既在意料之外又在情理之中

摘要：“探究电流与电压、电阻的关系”是《义务教育物理课程标准》中列举的20个学生必做实验之一，也一直是各类测试的热点.教师在教学过程中如何指导学生探究，试题命制的考察点究竟在哪里，值得每一位一线教师去深入思考和实践.

关键词：实验探究;定量计算;操作规范

作者简介：何亚军（1982-），男，江苏泰州人，本科，中学一级教师，研究方向：中学物理教学及评价.1 问题来源

义务教育《物理课程标准（2011版） 》对“欧姆定律”知识的相关要求见表1：

课标要求学生通过实验理解欧姆定律，属于较高层次的认知水平.“探究电流与电压、电阻的关系”也是《课程标准》中列举的20個学生必做实验之一[1].依据课标，对标教学，必须借助实验探究帮助学生建立相关概念，得出公式;能够运用公式进行定量计算;形成物理观念并用之解决实际问题.“探究电流与电压、电阻的关系”是学生建立概念形成物理观念的实验载体，也是各类测试中考查学生思维品质和实验操作能力的思维载体，对该实验的考查往往具有区分度较大，综合性较强的特点.

笔者在命制我区2019年初三物理二模试卷时，在填空题最后一题设置了一道“探究电压一定时，电流与电阻的关系”的实验探究题.初步设想，考查学生的综合分析能力、数据处理能力及实验操作的规范性，得分率控制在40%左右.

2原题呈现

在探究“通过导体中的电流与电阻之间的关系”实验中.实验器材：电源（4.5V）、电流表（0-0.6A）、 电压表（0-3V）、三个定值电阻（R1=5Ω、R2=10Ω、R3=20Ω、），滑动变阻器R′（30Ω 1A）.如图1所示，当在a、b两点间接入定值电阻R1，闭合开关，移动滑片P，使电压表示数为2.5V，读出电流表的示数.断开开关，将R1换成R2后，再次闭合开关，观察到的现象是  ▲ ，接下来的操作是 ▲ .

3试题解析

本题考查点：（1）分析动态电路，利用公式进行定量计算;（2）实验操作的规范性.

笔者给出的参考答案是“观察到的现象：电压表的示数超过量程;接下来的操作是：立即断开开关，将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，闭合开关，慢慢改变变阻器的阻值，使电压表的示数为2.5V.”

本题需要学生依据定值电阻的阻值变化，进行定量分析.当R1=5Ω时，要使U1=2.5V，依据分压原理，此时R′=4Ω;依据题意，将R1换成R2，在不改变R′阻值的前提下闭合开关，此时定值电阻两端的电压U2=3.21V，超出了电压表的量程.为何会出现电压表示数超量程的情况？究其原因，实验操作不规范.该实验中，每次更换定值电阻前，需将开关断开，滑动变阻器滑片移到阻值最大处;定值电阻更换完毕，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使定值电阻两端电压保持设定值不变.

4批阅结果

批阅结果大大出乎意料，得分率不到10%.学生的答案主要如下：“观察到的现象：电压表示数变大，电流表示数变小;进行的操作：向右移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数保持2.5V不变.”这显然不符合电路连接的基本规范.

5原因分析

分析学生的答案，其本质原因是：（1）忽略了定量计算，停留在表象观察，缺乏物理思维;（2）缺乏规范操作的意识.

原因何在？相当多的教师在进行第一课时“欧姆定律”的教学时忽略了学生的主体参与，在进行实验设计时，为了使实验“顺利完成”，直接规约了定值电阻R1两端电压为教师依据自身已有知识计算出的某一特定值（如3V），这样学生在实验时依据教师给定的电压值进行实验.实验过程中，只需连续改变滑动变阻器的阻值，即可完成实验.并不会出现上题中出现的更换R1后电压表的示数超出量程的现象.某些教师还会关照学生“留意当定值电阻的阻值变大时，滑动变阻器的阻值应如何变化才能使定值电阻两端的电压保持不变，将你的操作记录下来”.

