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【摘要】本文基于课堂上学生对滑动变阻器分压式接法几种方案的质疑，引导学生用实践检验猜想。当学生在实验操作中发现问题时再结合理论分析，借助函数图像清晰地解释了分压式接法的几种方案的优劣。从发现问题——提出猜想——实验验证——理论分析——总结评价等环实践了了物理学科核心素养的培养。
【关键词】高中物理 实验探究 核心素养 物理学习内化
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）26-0082-02
物理学科核心素养的提出，既凸显出物理学科的本质，又抓住了学科教育的根本，因此具有重要的育人价值。于是，基于核心素养理念下的课堂教学改革在全国各地掀起了一股学习热潮。
高中物理教科书依据物理核心素养的要求来选择和组织内容，有效促进学生物理核心素养的达成。如注重选择与物质、运动、相互作用及能量等相关的核心内容，帮助学生从物理学视角认识自然、理解自然，形成物理观念；注重选择与学生“建模、推理、论证、创新”等能力培养有关的内容，培养学生的科学思维能力；注重从科学探究的视角选择内容，培养学生的科学探究能力；注重从情感态度价值观的视角选择内容，培养学生的科学态度与责任感。
作為一种探索和实践，本文在此试图以《描绘小灯泡伏安特性曲线》实验教学为例，谈谈笔者在实际教学中对如何实现科学探究能力的培养所做的一些尝试。
一、坚持问题导向，形成探究素养
在伏安法测电阻的教学过程中，描绘小灯泡伏安特性曲线的实验设计、器材选择以及规范操作，特别是其中涉及到的电路设计，一直是电学实验教学中的一个难点问题。笔者将本节课设计成：提出科学问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思。案例如下：
一只灯泡的额定电压为2.5V，额定电流约为0.3A，选用下列实验器材设计实验，尽可能准确的描绘出小灯泡完整的伏安特性曲线，请设计出最合理的实验电路图。
A.电源E：电动势为3.0V，内阻不计；
B.电压表V：量程为3V，内阻约为1；
C.电流表A：量程为0.6A，内阻约为0.6；
D.滑动变阻器R：最大阻值l0Ω，额定电流0.6A；
E.开关S，导线若干。
因小灯泡的内阻比较小，电压表的内阻比较大，测量时电压表的分流影响不大，所以电流表外接。为了描绘小灯泡完整的伏安特性曲线，要求小灯泡两端的电压从零开始逐渐变化到额定电压，所以滑动变阻器应该采用分压式接法。
在课堂教学过程中要求同学为实验设计电路时，电流表外接没有争议，但在滑动变阻器的接法上出现了三种不同的接法，如图1、图2、图3所示。同学认为三种电路都满足小灯泡两端电压从零开始逐渐增大到额定电压，都满足实验要求。从电路图上看，不难发现，图2、图3所示的电路，当滑片置于最左端时电源处于短路状态，这是不允许的。为了保护电源，后两种方案将无法取得小灯泡两端的电压为零的数据以及较低电压范围的数据。所以后两种方案是不可取的。由于笔者没有用同学设计的后两种方案做过实验，单从电路图上也看不出三种方案的区别。
二、尊重实验事实，发展探究能力
笔者带领学生根据各自设计的实验电路图进行实验。以E、r、R、RL分别表示电源电动势、电源内阻、滑动变阻器的最大阻值以及小灯泡的内阻，k表示滑动变阻器左端的部分所占比例。U1、U2、U3分别表示小灯泡所在支路的电压，根据闭合电路欧姆定律，可得三个方案下电压与k的函数关系式分别为（1）、（2）、（3）式如下所示。
（1）
（2）
（3）
函数关系式比较复杂，无法从关系式中简单比较出三种方案的优劣。实验时，电源为两节干电池（3V，内阻取1Ω），小灯泡（2.5V，0.3A），RL约为8.3Ω，滑动变阻器R=20Ω。将数据代入（1）、（2）、（3）得（4）、（5）、（6）式。
（1）
（2）
（3）
