學生核心素養(yǎng)的載體,設計出符合學生認知水平的教學環(huán)節(jié),重視課程的育人價值。

3.2 教學與生活、創(chuàng)新相結合

義務教育階段物理課程應當關注學生學習的生長點,在教學中應當以貼近學生生活的具體事例為引導進行理性思考。筆者以學生熟悉的溫度計為任務驅動,精心設計問題鏈,開發(fā)教學資源,引導學生進行科學探究,重溫歐姆定律。物理教學應體現時代性,加強與社會發(fā)展、科技進步的聯系。在本實驗中利用DIS雖然不能直接顯示阻值,但教師可以在“公式”一欄設置公式,從而得到想要的數據,再利用其作圖功能,即可快速得到物理圖像。因此,教師要注重自身的發(fā)展,以教材實驗為基礎,利用現代教育技術開展物理教學,培養(yǎng)學生的物理學習興趣。

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