许森泉

【摘要】物理学科高考考察能力要求学生必须具备物理实验能力、应用数学处理物理问题的能力。本文以《实验数据分析》的活动教学设计为例，谈谈如何通过融合传统——现代多种教学手段，采用互动式教学模式，让学生真实地感受和体验，培养学生的科学探究思维，体现物理学科的核心素养。

【关键词】中学物理;互动式教学;数据分析;教学设计

一、设计思想

本节课教学设计旨在提高学生实验设计能力和数据分析能力，尤其是应用数学方法对实验数据的分析能力。

本节课选材来自人教版高二选修3-1第二章第10节的《实验：测定电源电动势和内阻》。根据学生认知规律和新课程基本理念，本节课以教材实验为载体，区别于传统教学模式，通过“微课”巩固实验操作过程和注意事项;通过EXCEL现场数据作图分析操作;使用先学—后教—再学—再教的方法，论证实验电路并掌握实验的基本原理、测量数据的处理方法;在学生亲历探究全过程中，提高学生的实验设计能力和数据分析能力;使用视频展示台、互联网和UMU互动平台、EXCEL操作软件和传统教学手段相结合，以提高教学效率。

二、教学内容

（一）教材所处的地位和作用

本实验是高中物理中一节比较综合的电学实验之一。它既能巩固闭合电路欧姆定律的应用，也能为后续课程交流电源及远距离输电的学习打好基础，同时也是培养学生科学实验探究能力的重要途径。该实验的学习与我们日常生活、生产和社会发展有着密切的联系，因此学习这部分有着广泛的现实意义。

通过这节课的学习，学生可以更灵活地运用闭合电路欧姆定律，强化电学实验操作技能，还可以熟悉用图像处理数据的方法。因此，本节课教学的目的不只是教给学生实验测量的方法，更重要的是要通过实验培养学生使用数学方法处理物理问题的能力。

（二）观《课程标准》《考试大纲》

《实验：测定电池的电动势和内阻》的新课程标准要求：通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用。在高考考纲中与“理解”和“应用”相当，根据考核目标与要求第4.应用数学处理物理问题的能力和第5.实验能力要求，培养学生实验设计和数据处理能力势在必行。

三、学生学情

（一）知识基础

①了解了闭合电路欧姆定律，会利用该定律列式求解相关问题;

②熟悉实验操作流程，能独立完成实验操作;

（二）知识障碍

①处理实验数据能力较弱;

②对数据图像中直线的斜率、截距代表某种含义的数学方法不能很好的运用。

（三）学习能力

①能够初步地、独立发现事物内在联系和一般规律;

②具有初步的概括归纳总结能力、逻辑推理能力、综合分析能力。

四、教学目标确立

根据学生学情结合教材内容分析，确定以下教学目标：

（一）知识与技能

①应用闭合电路欧姆定律理解实验的探究过程;

②掌握运用用数学方法处理实验数据的技巧。

（二）过程与方法

①体验从实验探究中获取数据、数据分析、寻找规律的科学思维方法;

②能利用实验数据作出U-I图像，并得出被测电池的电动势和内阻。

（三）情感态度价值观

培养学生的观察能力、思维能力和操作能力，提高学生的物理学习的兴趣。

（五）教学重点难点

重点：利用图像法处理实验数据。

难点：如何寻找物理量之间的线性关系。

五、教法学法分析

（一）教学手段

在学生亲历探究全过程中，提高学生的实验设计能力和数据分析能力;使用视频展示台、互联网、EXCEL操作软件和UMU互动平台，以提高教学效率。

（二）教学方法

根据学生认知规律和新课程基本理念，本节课以教材实验为载体，通过学案复习巩固电池电动势、内阻的相关知识，通过“微课”巩固实验操作过程和注意事项;使用“先学—后教—再学—再教”的方法，论证实验电路并掌握实验的基本原理、测量数据的处理方法。

（三）学法指导

根据新课程标准和当前学生知识的局限性，为使学生爱学、会学、学好，本节课主要使用领悟式指导法和迁移式指导法

根据本节课学习的重点和难点，在授课时不直接抛出结论，而是介绍物理关系式中关于自变量与因变量的关系，多让学生自悟学法，引导学生按照所介绍的数学方法，通过顿悟，给学生点燃灵感的火花，让他们尽可能多的去发现和总结，从数学迁移到物理上。

六、教学过程设计

（一）教学流程图

微课复习引入→小组设计电路→交流讨论→数据代数分析→U-I函数图象→学习合作探究→电脑数据处理→获取结果→数学方法提炼→学习探究→课后延伸→总结巩固。

（二）教学过程设计

导入设计：

本节课之前学生已完成分组实验，因此课堂的引入从学生观看微课《实验操作视频》开始，完成学案【温故而知新】：在上一节实验课中，你采用的是那种连接方式？请完成实验电路图和实物连接图。通过UMU互动平台实时投影学生的复习情况。

此环节的目的在于强调实验操作过程的注意事项，采用自主修复的方式可以避免对实验操作流程的重复讲解，事半功倍。

新课教学：

1.分组讨论该實验的不同设计方案

通过UMU平台对比两组同学不同的设计方案，分别请两位同学交流不同的实验方法，教师引导和补充。

此环节目的在于引导学生总结得出该实验设计原理的核心公式：伏安法E=U+Ir、安阻法E=IR+Ir、伏阻法E=U+   ·r。通过观察、聆听别人的设计思路，让学生自己有更多领悟。