借助作图工具，分别作出U1、U2、U3与k的函数图像，取自变量的定义域为[0，1]，图像如图4所示。从函数图像中可以清晰看出当滑动变阻器的滑片均匀移动时，U1呈较趋于线性关系接近均匀变化；U2、U3前段变化太快而后段变化较缓慢。也就是说，三种方案中方案一能方便地均匀取得零到小灯泡额定电压范围内的各个电压值，而方案二和方案三零附近和额定电压附近较难均匀测得多组电压值。
三、经历探究过程，掌握探究方法
结合函数图像的理论分析完成后，同学从理论上理解了之前实验中移动滑片时电压表的读数不均匀变化的原因。接着，笔者请同学用方案一完成实验，实验过程中感受与之前方案的区别，从而更加加深对三种方案优劣的认同感。
通过实验的探究过程，培养学生具有科学探究意识，能在学习和日常生活中发现问题、提出合理猜测与假设；具有设计探究方案和获取证据的能力，能正确实施探究方案，使用科技手段和方法收集信息；具有交流与合作的意愿与能力，能准确表述、评估和反思探究过程与结果，掌握探究方法。
四、评价与分析
物理学科核心素养中的实验探究的能力是指提出物理问题，并形成猜想和假设，获取、处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。教师基于学生的疑问引导学生进行实验，在实验中（下转176页）（上接82页）检验猜想是否成立。当学生实验过程中移动滑动变阻器的滑片发现电压的变化不均匀时再次回到理论，用闭合电路欧姆定律推导出电压和滑动变阻器滑动比例的函数关系式并借助函数图像清晰地展示了三种方案的优劣。从发现问题——提出猜想——实验验证——理论分析——总结评价等步骤完成了整个问题的探究，有助于提高学生分析问题、解决问题的能力，落实培养学生的物理学科核心素养。
参考文献：
[1]彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理，2016（02）：1-2.
[2]普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1 [M].人民教育出版社.2010年4月第三版.
[3]张怀华.描绘小灯泡伏安特性曲线实验中的电路设计[J].物理教学，2011（09）：25-29 .
【关键词】高中物理 实验探究 核心素养 物理学习内化
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）26-0082-02
物理学科核心素养的提出，既凸显出物理学科的本质，又抓住了学科教育的根本，因此具有重要的育人价值。于是，基于核心素养理念下的课堂教学改革在全国各地掀起了一股学习热潮。
高中物理教科书依据物理核心素养的要求来选择和组织内容，有效促进学生物理核心素养的达成。如注重选择与物质、运动、相互作用及能量等相关的核心内容，帮助学生从物理学视角认识自然、理解自然，形成物理观念；注重选择与学生“建模、推理、论证、创新”等能力培养有关的内容，培养学生的科学思维能力；注重从科学探究的视角选择内容，培养学生的科学探究能力；注重从情感态度价值观的视角选择内容，培养学生的科学态度与责任感。
作為一种探索和实践，本文在此试图以《描绘小灯泡伏安特性曲线》实验教学为例，谈谈笔者在实际教学中对如何实现科学探究能力的培养所做的一些尝试。
一、坚持问题导向，形成探究素养
在伏安法测电阻的教学过程中，描绘小灯泡伏安特性曲线的实验设计、器材选择以及规范操作，特别是其中涉及到的电路设计，一直是电学实验教学中的一个难点问题。笔者将本节课设计成：提出科学问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思。案例如下：
一只灯泡的额定电压为2.5V，额定电流约为0.3A，选用下列实验器材设计实验，尽可能准确的描绘出小灯泡完整的伏安特性曲线，请设计出最合理的实验电路图。
A.电源E：电动势为3.0V，内阻不计；
B.电压表V：量程为3V，内阻约为1；
