剖析学生疑问 培养实践意识 提升实验教学效率
——以“多用电表”实验为例

晏廷飞

广东省中山市东升高级中学(528414)

实验是物理教学中的重要内容，有很多可以培养学生实践意识和提升实践能力的资源可以挖掘。在实验教学中，学生会有很多疑问。这其中的一些疑问是学生的知识储备不够而导致的理解偏差，还有不少是由于学生的实验技能与实验的要求之间存在差距，学生实践较少，学生在理解问题时没有理论联系实际造成的。这些疑问的解决除了需要教师在讲授原理时给学生透彻分析并引导学生积极思考外，还需要多给学生一些实践的机会，让学生从理论到实践，培养学生思考问题时能够理论联系实际，而不仅仅是从理论到理论。下面以“多用电表”为例，分析学生在实验中的疑问对实践意识培养的作用。

1 利用原理的疑问弄清仪器结构的合理性

实验原理是实验教学的重点，也是难点。学生要是对实验原理理解不透彻，会导致实验的后续教学出现很多困惑。实验教学首先应该理顺实验原理的逻辑，把实验原理及其逻辑关系讲解透彻。在实验原理部分，学生的一些疑问就是没有联系实际弄清仪器结构的合理性而导致，引导学生分析这类疑问对培养实践意识大有好处。在“多用电表”实验中，学生在理解实验原理部分产生的典型疑问有如下两个。

疑问1：将灵敏电流计改成电压表时，只要串联一个阻值合适的电阻就可以了，但是图1中S接3或4时，为何不去掉改装电流表时的电阻R1、R2？

学生的疑问听起来的确很有道理，按照前面学生学习的串并联的知识，把电流表改装成电压表只要串联一个大电阻即可，选择电压档时，电阻R1、R2是多余的，而且还增添计算的麻烦，看起来得不偿失。实际上真的是这样吗？为此，可以引导学生如下思考。

思考1：假如为了改装表的时候计算方便，选择了电压档、电阻档就要将R1、R2去掉，图1应该怎样画。

学生：应该在表头和R2之间加一个开关。

思考2：表头和R2之间加一个开关，会带来什么问题呢？(可以引导学生从多用电表的制作、使用等方面思考)

学生：需要给多用电表多做一个开关，操作时如果选择的是电流档，闭合表头和R2之间的开关，如果是电压档、电阻档，开关断开。

思考3：很好，如果真是这样，在使用多用电表的时候会是一种什么样的体验呢？

学生：多了一个开关，操作麻烦，制造多用电表也麻烦。

思考4：除了操作、制造麻烦，多加一个开关还会有别的“麻烦”吗？

学生：增加了成本。

思考5：很好，考虑得很周到，多加一个开关还会有别的“麻烦”吗？请再考虑一下。

学生：保留R1、R2，由于并联分流，可以对表头起到保护作用。

疑问2：多用电表欧姆档为何自带电源？

产生这样的疑问，根源在于学生使用多用电表次数太少，为此有必要给学生详细分析原理，并让学生练习使用多用电表来测电压、电流、电阻，理论分析加上实践操作，疑问自然消除。可引导学生思考如下。

思考1：多用电表测电阻时，能像电压档、电流档一样，让表之外的电路中的电流流过表头产生读数吗？

学生：不能，因为欧姆档测电阻，电阻不能提供电压、电流。

思考2：欧姆表能不能不要内置电源，测量的电阻接入通电的电路，带电测量阻值？

学生：如果这样其本质就是一块电压表。虽然利用闭合电路的欧姆定律也可以计算出每一读数对应的电阻值，但是在不同的电路中被测电阻电压不一样，计算会非常麻烦，如果测一次算一次，且存在无法调零的可能性，这个表就没有存在的必要。

通过上述思考，可让学生明白有些事情并不是理论上的想当然，理论要联系实际，要多方面综合考虑。在电压档、电阻档保留了R1、R2，虽然在设计多用电表时，计算麻烦，但是这样做可以节约成本、简化实验操作，还可以保护表头，提高多用电表能通过的电流值。多用电表内置电源是为了让表头有读数，也是为了能够方便、快捷的测量。

2 利用仪器外形的疑问深化原理的理解

实验教学中，首先要让学生对实验仪器的结构、外形作初步了解后，再熟悉其使用规则、注意事项等。学生看到实验仪器的外形时，出于好奇，会对仪器产生一些疑问。能够通过观察仪器，产生疑问，说明学生积极思考，而且具有较强的观察能力。引导学生搞清楚为什么要把仪器做成这样，不仅有利于学生理解实验原理，更能帮助学生更好使用仪器。学生观察多用电表时，会产生如下疑问。

