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【摘 要】该文结合初中物理新课程教学实践，介绍了通过一个简单的电学实验现象，引导开展进一步探究性学习的整个过程，并就此提出了自己的反思。
【关键词】初中物理；探究性学习；电学实验；电源内阻
《义务教育物理课程标准》提出了“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维发展的课程目标，其中之一就是让学生“保持探索科学的兴趣和热情，在认识自然的过程中获得成就感，能独立思考、敢于质疑、尊重事实、勇于创新。”根据皮亚杰的建构主义理论，儿童的认知结构是通过同化、顺应和平衡的过程逐渐成熟起来的。当儿童接触的新信息与现存认知结构不吻合时，就要改变原有的认知结构，而个体也就在平衡—失衡—新的平衡中，实现了认知的发展。据此，教师在教学过程中，要围绕学生的“最近发展区”，创设激起学生新旧知识冲突的有效教学情景，引导学生通过自主、合作、探究学习，建构新知、提高技能、发展能力、内化情感。下面以“电流表使用”这一简单的电学实验为例，谈谈引导学生进行探究性学习的体会，以与同行交流共享。
一、问题的提出
在学习“电流表使用”时，教师常会向学生强调：“电流表就相当于一根导线，测量电流时只能串联在电路中，不能并联在用电器两端，否则就会引起短路。”并会通过演示实验加深学生印象：把电流表的一个接线柱与小灯泡的一端相连，而另一个接线柱通过导线试触接到小灯泡另一端，在试触一瞬间，电流表满偏，电路中原来亮着的小灯泡熄灭，说明小灯泡被电流表短路。
同样，在学习“欧姆定律”一节时，教师会联系到电流表和电压表的使用，并结合苏科版物理九上课本第92页习题第3题来说明：电流表的电阻大概是零点几欧。而导线电阻约零点零几欧，所以电流表与导线相比还是略有区别的，当导线并联到电流表两端时，电流表也会被短路。
对于初中学生来说，只能讲到此程度，可学生总是似懂非懂。所以在新一轮的教学中，笔者尝试通过数据来说明。如图1电路中，电流表与灯泡并联在1.5V的电源上。电路接通瞬间，毫无疑问，能看到灯泡不亮，电流表满偏的现象。这时笔者提出探究问题：是电流表分去了绝大部分电流而使小灯泡不亮吗？学生通过计算发现，不管电流表是否并联，理论上通过小灯泡的电流应该是不变的，就是说小灯泡的亮度也应该是不变的，那么为什么实验现象跟理论计算不符呢？是不是我们忽略了某些因素呢？这就引入了进一步的探究性学习。
二、分析论证、作出假设和探究实验
笔者引导学生从现象入手，先进行理论分析。
小灯泡不亮只有2种可能：一是没有电流通过，即电路中存在断路；二是有电流通过，但因小灯泡两端的电压过小，使通过小灯泡的电流太小，导致小灯泡的实际功率非常小，从而无法发光。本实验中，因电流表有示数，故可排除第一种可能。于是集中分析第二种情况，小灯泡跟电流表都是并联在电源两端的，为什么小灯泡两端的电压会减小呢？
【分析1】当电流表并联入电路后，电路中的总电阻减小，电流增大，而小灯泡两端的电压却减少了，这似乎与图2相似。当滑片向右滑动，ab两点间的电阻变小，电路中的电流变大，但因有电阻R0的存在，故ab连点间的电压变小。该R0是什么因素引起的呢？按初中生的知识水平，目光很快就投向除电源，灯泡和电流表之外的导线。
【假设1】小灯泡在并联电流表后不发光是因为导线有电阻而分得了电压。
【探究1】如图3所示，设电路中导线电阻为r，因电阻r与小灯泡是串联的，且电阻r与小灯泡相比非常小，所以根据串联分压原理小灯泡分得了绝大部分的电压，所以能发光。但当电流表并联到小灯泡两端后（如图4），因电流表的电阻也较小，所以并联后ab两点间的电阻值比电流表更小。此时的导线电阻r就有可能分得电压。
