《利用自制教具多量程多用电表改装实验仪探究多用电表的原理》说课稿全国实验说课大赛获奖案例.docx

《利用自制教具多量程多用电表改装实验仪探究多用电表的原理》说课稿全国实验说课大赛获奖案例.docx

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《利用自制教具多量程多用电表改装实验仪探究多用电表的原理》说课稿全国实验说课大赛获奖案例

《利用自制教具多量程多用电表改装实验仪探究多用电表的原理》说课稿

一、使用教材

人教版《选修3-1》第二章第八节多用电表的原理

二、实验器材

（一）制作自制教具所需材料

3D打印部件若干、白板笔、亚克力玻璃板、2.5mm香蕉插座、金属膜电阻、元件固定底板、面包板、导线若干。

（二）自制教具功能介绍

如图1所示，多量程多用电表改装实验仪，包括：

多量程多用电表电路（如图1中红色标记部分）、校准电路和元件固定底板（如图1中黄色带圆孔部分）。

多量程多用电表电路和校准电路均采用“乐高”的形式固定在元件固定底板上，可以自由地取下和安装，在使用过程中，也可以采用螺丝将元件固定在底板上。

这便于固定实验元件的位置。

元件固定底板采用底部和背部支撑架的形式，可以确保整个元件固定板既可水平放置，也可以竖直放置在桌面上，确保操作方便。

图1多量程多用电表改装实验仪

1—多量程多用电表电路，2—校准电路，3—元件固定底板

（1）多量程多用电表电路图。

多量程多用电表示意图和多量程多用电表的电路图如图2所示，包括：

表头，小电阻插座，连接桥，电池盒，大电阻插座，半圆档位转换盘。

图2多量程多用电表示意图和多量程多用电表的电路图

11—表头，12—小电阻插座，13—连接桥，14—电池盒，

15—大电阻插座，16—半圆档位转换盘

如图3所示，表头包括：

示数刻度盘，表头指针和香蕉插座。

其中，示数刻度盘通过滑槽的形式，可以在表头中有摩擦的滑动，能够自由抽出和插入。

示数刻度盘的表面采用了亚克力玻璃板，不仅透明度高、能够观察到刻度，而且也可以用白板笔在上面书写，便于学生在改装成不同量程或不同类型的表头时，对改装后的量程以及对应的刻度线示数进行标记。

而白板笔的墨迹在亚克力玻璃板上可以轻易地擦除，这样实验中我们便可反复书写。

示数刻度盘设置，突破了学生读数的难点。

采用香蕉插座连接的方式，便捷，有利于提高课堂效率。

图3表头

111—示数刻度盘，112—表头指针，113—香蕉插座

如图4所示，电阻插座包含：

小电阻插座和大电阻插座，采用两种不同规格的电阻插座，以供不同数量的电阻串并联时选择使用，使电路更加简洁。

电阻插座进一步包含：

香蕉插座，面包板，电阻插座盖子和金属膜电阻。

其中，面包板是电子行业常用的一种便捷式连接电阻方法，它可将金属膜电阻接入电学实验中，极大的扩展了可使用的电阻，便于表头改装，使表头的改装变得更具操作性。

同时，电阻插座配备了电阻插座盖子，盖子的顶部，同样采用亚克力玻璃板的材质，不仅能够清楚的看到面包板上电阻的串并联情况，而且能够利用白板笔书写，将其串并联后的阻值记录下来，以便于学生在实验的过程中，清楚的知道每个电阻插座的电阻连接情况。

图4电阻插座

12—小电阻插座，15—大电阻插座，

151—香蕉插座，152—面包板，153—电阻插座盖子

如图5所示，连接桥呈“T”字形，包含4个香蕉插座。

其中，四个香蕉插座的内部均连通，即四个香蕉插座可以等效为一个接触点，其作用就是扩充连接的香蕉插座，使电路在连接的过程中，不会出现某个连接点的导线过多，且确保了实物连接的过程中，尽可能的减少导线的相互交错。

图5连接桥

131—香蕉插座

如图6所示，欧姆档主要由电池盒、可调电阻和前面所述的表头构成。

图6欧姆档

14—电池盒，17—可调电阻

如图7所示，半圆档位转换盘包含档位接线柱和表笔接线柱。

其中，档位接线柱标有相应的序号，用于区分多量程的多用电表档位。

利用导线，将表笔接线柱和其中一个档位接线柱相连接，则此时，表笔是和该档位接线柱上的电路连通，因此，在更换不同的档位接线柱的接线时，便实现了多用电表的换挡。

借助半圆换挡转换盘，帮助学生突破多用电表中换挡这个重难点。

图7半圆档位转换盘

161—档位接线柱，162—表笔接线柱

（2）校准电路。

如图8所示，校准电路包括：

电源，开关，滑动变阻器，小灯泡和标准数显式多用电表。

校准电路的搭建，可以分别为上方改装后的电流表和电压表提供测量，然后再结合标准数显式多用电表，对改装后的量程进行校准。

图8校准电路

21—电源，22—开关，23—滑动变阻器，24—小灯泡，25—标准数显式多用电表

特别说明，测试电路中，选用的是描绘小灯泡伏安特性曲线的实验装置，主要目的是为了让学生通过小灯泡亮暗程度的变化，能从感官上直接感知到，小灯泡两端电压和流经的电流发生了改变，再结合改装的表头指针的变化，更易理解。