疑问：多用电表欧姆档的表盘刻度为什么不均匀？为什么欧姆档的表盘刻度值从右向左依次增大？为什么越往左越密？

学生产生这一疑问的根源在于没有透彻理解实验原理，或者对实验原理一知半解。可引导学生作如下思考。

思考1：在图1中，设G表与R1、R2并联等效电阻为R并，当S接入欧姆档时，推导电流与被测电阻的函数关系式。

思考2：由上式可知被测电阻Rx与电流I是一一对应关系，可以将电流与电阻值换算后，在表盘上标出来，方便直接读数。二者是线性关系吗？如不是线性关系，表盘会均匀吗？

学生：二者不是线性关系，故而表盘刻度不均匀。

思考3：由上式可得被测电阻越大，流过表头的电流越小，表头上的零刻线(0 Ω)应该标在左边还是右边？

学生：0 Ω在右边，左边是无穷大，从右往左值越来越大。

思考4：请从上式分析被测电阻阻值变化对电流变化的影响程度，被测电阻较小时，阻值变化对电流变化的影响如何？被测电阻阻值较大时，被测电阻阻值变化对电流变化的影响又如何？

学生：当被测电阻较小时，其阻值的变化对电流变化影响较大，指针偏转角度变化明显，刻度间隙大；当被测电阻阻值较大时，电流很小且电流变化受被测电阻阻值影响较小，表盘刻度间隙小。

搞清楚为什么要把仪器做成这样，而不是另外的样子，对学生理解原理和使用仪器都有很大帮助，可以促进学生理论联系实际，更好、更熟练使用仪器，提升动手实践能力。

3 由实验操作的疑问弄透实验步骤的逻辑

实验操作是实验教学的重点、难点，学生经常会将实验中的操作顺序记混、记反，经常忘记实验操作中的注意事项，导致操作失误，实验失败。实验操作环节，对学生要求高，难度大，疑问多。帮助学生梳理这些疑问，给学生进行释疑，学生能更好理解每一个实验操作背后的逻辑，每一个注意事项要求的道理何在，这不仅能提升对实验原理的理解，更能提升学生的实验操作水平。使用多用电表测电阻时，学生疑问如下。

疑问：为什么每次换量程都要进行欧姆调零？为什么要断电测量？为什么测量时两手不能同时接触两表笔的金属杆？

欧姆调零、断电测量、两手不能同时接触两表笔金属杆都是多用电表测电阻时非常重要的细节。这些要求如果只是让学生简单识记，学生未必能够长时间记忆，教学效果不好。需要教师从如下引导学生思考，破除学生的疑问，理解上述实验操作要求背后的逻辑。

思考1：多用电表只有一个测量端吗？

学生：观察多用电表后得出其有多个测量端。

思考2：不同的测量端有什么不同？

学生：倍率不同，×1、×10、×100、×1 K等。

思考3：不同的倍率档位，对应图1中哪个电阻不同？

学生：R5不同。

思考4：如果R5不同，还能保证没有接入被测电阻Rx时，两表笔短接时电流满偏吗(读数为0 Ω)？

学生：不能。

思考5：为了解决这一问题，在电路中加了一个可变电阻R6，现在清楚R6的作用吗？

学生：调节电路中总电阻，使得两表笔短接时，电流满偏，指针指到0 Ω。

思考6：测量电阻如果和电表外的电源连接，会导致什么后果？

学生：外面电源的电流会影响多用电表的读数，导致测量错误，甚至烧毁多用电表。

思考7：测量时如果两手同时触碰到金属杆，会有什么影响？

学生：读数是被测电阻和测量者并联后的等效电阻。

实验操作是学生亲身实践，提升学生学习体验的好机会。引导学生思考，破解学生的疑问，让学生知其然还知其所以然，可以提升学生动手实践能力，提高实验成功率，增强学生学习的积极体验。

4 使用读数规则的疑问提升使用仪器的能力

实验中需要从仪器上获取测量数据。不同的仪器有不同的读数规则，正确理解并记熟这些规则才能获取正确的测量数据，顺利完成实验，提升实验教学效率。学生在理解规则时，往往也会产生各种疑问，搞清楚为何要这样读数，可以升华对实验原理的理解，促进学生更好地使用仪器，将规则运用到实际操作中。多用电表测电阻读数时学生疑问如下。

疑问：为何不需要估读？为何要求指针在表盘中央附近才准确？

学生这一疑问主要是对多用电表测电阻的定位不清楚，对多用电表原理理解还有欠缺，还是要从理论的视角分析问题。为此可以引导学生如下思考。

思考1：多用电表测电阻能测准吗？

学生：不能，仪器测量都有误差。

思考2：不错，是测不准，但多用电表测电阻准确性更差，这是为什么？

学生1：见过一些习题中提到“用多用电表粗测电阻”。

学生2：表盘刻度不均匀。

思考3：没错，多用电表只能粗测电阻。因为表盘刻度不均匀，表盘刻度标示可能都不准确，读数自然不准确了，既然不准就没有必要估读，因为估读没有意义。既然是粗测，测不准，为何还要测？

学生：粗测之后，方便用伏安法精测时，选择电压表、电流表的量程和内外接法。

思考4：测电阻时，为何要求指针指到表盘中央附近呢？

学生：表盘刻度右侧间隔太大，左侧太密，中央附近比较适中，读数相对准确。

通过上述思考，学生可以明白，多用电表为何不用估读，指针偏转过小、过大都需要换倍率。也理解了每一个倍率的量程都是0到∞，只有中值电阻附近测量值才相对准确。