为验证这一假设，笔者让物理兴趣小组学生分别用铜、铁不同材质、不同粗细的导线替换原有的实验室导线，进行课外探究实验。实验设计见表1。实验的结果还是一样，小灯泡都不发光。
表1：用不同材质不同粗细导线的探究实验
这说明，导线电阻分压的效果并不如预期的那么大。既然分掉电压的并不是导线，那么会是什么呢？
【分析2】电路组成很简单：电源、开关、小灯泡、电流表和导线。既然不是导线的分压问题，那就只可能是电源了。但凭初中生现有的知识，是不可能联想到电源内部有电阻的。这时教师的启发和引导就显得十分重要。笔者启发学生：福尔摩斯有句名言：“除去不可能的剩下的即使再不可能，那也是真相。”在排除了其他组成元件会对小灯泡的发光产生影响后，剩下的可能影响的组成元件就是电源了。
【假设2】小灯泡在并联电流表后不发光是由于电池的内部存在电阻。
【探究2】因本校实验室的仪器无法直接测到电池的内阻，所以笔者给学生介绍了高中测量电源内部电阻的方法，实验原理如图5所示。
实验原理：ε=U+Ir（其中ε为电源电压，U为外电路电压，r为电源内部电阻）。实验共采集了11组数据（见表2），发现当滑动变阻器接入阻值较大时，随着滑片的移动，电压表示数几乎无变化，当滑动变阻器接入阻值较小时，随着滑片的移动，电压表示数变化较大。笔者指导学生通过图像法算出了电池的内阻约为2Ω。
表2：探究2采集的11组数据
三、得出结论
小灯泡在并联了电流表后会熄灭，是因电池内阻分压所致。并联电流表后，外电路的电阻大大减少，使得电池内阻分掉了很多电压，导致小灯泡两端的电压锐减，小灯泡的实际功率大减，致使灯泡亮度不可见。因此，要通过计算得出具体数据来解释出灯泡由于被电流表分去了过多的电流而无法发光，只需要在图5电路中串联一个与滑动变阻器同样阻值的灯泡即可。
四、汇报交流
探究说明，对于线路和电源本身也要用欧姆定律来分析，这正说明了欧姆定律的普适性。很多问题要用全电路欧姆定律来计算，这要到高中才会学习。
笔者让物理兴趣小组派代表向全班同学汇报交流他们的探究成果：外电路的电阻越大，电源的内阻影响就越小。反之，外电路电阻小，流过电源的电流强度大，电源内阻影响就大，路端电压就会降低。比如，家里冰箱、空调启动时电流很大，线路和变压器的分压就会增大，电灯得到的分压降低，瞬间就会变暗。它们正常工作时恢复额定电流，电流小了，电灯也恢复正常。电源的内阻问题肯定会对初中教材中“欧姆定律”的实验产生影响，如何才能尽可能的减小这一影响呢？①尽可能选取电阻值大一些的电阻。②如果手边电阻都较小，那么在用滑动变阻器调节电路中的电流时，不要使滑动变阻器接入电路的阻值过小。
五、反思
以上是由一个简单的电学实验现象引导的探究性学习的过程。在整个探究过程中，笔者受益也颇为丰富，其中最重要的一点是，我们在引导开展探究性学习时不要带着条条框框，将自己和学生局限于某一知识范围之内，而是要拓宽思路，从各个方面去考虑问题的可能性。这有利于学生思维能力的发展，再遇到复杂问题时，就能跳出“框框”提出全新的猜想。同时敢于发现和提出问题，周密地分析并带着浓厚的兴趣去探究解决问题的方法。而从教师的角度来看，不是简单的告诉学生一个答案，而是作为组织者、引导者和参与者的身份，在学生迷惑和陷入僵局时引导他们，并且全力给学生提供解决问题的条件和环境，这样才能真正体现新课程改革以学生为主体的理念，达到师生合作互动，共同成长的改革目标。
【参考文献】
[1]教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011.
[2]宣桂鑫.高中物理新课标教材·选修2-1（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2007.