C.电流表A：量程为0.6A，内阻约为0.6；
D.滑动变阻器R：最大阻值l0Ω，额定电流0.6A；
E.开关S，导线若干。
因小灯泡的内阻比较小，电压表的内阻比较大，测量时电压表的分流影响不大，所以电流表外接。为了描绘小灯泡完整的伏安特性曲线，要求小灯泡两端的电压从零开始逐渐变化到额定电压，所以滑动变阻器应该采用分压式接法。
在课堂教学过程中要求同学为实验设计电路时，电流表外接没有争议，但在滑动变阻器的接法上出现了三种不同的接法，如图1、图2、图3所示。同学认为三种电路都满足小灯泡两端电压从零开始逐渐增大到额定电压，都满足实验要求。从电路图上看，不难发现，图2、图3所示的电路，当滑片置于最左端时电源处于短路状态，这是不允许的。为了保护电源，后两种方案将无法取得小灯泡两端的电压为零的数据以及较低电压范围的数据。所以后两种方案是不可取的。由于笔者没有用同学设计的后两种方案做过实验，单从电路图上也看不出三种方案的区别。
二、尊重实验事实，发展探究能力
笔者带领学生根据各自设计的实验电路图进行实验。以E、r、R、RL分别表示电源电动势、电源内阻、滑动变阻器的最大阻值以及小灯泡的内阻，k表示滑动变阻器左端的部分所占比例。U1、U2、U3分别表示小灯泡所在支路的电压，根据闭合电路欧姆定律，可得三个方案下电压与k的函数关系式分别为（1）、（2）、（3）式如下所示。
（1）
（2）
（3）
函数关系式比较复杂，无法从关系式中简单比较出三种方案的优劣。实验时，电源为两节干电池（3V，内阻取1Ω），小灯泡（2.5V，0.3A），RL约为8.3Ω，滑动变阻器R=20Ω。将数据代入（1）、（2）、（3）得（4）、（5）、（6）式。
（1）
（2）
（3）
借助作图工具，分别作出U1、U2、U3与k的函数图像，取自变量的定义域为[0，1]，图像如图4所示。从函数图像中可以清晰看出当滑动变阻器的滑片均匀移动时，U1呈较趋于线性关系接近均匀变化；U2、U3前段变化太快而后段变化较缓慢。也就是说，三种方案中方案一能方便地均匀取得零到小灯泡额定电压范围内的各个电压值，而方案二和方案三零附近和额定电压附近较难均匀测得多组电压值。
三、经历探究过程，掌握探究方法
结合函数图像的理论分析完成后，同学从理论上理解了之前实验中移动滑片时电压表的读数不均匀变化的原因。接着，笔者请同学用方案一完成实验，实验过程中感受与之前方案的区别，从而更加加深对三种方案优劣的认同感。
通过实验的探究过程，培养学生具有科学探究意识，能在学习和日常生活中发现问题、提出合理猜测与假设；具有设计探究方案和获取证据的能力，能正确实施探究方案，使用科技手段和方法收集信息；具有交流与合作的意愿与能力，能准确表述、评估和反思探究过程与结果，掌握探究方法。
四、评价与分析
物理学科核心素养中的实验探究的能力是指提出物理问题，并形成猜想和假设，获取、处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。教师基于学生的疑问引导学生进行实验，在实验中（下转176页）（上接82页）检验猜想是否成立。当学生实验过程中移动滑动变阻器的滑片发现电压的变化不均匀时再次回到理论，用闭合电路欧姆定律推导出电压和滑动变阻器滑动比例的函数关系式并借助函数图像清晰地展示了三种方案的优劣。从发现问题——提出猜想——实验验证——理论分析——总结评价等步骤完成了整个问题的探究，有助于提高学生分析问题、解决问题的能力，落实培养学生的物理学科核心素养。
参考文献：
[1]彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理，2016（02）：1-2.
[2]普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1 [M].人民教育出版社.2010年4月第三版.
[3]张怀华.描绘小灯泡伏安特性曲线实验中的电路设计[J].物理教学，2011（09）：25-29 .