在测电阻实验中进行的课堂探究

雷强

物理学是以实验为基础的科学，实验是物理学研究的重要手段，是人类获取直接经验的重要途径。在探究性的实验中，能够实现对学生的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的教育。

用电压表和电流表测电阻的实验，是高中物理最重要的一个电学实验，它综合使用了电压表，电流表，滑动变阻器等电学器材，综合应用了欧姆定律等知识。下面就以此实验为例，探讨在课堂上如何进行探究教学。

一、知识与方法准备

发现问题和提出问题是进行科学探究的前提。因此，在进行科学探究前，学生要有必要的知识与方法准备。在用电压表和电流表测电阻的实验之前，学生已经有了关于欧姆定律，电压表、电流表、滑动变阻器功能方面和通路、开路、短路等等方面的知识准备这些都是使科学探究得以顺利进行的保障。

二、问题的提出

作为一个完整科学探究活动，问题发现和提出应该是学生在日常生活、自然现象或对实验现象的观察中发现并提出。但课堂教学中探究的问题要受到时间和教材内容的限制，这就需要教师在课堂上设计一些学生比较熟悉的情景让学生发现和提出问题。

用电压表和电流表测电阻的实验，是用教材上一道学生熟悉的例题创设问题情景的。教材46页：用电压表测出一段导体两端的电压是7.2V，用电流表测出通过这段导体的电流为0.4A，求这段导体的电阻。在学生口算完结果后，大部分学生通过此例题能够发现一种测量电阻的方法。则测量电阻的方法叫什么？实验原理是什么？怎样设计的实验电路？实验步骤是什么？等问题便会接踵提出。

三、设计实验

设计实验是科学探究过程中的重要环节，它是将探究的问题变成具体的可操作的程序化的内容。

1.确定实验原理

用电压表和电流表测电阻的实验是间接测量，通过计算电阻的例题，使学生能够将计算电阻的一种方法变成一种测电阻的理论根据，是学生对已学习过的物理知识的巩固、深化和应用的过程。对实验原理的处理，我在三个班分别采用了两种办法。第一个班里，由于没有学生能够提出实验原理是什么这个问题，（学生对间接测量的经验有限）只好由教师提出，学生回答，但有的学生还是不清楚为什么要先确定实验原理。在后两个班里，直接让学生设计的实验电路，实验电路设计完之后，再提出这样设计电路的理论根据是什么，使学生体验科学理论对实验的指导作用。

2.设计实验电路

实验电路的设计首先由学生自主完成，为使所有的小组都能够设计出实验电路来，还必须做一些提示，如核心电路是什么？作为电路还必须有那些的必要元件？学生在这些问题的提示和引导下，所有的小组都能够设计出实验电路，但是，只有个别组在电路中加上了滑动变阻器。为使学生最终明白滑动变阻器在实验中起什么作用，这里只要求加上了滑动变阻器，在实验中需要调节滑动变阻器来改变电路中的电流和电阻两端的电压。

3.正确选择实验器材

实验电路设计完成之后，根据电路图确定实验器材就很容易了。

4.确定实验步骤、实验表格

实验步骤是整个实验的核心。是预先根据测量工具和被测量设计好的具体实施实验的顺序。有了实验步骤学生就可以按照顺序进行实验操作，由学生来计划实验步骤是要使学生在实验操作前完成一次心智操作，能够从整体上把握实验的全过程。在实验电路设计完成之后，按照一般电学实验的步骤，应有按照电路图位置摆放元件，从电源正极按电流流向顺次连接各元件，最后将电压表并联在被测电阻两端。这些连接电路的实验步骤学生能够独立完成。最重要的是测量过程的实验步骤，该实验中综合使用了电压表、电流表、滑动变阻器，怎样发挥它们的综合功能？同时用电阻圈代替小灯泡，实验中观察什么？怎么样操作？这些新问题的解决，是通过学生讨论完成的。讨论中有的学生由不会到会，有的学生由会一点儿到全会。在调节滑动变阻器这个问题上，是用电压表示数还是观察电流表示数监测两种意见曾引起一番争论。最后确定测量过程的实验步骤是：闭合开关后，观察电流表示数调节滑动变阻器，使电流表示数为某一整刻度时，再读取电压表示数（这样有利于做除法计算），调节滑动变阻器滑片的位置测量三次。