（作者单位：江苏省苏州市三元中学校）
【关键词】初中物理；探究性学习；电学实验；电源内阻
《义务教育物理课程标准》提出了“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维发展的课程目标，其中之一就是让学生“保持探索科学的兴趣和热情，在认识自然的过程中获得成就感，能独立思考、敢于质疑、尊重事实、勇于创新。”根据皮亚杰的建构主义理论，儿童的认知结构是通过同化、顺应和平衡的过程逐渐成熟起来的。当儿童接触的新信息与现存认知结构不吻合时，就要改变原有的认知结构，而个体也就在平衡—失衡—新的平衡中，实现了认知的发展。据此，教师在教学过程中，要围绕学生的“最近发展区”，创设激起学生新旧知识冲突的有效教学情景，引导学生通过自主、合作、探究学习，建构新知、提高技能、发展能力、内化情感。下面以“电流表使用”这一简单的电学实验为例，谈谈引导学生进行探究性学习的体会，以与同行交流共享。
一、问题的提出
在学习“电流表使用”时，教师常会向学生强调：“电流表就相当于一根导线，测量电流时只能串联在电路中，不能并联在用电器两端，否则就会引起短路。”并会通过演示实验加深学生印象：把电流表的一个接线柱与小灯泡的一端相连，而另一个接线柱通过导线试触接到小灯泡另一端，在试触一瞬间，电流表满偏，电路中原来亮着的小灯泡熄灭，说明小灯泡被电流表短路。
同样，在学习“欧姆定律”一节时，教师会联系到电流表和电压表的使用，并结合苏科版物理九上课本第92页习题第3题来说明：电流表的电阻大概是零点几欧。而导线电阻约零点零几欧，所以电流表与导线相比还是略有区别的，当导线并联到电流表两端时，电流表也会被短路。
对于初中学生来说，只能讲到此程度，可学生总是似懂非懂。所以在新一轮的教学中，笔者尝试通过数据来说明。如图1电路中，电流表与灯泡并联在1.5V的电源上。电路接通瞬间，毫无疑问，能看到灯泡不亮，电流表满偏的现象。这时笔者提出探究问题：是电流表分去了绝大部分电流而使小灯泡不亮吗？学生通过计算发现，不管电流表是否并联，理论上通过小灯泡的电流应该是不变的，就是说小灯泡的亮度也应该是不变的，那么为什么实验现象跟理论计算不符呢？是不是我们忽略了某些因素呢？这就引入了进一步的探究性学习。
二、分析论证、作出假设和探究实验
笔者引导学生从现象入手，先进行理论分析。
小灯泡不亮只有2种可能：一是没有电流通过，即电路中存在断路；二是有电流通过，但因小灯泡两端的电压过小，使通过小灯泡的电流太小，导致小灯泡的实际功率非常小，从而无法发光。本实验中，因电流表有示数，故可排除第一种可能。于是集中分析第二种情况，小灯泡跟电流表都是并联在电源两端的，为什么小灯泡两端的电压会减小呢？
【分析1】当电流表并联入电路后，电路中的总电阻减小，电流增大，而小灯泡两端的电压却减少了，这似乎与图2相似。当滑片向右滑动，ab两点间的电阻变小，电路中的电流变大，但因有电阻R0的存在，故ab连点间的电压变小。该R0是什么因素引起的呢？按初中生的知识水平，目光很快就投向除电源，灯泡和电流表之外的导线。
【假设1】小灯泡在并联电流表后不发光是因为导线有电阻而分得了电压。
【探究1】如图3所示，设电路中导线电阻为r，因电阻r与小灯泡是串联的，且电阻r与小灯泡相比非常小，所以根据串联分压原理小灯泡分得了绝大部分的电压，所以能发光。但当电流表并联到小灯泡两端后（如图4），因电流表的电阻也较小，所以并联后ab两点间的电阻值比电流表更小。此时的导线电阻r就有可能分得电压。
为验证这一假设，笔者让物理兴趣小组学生分别用铜、铁不同材质、不同粗细的导线替换原有的实验室导线，进行课外探究实验。实验设计见表1。实验的结果还是一样，小灯泡都不发光。
