例解初中物理实验题助力提升学科思维能力

2020-09-14 12:23:19 中学理科园地 2020年4期

罗进桂 方文川

摘   要:实验习题课在培养学生科学思维,巩固和掌握物理学科知识方面有着重要的作用。本文通过物理期末质量抽测的一道实验题为例,探讨在初中物理习题课教学中如何培养学生解决物理问题的科学思维及掌握相关学习物理的方法,有效培养学生的物理核心素养。

关键词:实验习题课;科学思维;核心素养

多年的教学实践,笔者发现,大部分初中生“谈物色变”往往是由于缺乏良好物理学科思维及有效学习方法所致。命题者对考查物理学科思维的青睐,又削弱了学生学好物理的信心。本文以2019~2020学年,漳州市九上物理期末质量抽测(梯度题,有改动)为例,有效分析解题思路,优化习题讲解策略, 助力提升初中学生物理学科思维,以期能让学生轻松面对物理课程,学好物理、爱上物理。

原题再现:在测量小灯泡的电功率的实验中,小灯泡的额定电流为0.3A,所提供的器材有:电流表、电压表、电源(电压U恒为4.5V)、开关各一个,滑动变阻器(“20Ω  1A”)一個,导线若干。

(1)请用笔画线代替导线,将图1中实物电路连接完整。闭合开关前,图1中的滑片P应位于        (选填“左”或“右”)端;闭合开关发现小灯泡不亮,电压表有示数,电流表无示数,原因可能 。

(2)排除故障,闭合开关,移动滑片,当电流表的示数为0.3A时,电压表的示数如图2所示,读数为        V,小灯泡的额定功率为        W。

(3)小红没用电压表,但多用了一个开关,其他器材与上面实验的器材相同,也能测出小灯泡的额定功率。她设计了如图3所示电路图,请你帮她完成实验步骤并写出测定额定功率的表达式。实验步骤如下:

①按图3连接电路;然后只闭合开关S1,移动滑片P,使电流表的示数I1为A;

②再闭合开关S2,滑片P位置(选填“动”或“不动”),记下电流表示数为I2;

③小灯泡的额定功率的表达式为P额=  。(用已知或测量出的物理量符号表示)

1  审题探析:细心为先,联想跟上

1.1  耐心观察,找到“题眼”

在主要字眼的下方画上横线,并由题目中提供的物理量产生联想,激发自己联系所学过的知识,为下一步解题寻找突破口。如本题中的主要字眼:测量小灯泡的电功率、额定电流为0.3A、电压U恒为4.5V。

1.2  细心审题是正确解题之根本,而产生联想是解题之关键

看到测量小灯泡的电功率,联系到课本中测量电功率的两种方法,一种是利用电压表和电流表测量电功率;另一种是利用电能表测量电功和钟表测量时间再计算电功率,看到额定电流为0.3A,想到课本中学到的额定电压、额定电流、额定功率等相关知识。

1.3  从不同的方向、途径和角度进行设想

教师可以把课本中学到的额定电压、额定电流、额定功率等相关知识逐个呈现出来。比如,可以设置这样的一道题目:把一盏额定电流0.3A的小灯泡与阻值5Ω的定值电阻串联在电源为两节新干电池的电路中,小灯泡刚好正常发光,求小灯泡的额定电压及额度功率。教师通过设计这样的一道题把所有知识点串在一起,形成完整知识面;通过这道题,学生可以巩固和掌握很多知识点,了解各知识点之间的内在联系,揭开知识点间的神秘面纱,使知识点融汇贯通。

2  解题揭秘:规律为剑,助力思维

所谓“兵马未动,粮草先行”。培养物理学科思维,首要条件就是要求学生需要掌握课本中的物理概念和规律。

2.1  联系实际,强化物理概念、规律的应用

学生在学习和运用物理知识的过程中,自然而然会联想到所学的物理知识和规律。对物理概念建立,教师要教会学生去结合实际,联系日常生活实践,就如走路想起摩擦力、跑步想到速度、加速度等,从而培养学生建立正确的物理观念。至于物理规律,它是反映事物发生、发展趋势,掌握了规律就能未卜先知。教师应引导学生去发现、掌握规律,培养学生探究性思维、创造性思维。在学生建立正确概念和认识科学规律之后,应及时引导学生用掌握的知识来分析解决生活和社会中的实际问题,强化理论的应用意识。如本题中需要联系到的物理概念是:功率,它表示小灯泡做功快慢的物理量,等于单位时间内所做的功;用电器的额定功率是唯一的,而小灯泡的亮度取决于实际电功率;当通过小灯泡的电流是0.3A时,小灯泡正常发光,这与平时解题遇到的提供额定电压的题型不同。功率计算公式是P=UI、P=、P=、P=I2R,常用单位是kW,国际单位是W。同理,熟记概念公式,对于第(2)小题,答案可以轻松得到是“2.5”和 “0.75”。