在进行下节新课“欧姆定律的应用”授课时，教师引导学生进行数学分析.上述实验中滑动变阻器阻值变化时，依据分压原理，当R1阻值增大时，R1两端电压减小，为了控制R1两端电压不变，需要使滑动变阻器的阻值增大;当R1阻值减小时，R1两端电压减小，为了控制R1两端电压不变，需要使滑动变阻器的阻值减小.与学生在实验时的操作一致.由此总结出口诀“定值电阻与滑动变阻器的阻值同大、同小”，并让学生熟记.学生在遇到后续的练习和单元检测时，无须分析，只需运用口诀，轻松得分，皆大欢喜.

殊不知，如此做法对学生思维品质的提升危害甚大.学生并没有真正参与到实验探究过程中，只是简单地重复了教师规定的实验步骤，缺乏理性思考，也忽略了对学生操作规范性的指导，是一种伪探究，将理性的物理分析变成了简单的口诀记忆.

6同类问题

笔者查阅多地模拟试卷也有类似考查.如某地的中考模拟试卷对该实验的考查节选如下：如图2甲是小明同学探究“一段电路中的电流跟电阻的关系”实验电路图.（电源三节新干电池）

（1）根据图2甲，用铅笔连线将乙图的实物图连接完整.

（2）连接电路时，开关应断开，如图2乙所示，闭合开关前应将的滑动变阻器滑片应调到在最右端.图2丙电流表的示数为 ▲ A.

（3）在研究电流与电阻关系实验时，晓雯先将5Ω和10Ω的定值电阻分别接在A.B两点之间，闭合开关调节滑动变阻器滑片得到两组实验数据记录在下表;然后她又将A.B两点的电阻更换为15Ω，闭合开关，如图乙，此时应向 ▲ （选填“左”或“右”）调节滑片，直到电压表的示数等于3V，并把数据记入表2.

（4）根据表2中实验数据，可得出电流跟电阻的关系为： ▲ .

（5）在本实验中选取的滑动变阻器的最大阻值应该不小于 ▲ Ω.

本题第（3）问即是考查“电压一定时，电流与电阻的关系”，要求学生回答如何保证定值电阻两端电压不变.某学科网站给出的解答是：“根据串联分压原理可知，将定值电阻改接成15Ω的电阻，电阻增大，其分得的电压增大;探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，应保持电阻两端的电压不变，根据串联电路电压的规律可知应增大滑动变阻器分得的电压，由分压原理，应增大滑动变阻器连入电路中的电阻，所以滑片应向右端移动，直到电压表的示数等于3V.”显然，网站给出的解答是不完整的，也缺乏了定量计算和规范操作的意识.

可以看出，大多数教师在对该问题的理解上也是存在误区的，甚至在批卷过程中有教师提出这样的疑问“这题情景设计有问题，闭合开关前没把变阻器调到最大阻值处，闭合开关，等电压表烧掉了再去移变阻器滑片，对学生的实验操作习惯养成有负作用.”如果教师在学生进行初次探究时在重视对学生操作的规范性指导的前提下，充分放手，不是设置特定电压，而是让学生自主设计实验方案，进行探究.学生在初次实验时就会发现电表示数超量程的问题，此时教师若能及时带领学生进行分析，应该不会出现上述问题.如此看来，学生的作答似乎又在情理之中.

7教学建议

目前的物理教学中普遍存在着“实验基本靠想，结论基本靠背”的做法.教师自身对实验探究的重要性存在认知差别，不但不重视学生的科学探究体验，更不重视自身实验素养的提升.2017版《普通高中课程标准》对科学探究提出了更为明确的定义——“科学探究”是指基于观察和实验提出问题、形成猜想和假设、设计实验与制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力[2].从学生的认知规律看，掌握物理知识必须经历：观察现象、发现问题、提出猜想、实验验证、分析论证、得出结论、综合运用.让学生真正经历实验探究过程，在探究过程中学习科学知识提高分析问题及解决问题的能力，这样才能使学生的思维品质和物理素养得到更好地发展.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2011.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017.

[3]李晶.北京中考物理“实验与探究题”的命题与备考分析——以2016年试题为例[J].中学物理，2016，34（22）：92-94.

[4]王晶.细节决定分数——中考物理实验探究题有感[J].中学物理，2013，31（08）：91.

（收稿日期：2019-05-30）