以问题索引法备写教学设计的案例研究

以问题索引法备写教学设计的案例研究

刘汉江

榆林高新中学 陕西 榆林 719000

摘要：使用问题索引法设计“测量金属的电阻率”实验课，在教学实践中，营造出探究式课堂，不断引发学生思考。

关键词：问题，教学设计

一份优秀的教学设计是教师上好一堂课的关键所在。为了在课堂上引导学生积极思考、充分调动其学习积极性，使课堂教学具有良好的效果，教师在课前备写教学设计时，应当讲究一定的方法策略，笔者尝试采用“问题索引法”进行教学设计的创作。

在高三一轮复习的第九章恒定电流的“测量金属的电阻率”实验中，涉及到许多电学实验的基础知识，包括：电阻定律、伏安法测电阻、电流表的内接法与外接法、滑动变阻器的限流式接法与分压式接法、电表的改装、电学元件的选择等等，知识点庞杂，如何能够以一定的逻辑线索将其串联起来构成一个整体呢？笔者采用了“问题索引法”解决了这一问题。

在课程的开始，我开门见山引出了本节课的主题是：测量金属的电阻率，然后抛出第一个问题：本实验的原理是什么？引导学生由电阻定律推导出 。接着提出第二个问题：本实验需要测量哪些物理量？如何进行测量？引导学生说出“用螺旋测微器测量金属导体的直径”、“用刻度尺测量金属导体的长度”、“用伏安法测量金属导体的电阻”。而用伏安法测电阻时，需要考虑电流表的接法，自然而然地引出了“电流表的内接法与外接法”的问题。然后继续采用问题索引法研究并讲解这一主题。

问题一：采用两种电流表接法测金属电阻时，有没有误差？然后向学生讲解系统误差与偶然误差的区别，并说明这两种接法都存在系统误差。

问题二：两种接法的误差来源分别是什么？首先带领学生假想电压表与电流表都是理想表的情况，然后引导学生思考实际情况下电流表具有较小电阻的情况及电压表具有较大电阻的情况，进而得出误差来源分别是电流表分压与电压表分流的结论，进而写出两种接法所对应的待测电阻测量值，并与待测电阻真实值相比较。

问题三：要想两种接法的误差尽可能小，分别需要满足什么条件？通过分析待测电阻测量值与真实值的关系得出： 尽可能大、 尽可能大。

问题四：实验中应如何选择电流表接法？通过比较与推导得出：当 时，采用内接法，当 时，采用外接法，总结为“大内偏大、小外偏小”。

问题五：如何能够避免此系统误差？经过推导得出：当 或 已知时，系统误差可避免。

为了能够测量多组电压U与电流I的值，需要使用滑动变阻器进行调节，从而改变待测电阻两端的电压及流过待测电阻的电流。故需要考虑滑动变阻器的接法，自然而然地引出了“滑动变阻器限流式接法与分压式接法”的问题。首先画出相应的电路图，同时阐明“限流式接法的本质是将滑动变阻器串联在电路中”、“分压式接法的本质是将滑动变阻器的一部分与待测电阻并联，另一部分串联在电路中”。为了简化问题从而突出重点，将电压表与电流表都看作理想电表，然后继续使用问题索引法进行研究。

问题一：两种电路中，待测电阻 两端的电压调节范围分别为多大？设滑动变阻器的最大阻值为 ,然后使用电路串并联原理，分析推导出：限流式接法中 两端的电压调节范围为 ，分压式接法中 两端的电压调节范围为 ，此即为两种接法的特点。根据两种接法的特点不同，推断出其适用情况也不同。

然后提出问题二：两种滑动变阻器的接法分别适用于什么情况？由于限流式接法结构简单，耗能相对较少，故在电路设计中，通常情况下优先使用限流式接法。所以，当 时，由于在调节滑动变阻器时，可使待测电阻 的电压值发生较明显的变化，故此情形下需使用限流式接法。而当 时，若使用限流式接法，则在调节滑动变阻器时， 的电压值变化不明显，且当 时，滑动变阻器几乎不起作用，故需使用分压式接法。通过调节滑动变阻器滑片的位置而改变 两端的电压，可使其从零开始变化，变化范围较大，故若某实验要求待测电阻的电压或电流测量范围尽可能大，则需使用分压式接法。若在使用限流式接法时，由于滑动变阻器的总阻值不够大，导致电路中的最小电流仍大于电流表的量程，则需使用分压式接法才能够将流过电流表的电流控制在量程范围内。而对于最后一种情况，要想解决问题，还有一种办法是：换用更大量程的电流表。那么，如何把一个小量程的电流表改装成较大量程的电流表呢？就涉及到了电表改装的问题。

首先准备好一个小量程的电流表G，已知其满偏电流 、阻值 。问题一：怎样能够将小量程电流表G改装成一个大量程电流表 ？引导学生思考电路的两种连接方式的特点：串联电路分压、并联电路分流，所以，为了能够增大电路中最大允许通过电流，应当给G并联一个电阻；明确解决措施之后，作出相应的局部电路图。

问题二：若要得到一个量程为 的电流表，应当并联一个阻值多大的定值电阻？根据并联电路电压相等可列式求得，所并联的定值电阻 ，同时可看出,一般情况下 ，即改装电流表需并联一个小电阻。

紧接着提出问题三：若要得到一个更大量程的电流表，需要 增大还是减小？通过分析电路图或表达式，都可以看出，需减小 。

问题四：改装后的电流表阻值为多大？由于电流表G与定值电阻 并联，故电流表 的总阻值为 。

问题五：电流表G能否当作一个电压表使用呢？大部分学生刚开始会认为不能，为了突破学生的这一认知误区，笔者通过画图并分析，说明当把G并联在待测电阻两端时，就能作为一个电压表来使用，只不过需要根据 将表盘上的刻度由电流值改为电压值；同时可以看出，此时的电压表的量程 较小，那么就引出了问题六：能否将此电流表G改装成一个电压表V？答案是肯定的。

问题七：怎样能够将其改装成一个电压表呢？问题八：若要得到一个量程为 的电压表，应当串联一个阻值多大的定值电阻？问题九：若要得到一个更大量程的电压表，需要 增大还是减小？问题十：改装后的电压表阻值为多大？以上四个问题的解决，可类比前述“改装大量程电流表A时的思路”进行。

最后，用一道“测定铜导线的电阻率”实验题进行练习并讲解，包括选电学元件、电流表内接法与外接法、滑动变阻器限流式与分压式、电表改装、实物电路图连线、计算铜导线的电阻率等问题，通过实际应用加深了学生对本节课重难点知识的理解。

使用“问题索引法”备写教学设计并开展教学，能够不断地引发教师与学生的思考，创建一个探究式课堂，能够帮助学生将本部分知识建构成一个系统的、逻辑严密的知识结构体系，增进学生对知识的理解、提升学生对知识的把控与应用能力、提高学生的物理学科核心素养、激发学生更浓厚的物理学习兴趣。