表1：用不同材质不同粗细导线的探究实验
这说明，导线电阻分压的效果并不如预期的那么大。既然分掉电压的并不是导线，那么会是什么呢？
【分析2】电路组成很简单：电源、开关、小灯泡、电流表和导线。既然不是导线的分压问题，那就只可能是电源了。但凭初中生现有的知识，是不可能联想到电源内部有电阻的。这时教师的启发和引导就显得十分重要。笔者启发学生：福尔摩斯有句名言：“除去不可能的剩下的即使再不可能，那也是真相。”在排除了其他组成元件会对小灯泡的发光产生影响后，剩下的可能影响的组成元件就是电源了。
【假设2】小灯泡在并联电流表后不发光是由于电池的内部存在电阻。
【探究2】因本校实验室的仪器无法直接测到电池的内阻，所以笔者给学生介绍了高中测量电源内部电阻的方法，实验原理如图5所示。
实验原理：ε=U+Ir（其中ε为电源电压，U为外电路电压，r为电源内部电阻）。实验共采集了11组数据（见表2），发现当滑动变阻器接入阻值较大时，随着滑片的移动，电压表示数几乎无变化，当滑动变阻器接入阻值较小时，随着滑片的移动，电压表示数变化较大。笔者指导学生通过图像法算出了电池的内阻约为2Ω。
表2：探究2采集的11组数据
三、得出结论
小灯泡在并联了电流表后会熄灭，是因电池内阻分压所致。并联电流表后，外电路的电阻大大减少，使得电池内阻分掉了很多电压，导致小灯泡两端的电压锐减，小灯泡的实际功率大减，致使灯泡亮度不可见。因此，要通过计算得出具体数据来解释出灯泡由于被电流表分去了过多的电流而无法发光，只需要在图5电路中串联一个与滑动变阻器同样阻值的灯泡即可。
四、汇报交流
探究说明，对于线路和电源本身也要用欧姆定律来分析，这正说明了欧姆定律的普适性。很多问题要用全电路欧姆定律来计算，这要到高中才会学习。
笔者让物理兴趣小组派代表向全班同学汇报交流他们的探究成果：外电路的电阻越大，电源的内阻影响就越小。反之，外电路电阻小，流过电源的电流强度大，电源内阻影响就大，路端电压就会降低。比如，家里冰箱、空调启动时电流很大，线路和变压器的分压就会增大，电灯得到的分压降低，瞬间就会变暗。它们正常工作时恢复额定电流，电流小了，电灯也恢复正常。电源的内阻问题肯定会对初中教材中“欧姆定律”的实验产生影响，如何才能尽可能的减小这一影响呢？①尽可能选取电阻值大一些的电阻。②如果手边电阻都较小，那么在用滑动变阻器调节电路中的电流时，不要使滑动变阻器接入电路的阻值过小。
五、反思
以上是由一个简单的电学实验现象引导的探究性学习的过程。在整个探究过程中，笔者受益也颇为丰富，其中最重要的一点是，我们在引导开展探究性学习时不要带着条条框框，将自己和学生局限于某一知识范围之内，而是要拓宽思路，从各个方面去考虑问题的可能性。这有利于学生思维能力的发展，再遇到复杂问题时，就能跳出“框框”提出全新的猜想。同时敢于发现和提出问题，周密地分析并带着浓厚的兴趣去探究解决问题的方法。而从教师的角度来看，不是简单的告诉学生一个答案，而是作为组织者、引导者和参与者的身份，在学生迷惑和陷入僵局时引导他们，并且全力给学生提供解决问题的条件和环境，这样才能真正体现新课程改革以学生为主体的理念，达到师生合作互动，共同成长的改革目标。
【参考文献】
[1]教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011.
[2]宣桂鑫.高中物理新课标教材·选修2-1（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2007.
（作者单位：江苏省苏州市三元中学校）