铅笔芯驱动的调灯光实验的教学思考

铅笔芯驱动的调灯光实验的教学思考

苏科版课程标准教材《高中物理实验》第九版第64页，采用铅笔芯，对电路中的电流进行连续变化，并提供照明的综合实践活动。2011年，这是对盐商的考试申请的。考试如下。如图1所示是小明制作的1只模拟调光灯.电源电压为3V，小灯泡额定电压为2.5V.闭合开关，回形针在铅笔芯最右端时，灯泡两端的电压为0.6V，流过灯泡的电流为0.1A.向左移动回形针，小灯泡正常发光时，流过灯泡的电流为0.3A.求：（1）小灯泡正常发光时的电阻；（2）回形针在最右端时，铅笔芯接入电路的电阻；（3）小灯泡正常发光时，铅笔芯5min内消耗的电能.面对这道试题，我们引发了如下几点思考.思考1：试题构思及考查功能.整道题有3处巧妙的设计：其一，用回形针在铅笔芯上移动模拟滑动变阻器的触头，构成滑动变阻器与小灯泡等电学元件组成的一个简单的串联电路.其二，两次操作使小灯泡分别在实际电压和额定电压下的两种工作状态现象.其三，3个问题的设计符合新课程教学的理念和要求，新而不难.这道题创设了特定的物理情境，强化基础，难度适中，淡化繁杂的计算，不在计算上为难学生；而是让学生通过对物理实验现象、过程的分析，依据相应的物理公式和规律，运用计算的方式来求解.考查电路中重要的基本概念和基本规律、基本电路、基础公式，既突出重点，又有较好的知识点覆盖率.试题重点向能力和素质方面倾斜，突出审题、获取信息能力的考查；尤其注重综合能力、分析问题和解决问题能力、实验动手能力的考查，显示了开设综合实践课的重要性.思考2：准确解析及品质能力.学生要准确解析这道中考题，应具备知识和能力两个层面的条件.知识层面：学生对知识要有完整的体系，第一，串联电路的特点的运用；第二，滑动变阻器的作用与使用；第三，欧姆定律表达式的理解；第四，额定和实际功率的掌握；第五，电路元件符号的识别.对以上5个方面的知识要融会贯通，全面理解，才能准确解题，否则是非常困难的.能力层面：学生从阅读试题的过程中收集信息，分析处理信息的应用.要解决此题至少要具有正确建立物理模型的品质能力、灵活运用知识迁移的品质能力、逻辑推理过程分析的品质能力.思考3：检测结果及典型错因.此题得分情况统计如下：得2分以下的占33.68%；得0分的占26.62%.从学生答案和考试后接触了解学生的情况来看，存在的主要问题有以下几种：第1种，不能够正确审新颖的题，获取相关的信息，准确列出方程式进行求解.对于第1问，许多学生解出的错误结论.这部分考生是没有能从题意中分析出灯泡的灯丝电阻是随着温度的变化而变化的,误认为灯丝的电阻不变.也可能是不知道小灯泡正常发光时电阻的求法,乱套用的公式进行求解.第2种，不能领会回形针在铅笔芯上移动，实际上就是滑动变阻器的触头的移动，或者是对滑动变阻器不够理解.第3种，不会将题意的实验电路改画为如图2所示的电路图，不会建立电路模型.综上所述，教师要引导学生理解物理学科基础知识的内部联系，培养综合能力，让学生寻找解决问题的方法，以适应学科内综合能力考核的要求.要通过概念的形成、规律的寻求、模型的建立、知识的运用等途径培养学生抽象和概括、分析和综合、推理和判断等思维能力以及科学的语言文字表达能力.还要注意培养学生收集、鉴别、处理信息的能力、获取新知识的能力.思考4：反思推进及探讨研究.第一，要重视综合实践活动内容的开设.