实验测量出来的数据往往不是一个，多个数据间一定存在着某种关系，这就需要用表格来规范实验测量出来的数据，以便于较直观地发现各个量之间的关系。表格的设计需要给出一般的设计原则，表格中行或列中要分别填写要测量的物理量和测量次数，一般行数要小于列数。本实验中要测量的物理量有三个，测量三次，学生开始时设计的表格是三行三列，只有记录部分的表格。最后才加上表头的一行一列和平均值一列共计是四行五列。

四、进行实验操作

实验操作过程是最能反映学生对实验计划落实情况的过程，也是暴露问题和解决具体问题的过程，也是学生最容易接受教育的过程。例如：实验过程中，有的组电压表有示数电流表无示数，遇到这种情况，在帮助学生排除故障的同时，还要教给学生分析这种故障出现的原因和判断电路故障的方法。这种故障出现的原因多数情况是被测电阻部分出现开路，也可能是电流表被短接。需要先检查被测电阻部分。有的电流表或电压表指针向左偏转，那一定是正负接线柱接反了。有的电流表或电压表指针偏转很小，就要检查电流表或电压表是否用的是大量程。总之，在实验操作过程中暴露和需要解决的问题是最多的。是对学生的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的教育的最佳时机。

五、实验数据处理与分析

本实验的数据处理并不难，根据测量的实验数据各组学生都能独立地计算出三次的电阻值。关键是对实验数据和计算结果的分析，这一点往往不受学生重视。学生总认为实验操作完成了，结果计算出来了，研究过程就该结束了。其实，在整个探究活动中对实验数据和计算结果的分析是探究活动中一个重要环节。因此，教师要通过引导学生对实验数据和计算结果进行分析，使学生认识到实验数据不等于探究的结论，实验数据是对实验事实的客观记录，探究的结论是在数据基础上通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律。本实验中，首先要求学生分析自己的计算结果，要从中发现规律性的问题。有的组三次计算结果相同，新问题是为什么会是相同的？有的组三次计算结果不相同但很接近，新问题是为什么会是不相同的？为什么又很接近？在对问题进行讨论后，学生认识到导体的电阻不随导体两端的电压和通过导体的电流变，导体的电阻只决定于导体的长度、横截面积和材料有关，还要受到温度的影响。三次计算结果很接近，就说明了这一点，三次计算结果不相同，是因为实验中有误差存在，为了减小误差应采用多次测量求平均值方法。在电路中接入滑动变阻器，目的就是为了进行多次测量对计算结果求平均值。同时，对实验数据分析还会发现：被测电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。另外，有的组先对电压和电流求平均值，再用电压和电流的平均值求电阻，通过对这个问题的解决，使学生彻底清楚了只有电阻这样的不变量才能对其求平均值，对电压和电流这样的变量求平均值没有意义。

通过引导学生对实验数据和计算结果进行较深入的分析，使学生找到了自己在探究活动中的一些不足，发现并解决了很多问题，同时，也发现了一些还不能解决的问题，这就为以后进行下一轮探究活动，提供了问题准备，使探究活动能够连续开展下去。

用电压表和电流表测电阻的学生实验，最主要的是，学生在探究活动中得到了锻炼，学生的知识与技能得到了巩固，过程与方法得到了提高、情感态度与价值观都得到了改善。为以后能够自主地进行电阻的串联、电阻的并联、"双伏法"和"双安法"测量电阻、测小灯泡功率等实验探究活动奠定了基础。