利用条件约束变式 在设计中培养思维探究能力.doc

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1、利用条件约束变式在设计中培养思维探究能力摘要：以伏安法测电阻实验为例，利用变式教学突出约束条件，通过教师的引导逐步引领学生在设计中提升思维探究，主动发现限制性条件，在约束屮迸发创造力，在讨论分折和尝试屮解决问题，在成功屮体验设计的快乐。关键词：思维探究；测电阻；变式；条件约束中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148(2017)3-0047-4众所周知，在实际的问题处理中，问题的表征结构良好与否、所处的情境条件、学习者的领域知识都对问题的解决起着重要的限制作用。而在课堂教学屮，可以通过对题设条件的有意约束设计，来引发学生对问题表征的冇意注意。通过变式让

2、学生体验从聚合到开放的思维探究过程，激发学生创造性地解决问题，是培养科学思维和科学探究等核心素养的有效手段。在课堂教学中，教师不仅要注意科学探究的各项流程，更要注意到探究是一种解决问题的思维能力。笔者由此注意到，实验设计作为一种思维探究，在测定性实验设计中也可以得到开发。本文以苏科版初中物理教材测电阻为例，利用变式教学突出约束条件，培养学生主动发现实验的限制性条件，创新设计解决问题的能力。根据教材的要求，学生在教师的引导下从欧姆定律的应用出发，设计出基木的实验电路(图略)，并成功地测出电阻。为了进一步引导学生巩固基础知识和基本技能，学会分析题设约束条件，提升实验设计的思维能力

3、，教材“WWW”栏目中，设置了有约束条件的设计题：要测量一个阻值为数百欧的电阻。能提供的器材有：干电池两节，学生用电压表(量程为0〜3V、0〜15V)、滑动变阻器(100Q2A)和电阻箱(0~9999Q5A)各一个，开关、导线若干。请写出你设计的实验方案(用相应的字母表示测出的各个物理量)。(1)实验思路；(2)电路图；(3)实验器材；(4)实验步骤；(5)写出待测电阻的表达式。实际做一做，验证自己的实验设计是否正确。想一想，是否还有其他的实验方案？1由此及彼渐进约束1.1条件约束一：测量对象为数百欧的电阻上述实验设计活动是紧挨伏安法测电阻的内容编排的，英独到之处就在于给出的

4、实验器材中偏偏少了电流表。根据缺什么补什么的原则，首先考虑补充一个电流表。通过讨论和渐进分析约束条件，让学生体会教材编者的匠心所在。1.1.1变式讨论一：缺什么补什么，补上一个常用的电流表【教学流程】提出问题：补上的电流表能否与已知的电压表配合，用伏安法原理测出这个数白欧的电阻呢？引导分析：题设约束条件有哪些？指导思维：从电流、电压、电阻的关系去思考。小组讨论：常用电流表(0-0.6A量程)其分度值是0.02A,现有数百欧的电阻和两节干电池，能否估算电流？得出结论：实际电路中的电流太小了，不可行。反馈体会：本题题干提供的器材中缺少电流表的原因所在。抓住关键：关键的突破口在于利

5、用串联电路电流相等的规律，将电压表和定值电阻配合间接测量电流值，这样电压表就承担了直接测电压和间接测电流的功能，体现了等效的思想。进一步展开教学。提出问题：谁可以做与电压表配合的定值电阻？引导分析：如何保证电压表有确切的示数？指??思维：用串联分压特点去考虑。小组讨论：需耍选择多大的电阻，才能测出电压值？得出结论：上百欧姆的滑动变阻器或电阻箱。交流展示：学生展示两种设计结果，如下。1.1.2变式设计一：滑动变阻器配合电压表间接测电流如图1所示，借助Rx和R'串联的方式，确保电流相等。用电压表分别测出Rx和R'两端的电压，通过I'二U'/R'来等效代替电路屮电流表缺失这一约束性

6、条件。1.1.3变式设计二：电阻箱配合电压表间接测电流如图2所示，利用电阻箱选择合适的电阻R0代替图1中的R',也可测出阻值Rx。1.2条件约束二：追加只允许连接一次，不可拆接电路的测量条件【教学流程】提出问题：根据约束条件，应该针对题设中哪个器件的使用作改动？引导分析：如果直接体现在图1、图2±,如何设计？指导思维：寻找电压表的固定位置。小组讨论：在电源电压不确切的情况下，怎样才能测出电源电压？得出结论：将滑动变阻器或电阻箱分别调至0和上白欧姆，读出电压表的两次示数。交流展示：学生展示三种设计结果，如下。1.2.1变式设计一：滑动变阻器跟电压表配合如图3所示，在确保电路安全

7、的前提下，滑动变阻器可以在0和最大阻值R'两个节点之间变换，测得U和Ux,U'可以通过U-Ux的间接方式得到。1.2.2变式设计二：电阻箱跟电压表配合如图4所示，电阻箱也可以通过调节旋钮将阻值取0和数百欧，测得U和Ux。1.2.3变式设计三：加设开关控制电阻箱或滑动变阻器如图5所示，有学生注意到题设条件中还有开关若干这个条件。因而,通过开关的局部短路來实现电阻箱或滑动变阻器取0的动作，是值得赞赏和展示的。课后反思：以问题为导向，引发学生的积极思维。学生从被动应对逐渐到主动寻“的”（这里的“的”是题设约束