用技术设计方法测定水果电池的电动势和内阻
时间：2020-04-27 05:25:15 来源：千叶帆 本文已影响人
摘要：作为兴趣实验活动内容，让有兴趣的高二年级部分学生在课外活动时，运用通用技术课程所学的技术设计方法，设计、制作、评价水果电池并测试它的电动势和内阻，在推动物理实验教学创新的同时，加深学生对技术思想和方法的深刻理解、领悟和内化，提高学生的动脑动手实践能力，从而在一定程度上提升其技术素养。活动过程为：发现和明确问题、研究提出方案和流程、制作水果电池原型、测试水果电池的性能、总结评价水果电池及填写实验报告单。
关键词：兴趣活动 技术设计方法 测定 水果电池 电动势和内阻
《白银市普通高中通用技术课程韩独石工作室》构想的“《提高学生技术素养综合工程》实施方略”[1]，得到顾建军、鲍珑及段青等我国通用技术课程教育教学权威专家的认同。作为工作室专家成员的笔者，按实施方略之三“以校园各种活动为载体，寓教于乐培养学生个性化特长”措施，用技术方法与物理实验融合的方式，在我校高二年级开展了兴趣活动，旨在推动物理实验教学创新的同时，提升学生的技术素养与实践能力。
新课标人教版教材选修3—1第二章实验“测定电池的电动势和内阻”[2]，是一个必做实验，教材要求用水果电池来测。但我们为了让学生彻底掌握和巩固测定电池的电动势和内阻这一知识难点，先是每个高二年级的学生用两节干电池在计划内实验课堂做一次，然后作为兴趣实验活动内容，让有兴趣的高二年级部分学生在课外活动时用水果电池再做一次。物理兴趣实验活动采用小组合作和探究性学习方式，将技术思想和方法有效迁移，运用技术的方法在实践中掌握物理学科的实验原理和操作技能，在培养学生小组合作能力的同时亲身经历以探究为主的学习过程；实现技术课程与物理课程教学融合，在寓教于乐活动中全面提升学生的技术素养。在此，先将具体活动过程介绍如下。
一、活動目的
1.运用通用技术课程所学的技术设计方法，设计、制作、评价水果电池并测试它的电动势和内阻，在推动物理实验教学创新的同时，加深学生对技术思想和方法的深刻理解、领悟和内化，提高学生的动脑动手实践能力，从而在一定程度上提升其技术素养。
2.训练学生在测试电源电动势和内阻时，分析伏安法测电阻电路表内外两种接线方法在实验中的影响；初步突破电学实验中能根据实验设计需要选取较合适器材的难点，进一步明确多用电表的使用方法，让他们在兴趣活动中通过合作探究加深对物理知识的理解、应用和记忆。
3.探索物理实验创新的新方式，尝试物理课程与通用技术课程融合教学的可行性。
二、活动方式
采用“分组——合作——探究”教学方式，按技术设计流程开展活动。
三、教学准备
1.在高二年级每个班用自荐和公推的方法确定一位物理兴趣活动大组长，由大组长负责在活动前迅速将全班爱好兴趣活动的学生，按自愿每2人组合成32个实验小组，每4个实验小组（1～4、5～8、9～12、13～16、17～20、21～24、25～28、29～32）按实验桌顺序号组合为1个探究实验组，共8探究实验组；每个探究实验组分别推选一位探究组长，实行大、中、小分层管理。（说明：实际活动时每个班级一般为6～8个探究实验组）
2.活动指导教师提前通知学生按规定时间自带水果到指定实验室。
3.实验室按照课本要求、小组个数准备好粗铜丝和粗铁丝，另将多用电表、J0408直流伏特计、J0407直流安培计、J0409灵敏电流计、直流微安计、学生电阻箱、小灯泡、小灯座、开关、导线若干、实验室现有各种规格的滑动变阻器及坐标纸，摆在32个学生实验台上供学生实验时选取。
4.教师自备一只电子表。
四、活动要求
1.要求用自己所带水果、粗铜丝和粗铁丝，每小组各做一个水果电池。
2.要求学生用所学知识自行设计电路，测定水果电池的电动势和内阻。
3.以组为单位探究实验并总结水果电池的特点，推选1位发言人向大家介绍。
4.每探究实验组写一份活动实验报告单上交指导教师。
五、活动过程
（一）发现和明确问题
1.水果电池的原理在高一化学中已经学习了让学生回忆一下就都明白。
2.水果电池的结构简单，同化学中原电池原理，直接用电极和水果制作，也可根据需要自行设计、调整。
3.测水果电池的电动势和内阻时，可参照课本2.10—1（甲）、2.10—2、2.10—3电路图连接线路，也可用学过的知识设计合理的电路。
4.能在实验室的电脑上用Excel绘制U—I图像的话则更好。
（二）研究提出方案和流程
以探究实验组为单位研究：每小组自行设计、制作一个水果电池，自行设计、连接电路并测试其电动势和内阻——各小组介绍自己的作品及测试的结果——总结出水果电池的特点及活动感受——推出向大家介绍的代表——争取绘制U—I图像。
（三）方案的实施
1.制作水果电池原型。参照课本介绍，大多数学生能在较短的时间内按要求完成。
2.测试水果电池的性能（电动势和内阻）。按照课本电路图或自行设计电路并连接成闭合电路，测量记录相关数据并计算所制水果电池的电动势和内阻值。
水果电池材料易取，成本低，制作简单，与生活贴近，很受学生欢迎。在准备此实验时，学生已经测了干电池的电动势和内阻，设计难度降低，为此不做简单的重复，重点落在应用和知识的拓展上。在仪器的准备上，考虑到学生以往都是按实验台上准备好的仪器，直接连接就行，所以有意在实验台上准备多种规格的滑动变阻器供学生选择，引起学生注意，为后续学习中设计电学实验奠定基础。准备多用电表使学生在实验中体验到实验的方便性原则，同时熟练基本仪器的使用。