2.以伏安法为例对实验数据处理方法的探讨【合作探究】

引导学生从交流中获取第一种数据处理方法：代数法。

学生动笔计算

E=U1+IIr

E=U2+I2r

通过UMU平台实时展示学生计算结果

E=                和r=           。

引导学生思考，代数法这种方法有什么不足之处？

得出答案：计算量较大且无法剔除错误数据，可能具有比较大的偶然误差。

此环节目的在于引导学生从最基础的数据处理方式中发现不足之处，为下一步图像法的教学做铺垫。

3.思维方法升级

鉴于代数法的不足之处，你有没有更能减小误差的处理方法？引导学生从错误实验数据的剔除入手。

学生思考后回答：图像法。学生完成导学案中的图像法部分，并思考，怎样在图像中找到电池的电动势和内阻？你有什么依据吗？

教师提炼分析：如果将实验原理公式适当变形，建立路端电压与电流函数关系：U=E-Ir，电流是自变量，路端电压是因变量，且能多次测量。由于E和r是定值，因此，路端电压U与电路中的I是线性函数关系。如果建立U-I图像，将得到一条直线，其纵坐标的交点即为电源电动势，直线的斜率就是电源的内阻。

引导学生回答纵截距表示电动势，斜率的大小表示内阻。

教师采用EXCEL软件进行作图讲解。

引导学生思考：通过以上分析，你学到了什么物理数学方法？

此环节采用领悟式指导法，教师使用EXCEL軟件进行现场作图和数据剔除，得到较为准确的图象图形，并利用EXCEL的显示函数公式功能（如图所示），最终获得纵截距和斜率的数值。

此环节的目的一、学习作图的方法和技巧。目的二、体会图像法的数学依据，即函数关系。

E=U+Ir→U=-r·I+E→y=-k·x+b

引导学生领悟物理数学方法的精髓，为下一步教学“方法迁移”做铺垫。

4.分组对安阻法、伏阻法的图像分析进行分组探讨

对于另外两种实验测量方法，学生思考是否也可以同样从实验原理核心公式获得对应的线性关系，完成【学以致用】部分。

该环节考虑到学生技能的差异性，因此，将学案中的图像坐标物理量已经标出，降低了探究难度。并提醒：实在有困难可以参考一下周围同学，也可以向老师提问。

此环节采用的是迁移式指导法，是本节课教学的难点所在，教师既要充分照顾学困生给出一定的提醒和帮助，又要让学优生必须经过一定思考之后方能得到正确答案。目的在于引导学生将前面环节中领悟到的物理数学方法迁移到分析其他实验数据中，思想方法得到升华。

5.分享实验成果

利用视屏展示台或UMU平台请两个组进行交流。展示学生探究成果，例如安阻法：

=    ·R+     对应线性图像图     -R;

伏阻法：    =    ·    +    对应线性图像   -    图，教师进行适时点评。

此环节目的在于巩固如何使用物理数学方法，并适时对学困生和学优生进行进一步的指导和鼓励，为后续课程做铺垫。

6.作业强化练习

R（Ω） 95 75 55 45 35 25

I（mA） 15 18.7 24.8 29.5 36 48

IR（V） 1.42 1.4 1.36 1.33 1.26 1.2

例.某同学采用安阻法对电池的电动势和内阻进行测量，实验数据如表格所示，试分析该电池的电动势和内阻。

引导学生根据题目要求的，体会方法的实际应用。

7.归纳总结

1.通过今天的学习，同学们学习了分析测量电源电动势实验数据的方法，亲历了探究的过程，相信同学们应该初步掌握了如何使用物理数学方法。

2.物理数学方法是考纲要求必须掌握的技能之一，同学们今后还可以深入研究。课后，大家还可以尝试着通过图像对实验进行误差分析，这也是下一节课要学习的内容。

此环节的目的在于巩固强调本节课知识的重要性，更重要的是鼓励和鞭策学生课后要继续不间断进行探索和研究，真正做到学以致用。

8.板书设计

1.实验原理：闭合电路欧姆定律

2.实验方法：

①伏安法E=U+Ir;

②安阻法E=IR+Ir;

③伏阻法E=U+    ·r

3.数据处理：代数法、图像法

七、教学效果评价

本节课教学的核心内容是“数学方法在物理问题中的应用”，根据学生认知规律和新课程基本理念，使用“先学—后教—再学—再教”的方法，让学生更直观、更真实地体验到规律的发现过程，而不是将公式死记硬背。

在传统教学手段的基础上通过网络、使用视频展示平台、UMU互动系统和EXCEL等多种现代多媒体辅助手段，有效提高教学的实效性。尤其使用UMU互动系统，可以实时接收反馈信息并及时处理，使用EXCEl处理实验数据的方法可以让实验数据分析过程变得直观。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.5.

[2]廖伯琴.普通高中物理课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.6.

[3]教育部考试中心.2019年普通高等学校招生全国统一考试大纲-理科[M].北京：高等教育出版社，2018.11（2020.1重印）.

（责任编辑：张晓东）