综合实践活动应用到初中物理教学，既不是单纯的学科活动，也不是纯粹的操作，而是提高了学生参与学习的广度与深度，重视学生在物理学习中的主观感受和过程体验，并以物理学习兴趣的激发和学生的内在动机与需要的维持为基础，以主动探究、勇于实践为主要特征，从而促进学生的全面发展.如在利用铅笔芯使电路中的电流连续变化的实验中让学生做一做：用小刀将铅笔剖成两半，留下附着铅笔芯的那一部分，如图3所示的方式进行实验.然后，设计以下的4个问题让学生想一想.（1）当M端向左移动时，接入电路中的铅笔芯长度如何变化？电流表的示数如何变化？灯的亮暗如何变化？或当M端向右移动时，接入电路中的铅笔芯长度如何变化？电流表的示数如何变化？灯的亮暗如何变化？（2）这个实验中，引起电流变化的原因是什么？（3）上述活动中改变电灯亮度的方法有什么不足？（4）如何设计一种器件能够方便、连续地调节灯光的亮度？等相关问题.通过上述4个问题的思考，有利于培养学生的发散思维,并增强学生间的互动.第二，要重视实验思想和方法的教与学.在平时教学中应挖掘实验思想，阐明每个实验所运用的思想方法，用实验思想统领物理教与学的全过程.如初中物理《电阻大小因素》的教学可以这样设计：演示小灯亮度不同引发思考（创设产生问题的情境）———研究问题（思考解决问题引发实验设计，进而应用实验思想指导统领实验）———实验（具体落实到应用控制变量的思想，学习实验的方法）———分析实验数据———得出结论.这样就可以把实验思想贯穿于整个教学过程.设计一些简单易行的实验，让学生运用实验思想自行设计实验方案，通过实践体验物理思想的作用，努力培养学生的基本实验素质.比如复习课中，可以设置这样的教学情景：出示调光台灯或收音机，让学生体验回想调光台灯如何使电灯由暗变亮，收音机声音由小变大，都是通过旋纽在起作用.引发学生的求知欲望后,设计如图4所示,每位学生或二人一组把铅笔芯接入A、B两点间,与电流表、电灯、开关组成电路,夹子接头P在铅笔芯AB上从左向右移动,再从右向左移动,让学生观察电流表示数的变化情况,电灯亮暗的变化情况.让学生置身于一目了然的调光灯的情景之中,使学生观察到由于接入电路电阻线长度的变化,引起了电流强度的变化,同时达到了“调光”的目的.同时帮助学生复习了导体的电阻与长度成正比的知识.让学生初探到调光台灯中一定有一个可以变化电阻的元件在起作用,唤起了设计猜想的欲望.第三，要重视习题有效思维训练的教学.平时的训练要到位，选题要适当.在训练过程中要突出学生思维方法、学科能力的培养.教学中要求学生只掌握基本概念和规律是不够的，还必须掌握科学的思维方式.教师在教学中注重并落实学生灵活利用基础知识分析和解决问题的能力，引领学生建立物理模型，较好地使学生在解决问题的过程中真正体会物理思想和科学方法的运用，真正呈现出物理习题教学的能力立意、问题意识、创新精神和综合实践能力的提升等.如在电学复习过程中可以选这样一道题进行训练.如图5（甲）所示，为某小组设计的模拟调光灯电路，选用的电源电压恒为6V，灯泡上标有“3.8V0.4A”字样，变阻器上标有“20Ω1A”字样.（1）求灯泡正常发光时的电阻.（2）求灯泡正常发光时变阻器消耗的电功率.（3）使用中小明发现这个电路存在缺陷，于是他在电路中串联了一个电阻R0，电路如图5（乙）所示.你认为R0在电路中起到了什么作用？其阻值为多大比较合适？这道试题3个问题设定有一定梯度，层次性明显，适合不同的群体学生.第1个问题检测学生对灯泡正常发光含意的理解和应用；第2个问题是在第1个问题的检测基础上，检测学生对串联电路电压分配规律及电功率基本概念的理解和掌握情况；第3个问题对学生的思维能