兴趣实验活动对实验的要求没有课堂实验那么具体，要求学生根据自己的情况探究，告诉学生做实验要迅速，水果电池性能不稳，有兴趣的学生可以自行验证。气氛相对活跃，积极性高。
指导教师在活动中发现：
（1）大多数学生并没有按课本2.10—2和2.10—3的图示去具体实验，而是对水果电池的电动势和电流进行估测。也有学生直接用多用电表来测，直接得到了水果电池具有大内阻，电动势很小的特点。同是估测，用多用电表就方便得多。
（2）有一部分学生错用多用电表直接测水果电池的内阻。
（3）部分学生对水果电池本身作为电源感兴趣，有些学生用水果电池点燃灯泡失败，指导教师不失时机地告诉他，水果电池的电流小，灯泡不会发光，但可以使电子表工作，使学生意识到水果电池“小电流、大内阻”的特点，以激发他们的探究热情，顺利探究。
（4）在测电池的电动势和内阻时，大多学生用课本2.10—1（甲）电路图完成，有个别学生选用电流表内接法2.10—1（乙）。
（5）大多数小组在按设计方案测定时，发现效果并不理想。有的对电池作了调整，有的重新选择仪器。通过这些实施活动，学生进一步体会到了通用技术的方法应用，设计方案是一个反复修改和优化的过程，不是一蹴而就的，学生会从探究的艰辛中体验到成功的喜悦。
（四）总结、评价水果电池
1.在适当时候，指导教师提醒各探究实验组先尽快自行评价、探究、总结实验过程及测试结果，选出发言代表。
2.指导教师适时组织集体评价，要求所有探究实验组代表简明扼要介绍水果电池的特点、测得的电动势和内阻值数据和在技术思想和方法上的领悟。要求尽量不重复上组的相同结论，对相同的认同、不同意的反驳，大胆讲述不同结论或观点。指导教师相机诱导大家补充或另讲独到见解，还要适当予以点拨和评价，给予表扬和肯定、指正与激励，以调动评价时的活跃气氛和学生参与的积极性。
3.因实验中用伏安法来测，可以让学生讨论电流内外两种接法在这个实验中的影响。
4.比较干电池和水果电池的特性，比较伏安法两种接法在测这两种电池时影响大小。
5.评价将要结束时，可伴随开始绘制U—I图像。
（五）课程资源的积累
在此次实验活动中，主要存在两个问题。
1.大多数学生发现影响水果电池实验最大因素是水果电池性能不稳定，怎样提高水果电池的稳定性今后可以作为活动课题。
2.部分学生用多用电表直接测水果电池的电阻，将会怎样影响实验结果。
这两个比较典型的问题值得进一步探讨。
（六）填写实验报告单
将提前下发的实验报告单，要求探究实验组组长负责指派专人当堂简明扼要写好，大组长收齐后，交给指导教师批阅并备案。
六、活动意义
这个实验看似为平实地模仿，但通过运用技术设计的程序开设情况来看，异常精彩。不仅加深了学生对基础实验的巩固，而且实验中充分发挥了学生的自主性，对平时的课堂实验既是补充，又有引领示范作用。
技术设计是通用技术的主要内容，通用技术“是日常生活中应用广泛、对广大学生的发展具有广泛迁移价值的技术”。通过这次物理兴趣活动，我们可以看到物理实验的过程就是通用技术的运用过程；也是在应用中训练多种专业技能技巧，及时巩固学生的体验，使其内化为学生自身的经验，以期掌握一般技术思想和方法的过程；更是通过物理实验案例，在实践中间接教授通用技术课程，提升學生科学和技术素养的过程。这些蕴含创新的过程，无疑是为掌握科学探究方法奠定良好基础的有效途径。
高中新课程实验的亮点就是新增了通用技术课程，而“通用技术课程是一门立足于实践、注重创造、高度综合、科学与人文融合的课程。它的学习过程是学生主动建构知识、不断拓展能力、形成良好情感态度与价值观的过程，是一个富有生机、充满探究、方式多元的活动过程。”[3]物理是一门以实验为主的科学课程，实验方法是技术方法的翻版，是标准的通用技术。所以，开展通用技术课程实践融合于物理课程实验进行教学的探索，是一件很有意义的创新实践活动，今后我们应多开展一些类似于上述的用技术设计方式开展趣味物理实验的活动。
参考文献：
[1]韩独石.提高学生技术素养综合工程实施方略[J].中小学教育，2009（9）.
[2]张大昌等.普通高中课程标准实验教科书选修3—1[M].人民教育出版社，2010（4）第3版.
[3]顾建军等.普通高中课程标准实验教科书 通用技术 必修1技术与设计1[M].江苏教育出版社，2009（5）第3版.
基金项目：此文系甘肃省“十二五”2013年度规划课题《提高普通高中学生技术素养综合工程方略研究》【编号：GS[2013]GHB0120】的子课题——白银市“十二五”2013年度规划课题《趣开物理课外实验，渗透技术思想方法》【编号：BY[2013]G108】的阶段性研究成果。
作者简介：
杨玉丽，中学一级物理教师，白银市普通高中通用技术课程韩独石工作室成员，从事高中物理实验教学和实验管理工作，期间潜心于物理实验改进、实验课堂管理和实验创新研究。
（责编 赵建荣）
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