“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验活动的探究式教学设计

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  摘 要:以“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验教学设计为例,通过创设富于探究性和生活化的实验情境,开展了活动探究式教学,让学生亲历知识的建构过程,自然生成物理规律,从而不断提升学生的自主探究能力和发散性思维能力。
  关键词:小组合作;探究;教学设计
  中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2019)1-0028-3
  1 设计思想
  活动探究式教学的本质就是在课堂教学活动中,在教师的科学引导下,学生自主参与、自主探究,充分发挥学生的主体作用,在活动中对观察到的现象进行归纳、整理和分析,亲历概念、规律的建构过程,自然生成概念、规律,使学生的自主学习能力和发散性思维能力得到提升。笔者以“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验探究式教学设计为例,分析通过“活动探究式”的教学策略,包含创设问题情境、学生小组合作实验探究、学生交流展示、教师引导点拨、实验规律自然建构、应用拓展,降低实验探究的难度,培养学生的自主探究能力和发散性思维能力。
  2 教材分析
  该实验是高中阶段重要的电学实验之一,实验便于改编,电路稍加变化,就可变形为一个新的实验,如电阻的测量。通过该实验的探究,引导学生选择电学实验仪器,合理设计电路;通过描绘伏安特性曲线,学会分析图像。同时也为以后做电学实验,特别是设计性的实验埋下伏笔。
  3 学情分析
  1.从知识层面上:学生已学习了欧姆定律,知道伏安特性曲线,掌握了用伏安法测电阻的方法,知道电流表内外接法的选择和滑动变阻器限流式接法,对分压式接法的理解有一定困難。
  2.从能力层面上:学生具有一定的实验技能及操作经验,教师能指导学生根据电路图进行较复杂的实物连接。
  4 教学目的
  1.知识与技能:知道电学实验设计包括仪器的选择、测量电路的选择、电源的选择以及量程的选择;认识分压式电路的连接方法和特点,会画电路图、连接实物图;会描绘伏安特性曲线并能分析其规律。
  2.过程与方法:通过问题,引发学生思考,从而培养学生的思维能力;通过实验,培养学生的实验探究能力、处理实验数据的能力;通过小组合作,培养团结协作能力、语言表达能力。
  3.情感、态度与价值观:通过实验探究得出规律,培养学生尊重科学、尊重事实、从事实中得到规律的精神;培养学生的团队合作能力。
  5 教学重点
  根据问题设计实验方案;理解滑动变阻器分压式接法的特点;小灯泡伏安特性曲线的描绘及曲线变化规律的分析。
  6 教学难点
  理解滑动变阻器的分压式接法。
  7 教学方法
  小组合作学习。
  8 活动过程
  活动一:演示实验,激发学生的探索热情,引入新课。
  教师演示:取一段长约2 cm、额定电压为220 V、额定功率为100 W的灯丝。把灯丝与两节干电池以及额定电压为3.8 V的小灯泡串联起来,如图1所示,闭合电键,灯泡发光并且较亮。现给灯丝加热,学生观察小灯泡的亮度变化情况,小灯泡会变暗,以此激发学生的探索热情。教师顺势引入新课,探究小灯泡的伏安特性曲线。
  活动一的教学设计:简单直观地通过演示实验引入课题,能有效地激发学生的参与度,产生探究小灯泡伏安特性曲线的兴趣。
  活动二:猜想一下小灯泡的伏安特性曲线是什么线,根据所给的器材设计一个方案,验证你的猜想,归纳、总结实验结论。
  学生猜想:该小灯泡的伏安特性曲线可能是什么线呢?
  学生:可能是直线或曲线。
  小组合作讨论:请根据所给的器材设计实验方案,描绘出小灯泡的伏安特性曲线,验证猜想。
  实验器材:小灯泡(3.8 V,0.3 A),电压表(0~3 V~15 V),电流表(0~0.6 A~3 A),滑动变阻器(20 Ω),学生低压直流电源,电键,导线若干。
  学生分组实验:(1)根据电路图连接实物电路;(2)移动滑动变阻器,测量小灯泡在不同电压下的电流,并将U、I值记录在表格内;(3)在坐标纸上描点,画出伏安特性曲线;(4)拆除电路,整理仪器。根据实验步骤,小组合作进行实验探究。
  小组合作讨论,比较两种接法的伏安特性曲线的异同以及分压式接法的优点。
  学生:可以从零开始调节灯泡两端的电压,测电压的范围大。
  教师示范:精选一组数据进行描点,如图6所示。
  小组合作交流,图线的弯曲说明什么?归纳、总结实验结论。
  学生:图线的弯曲说明U增大,I增大,温度升高,R变大。
  结论:实验表明,小灯泡的电阻随温度的升高而增大,故小灯泡的伏安特性曲线(I-U图)应为斜率变小的曲线。
  小组合作交流,为什么前面演示实验中小灯泡会变暗?
  学生:灯丝遇热,温度升高,电阻变大,电流变小,灯泡变暗。
  活动二教学设计:学生经历猜想、自主设计方案、进行实验探究、收集实验数据、描绘伏安特性曲线的探究过程,更容易理解本实验用分压式更好。教师精选一组数据进行描点展示,指导学生规范作图,描点画曲线时不要机械地以点连接画成折线,而应当画成平滑的曲线,舍弃误差较大的点。小组讨论图线的弯曲说明什么?分压式连实物图易错,教学过程中通过多媒体演示,并提醒注意事项。
  活动三:实验的改进及拓展。改进实验:(1)用电压传感器和电流传感器代替指针式电表,如图7所示。
  (2)将电压、电流数据导入Excel表格,利用Excel图表功能作出I-U图,如图8所示;滑动变阻器可以用两个电阻箱替代,通过实验发现示数更稳定,让学生更好地理解分压式接法。
  活动三教学设计:及时有效地把信息技术应用到物理实验中,拓展学生的视野。滑动变阻器被两个电阻箱替代,通过实验发现读数更稳定,让学生能更好地理解分压式接法。
  参考文献:
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  (栏目编辑 邓 磊)
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