用哲学的观点认识电表

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  物理教学不仅是传授知识,更重要是以知识为载体,培养学生认识客观世界的思想方法和能力.如何在教学过程中了无痕迹的渗透物理思想和方法的教育,收到润物细无声的效果,极具挑战性,笔者就此做了有益尝试.现以人教版高中物理教材选修3-1中“改装电压表和电流表”为例,讲述笔者的做法,与同行商榷.
  环节一认识电流计,了解整体和局部的关系
  灵敏电流计(整体)主要由导线圈、极靴、指针和刻度盘等(局部)组成,各部分承担不同角色,之间又相互联系.为了让学生能用“整体和局部关系”的思想认识灵敏电流计各局部间的作用和联系,笔者设计如下教学过程.
  师:(出示演示灵敏电流计)这是灵敏电流计,指针指示的刻度就表示通过的电流大小.但是灵敏电流计允许通过的电流很小,指针指在最大刻度上表示通过的电流最大为1 mA,叫做满偏电流Ig.
  师:能否将灵敏电流计直接接到如图1的电源正极A和负极B之间?
  (注:图1中虚线内为课前连接好的电路,电源电动势为1.5 V,滑动变阻器总阻值选R=5 Ω,灵敏电流计内阻Rg约为100 Ω左右.课前调整好触点,使灵敏电流计指针指在中间)
  生1:不能;
  生2:只能串联在电路中;
  生3:直接接到A、B间,电流很大,会被烧坏.
  师:为什么?
  大部分学生:电阻是零.
  从学生课堂反应可以看出,他们对初中所学的“灵敏电流计或电流表的电阻为零”深信不疑,这是学习本节课内容的障碍,也是本课要突破的难点之一.
  师:把电流计接到A、B间试一试,是否出现你预测的现象?
  然后教师故作谨慎状将灵敏电流计两端分别与A、B连接又迅速断开,指针偏转一定角度后复零.
  师:电流计可以直接接到电源上!
  同时连接电路如图2,让学生读出示数为0.5 mA.
  师:通过电流计的电流不是你们想象的无穷大,说明什么?
  生:电流计有电阻.
  教师出示灵敏电流计结构示意图如图3,介绍电流计是由线圈、极靴、指针和刻度盘等部分组成.各部分有独自功能,而指针会因为线圈中通有电流而偏转,刻度盘又可以给出指针指在不同位置时通过线圈的电流大小.分析后明确e、f之间部分接入电路,相当于电阻.实验说明e、f之间有电阻,但学生对实验结果仍然将信将疑,虽然无法否定实验结论,却也表现出难以接受.
  师:如何测量灵敏电流计的电阻?
  教师展示图4,并介绍图中G0是标准电流表,R是电阻箱.让学生在学习小组之间讨论其测量原理和方法(开关S连接1,调节电阻箱使标准电流计G0中的电流与开关S接在2时的电流相同,电阻箱的阻值即为灵敏电流计的电阻).实验测出灵敏电流计的内阻Rg=99 Ω.
  师:e、f之间部分相当于电阻,指针和标记电流的刻度盘能记录通过的电流.两部分完美结合,构成一个有机整体-灵敏电流计:一个可以“说出”流过自身电流的电阻.
  通过这一过程,学生对电流计有电阻深信不疑.
  学生已经理解“灵敏电流计是由相互联系的不同局部构成的整体,各个局部有不同的作用,彼此之间又相互联系;而整体也具有局部不具备的功能”, 初步认识整体和局部的辩证关系.
  环节二改装电压表,理解整体和局部的关系
  为了让学生进一步理解整体和局部之间相互依存的关系,笔者在“改装电压表”这一知识环节,设置了如下教学过程,并通过课堂生成的问题引导学生树立整体思想认识客观事物的意识.
  师:图1中,电流表直接接到A、B间的连接方法与什么仪器相似?
  生:电压表.
  师:怎样能直接读出电压呢?
  生:把电流刻度盘对应的刻度I标记为IRg.
  师:电流计的表盘刻度换成对应的电压值,就成了电压表,最大刻度为IgRg=0.099 V,叫做满偏电压Ug.电压表是由电阻、指针和标记电压的刻度盘组成整体.
  怎么把它改装成大量程的电压表呢?例如量程为0~4 V.
  生:串联一个电阻.
  师:阻值多大?
  生:Rx=4-0.0990.01=3901 Ω.
  教师把电阻箱调到3901 Ω,与灵敏电流计串联,在自制演示示教板上连接实物图,并将贴有“V”标记的塑料框套到电路上,示意框内部分组成电压表,如图5.用连接好的电路直接连到两节串联的干电池的两端测量电压,请一位同学读出测量值.
  生1:(语气不肯定)0.65吧…….
  师追问:单位应该是什么?
  生1:mA.
  师启发:我们目的是改装电压表,用以直接测量电压.思考一下改装的电压表有哪些部分组成?
  生2:电阻、指针和标记电压的刻度盘.
  师追问:改装的电压表电阻是多大?刻度盘得怎么标记?
  生2:电阻应该是4 kΩ,刻度盘最大应标记为4 V.
  盘最大刻度处,追问:2 V标记在哪里?理由是什么?
  生2:中间.刻度是均匀的.
  教师同时把 “2 V”标签贴到刻度盘中央:图5测出的电压是多大?
  生3:2.6 V
  师:改装的电压表是由4 kΩ的电阻、指针和量程为4 V的刻度盘共同组成的整体.刚才第一位同学读数的时候只关注这个整体中的灵敏电流计部分.整体和局部相互依存,不能隔离开来.
  上面教学过程中,不断向学生渗透“整体由局部组成,但不是局部的简单组合,局部的变化也引导着整体的变化方向”这一思想.
  环节三设计电流表,应用整体和局部的关系
  形成“整体和局部关系”思想的根本目的是树立世界观.为了检验学生能否从“整体和局部”认识客观事物,笔者设计了如下教学环节.
  师:根据我们对电压表的认识,猜想一下,电流表主要应该有哪些部分组成?
  生:电阻、指针和刻度盘组成.
  师:若把刚才的灵敏电流计改装成量程为100 mA的电流表,应该怎样设计?画出电路图.
  学生设计方案,教师巡回检查,学生基本可以画出图6电路图.请学生在自制演示板上连接实物图如图7.让学生说明各部分的作用.
  生:电阻作用是分流,通过灵敏电流计记录并联电路的总电流,刻度盘的最大刻度表为100 mA.
  师:分流电阻的大小怎么计算?
  生:Rx=0.001×990.1-0.001=1 Ω.
  通过改装电流表的过程,可以看出学生理解了电表改装的原理,也理解了整体和局部的关系,本节课教学目标有效达成.
  本课例中有明暗两条主线,以认识灵敏电流计到改装电压表和电流表(知识落实)为明线;而认识和理解整体与局部的关系并应用其分析实际问题(思想、方法)是暗线.两条线索相辅相成,明线促进了对暗线的认识,暗线加深了对明线的理解,在传授知识的同时,实现了对学生的认知客观事物的思想、方法教育.
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