2.2  多管齐下,优化解题策略,助力培养学生物理学科思维

2.2.1  图景体验, 启动思维

图象是物理学习中非常重要的一种学习方法,如运动学中的v-t、s-t图象、力学的受力分析图、电学中的电路图等等。文字的描述相对比较抽象,若能把文字变成图象,就会显得更加直观。通过图象化抽象为直观,通俗易懂,便于记忆。例如把第一小题最简单、最基础、最有趣的线路图展示出来,让学生觉得:假如我有这些电子原件,我就能够组装一部电子设备。这样的想象和作图使得物理的学习变得很简单、很好玩、很有趣,能够激发学生答题乐趣,把题目当成有趣的游戏,而不是枯燥的文字图案。笔者发现,物理学得好的同学,比较喜欢作图,反之则不爱作图,甚至是怕作图。作图可以是作物理情景图,也可以是作函数关系图象。如本题中,若能先做出电路原理图,在解题过程中,学生就会条理清楚、思路清晰。

如第(1)小题中,请用笔画线代替导线,将图1中实物电路连接完整。解决本问题时,教师可以根据测量电功率的实验先作出电路原理图4,并且强调对学过的知识的记忆和理解:要测量小灯泡的电功率,电压表必须并联在小灯泡的两端;要选择好量程,本小题中电压表的量程已经选择好了;电流表必须串联在电路中,由题目中“小灯泡的额定电流为0.3A”,可以确定电流表需要选择0~0.6A的量程;滑动变阻器的连接“一上一下”,图中“下”的已经连接在右端,“上”的连接哪边都可以。闭合开关前,图1中的滑片P应位于           (选填“左”或“右”)端;应该填“左”,目的是开关闭合时应使滑动变阻器接入电路的电阻阻值最大,电流最小,起到保护电路的作用。最后根据前面的分析及電路原理图4把图1的实物连线图补画完整,如图5所示。利用本题,可以巩固学生测量电功率的各种方法,也考查电压表、电流表量程的选择,还复习滑动变阻器的连接方法及滑动变阻器的作用。

再者,从题目中的语言描述,构思出身临其境的情景,为大脑提取记忆的路径和线索创造条件、为后面的解题思路创造条件。如结合本题可以构思出这样一幅情景:调节滑动变阻器,当通过小灯泡的电流是0.3A时,小灯泡两端的电压达到额定电压,小灯泡正常发光。实验中的注意事项及操作过程等在记忆中犹如视频般的呈现。

2.2.2  逻辑推理,深化思维

逻辑思维是人们在认识过程中借助于概念、判断、推理等思维形式能动地反映客观现实的理性认识过程[ 1 ] 。培养逻辑思维,有助于学生把复杂问题与对应的关系联系起来。如第(1)小题中“闭合开关发现小灯泡不亮,电压表有示数,电流表无示数,原因可能        。”本小题中的这个问题,需要学生在掌握物理知识的基础上有一定的分析问题的能力。从小灯泡不亮,笔者引导学生判断出属于电路故障的题型;接下来题目中又描述电压表和电流表的示数情况,先看哪个表好?笔者引导学生先看电流表:电流表有示数,可能是短路;电流表无示数,一定是开路。本题中电流表无示数,说明肯定是开路,而电压表有示数,说明“+”“-”电有到电压表的两端,也就是到灯的两端,而灯却不亮,说明开路的位置就是小灯泡。答题中不能只答开路,答题必须准确明了,即答题时应指明是哪个用电器开路或是哪部分开路,故本空格的答案是“小灯泡开路”(或“小灯泡灯丝断了”或“小灯泡与灯座接触不良”)。

因此,教师在教学过程中应指导学生适时地对概念和规律进行分类,使所学的内容化繁为简,重点突出,脉络分明,以便于学生能够进行分析、比较、概括、综合,不断地把疏散的物理概念和规律体系化,在学习的过程中少走弯路。通过这种方法,可以全面加深学生对所学知识的理解,使知识系统化,并灵活应用于解题,培养学生的科学思维能力。

2.2.3  勇于尝试,创新思维

本题中的第(3)小题,把平常题目中“提供电压表和电流表测额定功率”改造为“只告知额定电流并提供电源电压和电流表测额定功率”,题中不提供电压表和定值电阻,更换为增加一个开关。这样器材和设问的改变需要学生在熟悉实验操作、明确电路原理图、掌握测量电功率公式的基础上,对所学知识进行前后联系,并结合串联电路的特点才能正确解题。教师通过创新性地改造新题,开拓了学生解题的思路,使学生学会科学思维,举一反三,从解题逐步迈向解决物理问题。在解题过程中,笔者启发学生在现实生活中,或者以后生产实践中敢于尝试,比如可以通过更换某个电器元件去改变一个电路的功能;或者通过改进电路原理图,达到节省器材,减少能耗的目的;或者通过增加某个电子元件提高电路稳定性……这样通过联系生活实际,展开联想,把所学的物理知识应用到日常的生产和生活当中,培养学生发散思维和创新思维,促进学生物理核心素养的形成。

3  结语

实验习题课不仅是为了复习课堂上的基本知识和解决问题的基本方法,它更是课堂知识点应用和培养学生解题和解决问题能力的延伸。实验习题课不仅是物理知识的呈现、科学探究和科学思维方法的应用,更重要的是通过实验习题课能够培养学生学习物理的兴趣、养成良好的科学思维习惯、促进知识点的融汇贯通。讲好实验习题课有助于培养学生良好的物理学科思维及学习物理的能力,有助于培养学生物理学科的核心素养。

参考文献:

[1]丁京. 数学教学中学生逻辑思维能力的培养[J]. 教学与管理(理论版), 2011 (7): 127-128.