同时，测试电路可以选取任何闭合回路：

能够提供恒定电流和恒定电压的即可，不一定是图8中所示的电路。

如，测电源电动势和内阻和测金属丝的电阻率等。

（3）生产生活中欧姆表的换挡改装。

教材中所给的多量程多用电表示意图中的欧姆档，只是从原理上给学生呈现了欧姆档的内部结构，但是这要求每更换一个档位就需要更换一次电源，和实际生产生活中常用的多用电表的欧姆档并不相符，因此设计了如图9所示的电路图。

图9欧姆表换挡改装电路原理图和欧姆表换挡电路图

1—表头，2—档位电阻，3—可调电阻，4—档位转换接线

5—红表笔接线柱，6—电源，7—黑表笔接线柱

如图9所示，欧姆表换挡电路包括：

表头，档位电阻，可调电阻，档位转换接线，红表笔接线柱，电源和黑表笔接线柱。

其中，档位电阻采用了电阻插座来实现电阻的连接，这样能够确保在更改不同的表头，或所需不同规格的电阻时，均可通过串并联的方式接入到电路中。

档位转换线与不同档位电阻连接时，即可实现欧姆表的换挡。

如图10所示，是将实验时常用的多用电表拆开后，利用透明的亚克力玻璃板进行封闭，确保能够从外面，准确地看清楚其内部的结构。

图10实验室常用的多用电表

（4）拓展实验。

如图11所示，将表头改装成电流表和电压表以后，应用到描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，用于测量真实电路中的电压和电流。

这样既培养了学生的动手能力，学生能够学以致用，又激发了学生学习物理的兴趣。

图11改装表头的应用

三、实验创新要求/改进要点

（一）实验装置创新点

（1）加深学生对实验原理的理解

在元件固定板的背部，设置了白板，学生在实验前，进行实验原理的设计。

这有利于考察学生对实验原理的掌握，促进学生的实验分析能力。

（2）简化实验装置，提高课堂效率

采用了“乐高”式的方法来搭建实验平台，可以将实验器材按照实验原理图的形式进行固定，清晰明了，导线不易相交，让实验更具灵活性，学生更易理解，且实验过程中实物图的搭建连接简单便捷，提高了课堂的效率。

（3）凸显“多量程”，培养动手能力

电阻插座将金属膜电阻引入到电路中，小到0.1Ω，大到兆欧，均可以通过面包板快速的“焊接”到电路中，改装元素丰富，且免焊接，学生易操作。

这不仅凸显“多量程”的多，而且为学生动手实验提供了条件，培养了学生的动手能力。

（4）学生自主设计，突破读数难点

表头采用亚克力玻璃板制成，自由取下，利用白板笔书写，以适用于不同量程的表头刻度。

学生可以根据已知电阻的阻值计算量程，或根据量程计算所需电阻阻值，实现了学生自主设计，自主制作表盘刻度。

这不仅帮助学生突破了读数难点，而且学生能够参与到实验中来，培养了学生的动手能力。

（5）功能集成化，一体多用

可用于完成人教版选修3-1第二章恒定电流章节中所涉及的所有实验：

测绘小灯泡的伏安特性曲线（教材P47），探究导体电阻与其影响因素的定量关系（教材P56），探究导体电阻与材料的关系（教材P58），多用电表的原理（教材P63），多量程多用电表的示意图（教材P65），练习使用多用电表（教材P67），测定电池的电动势和内阻（教材P70）等。

（二）实验装置与教学过程结合的创新点

（1）巩固新知复习旧识

演示实验和学生自主实验相结合，让学生更易理解，突破教学中的重难点。

表头的改装，让学生理解表头改装的原理；多量程多用电表，让学生掌握量程改变的方法；多用电表档位的更换，巩固加深对多用电表的理解，符合学生的认知规律。

为掌握多用电表的原理，本实验构建以多用电表为核心的实验套装，思路清晰、直观；且有助于学生巩固加深对欧姆定律、串联电路和并联电路的理解，提高逻辑思维能力。

进一步提高了应用闭合电路欧姆定律分析解决问题的能力。

（2）使用方式多样化，覆盖面广

能与各种不同类型的表头改装的题目相结合。

如，题目中所给的电流表或者电压表的量程不够，需要学生根据所提供的器材，改装成更大量程的表头，满足题目中的所给条件。

在传统的题目讲解中，处理的方法，都是画原理图进行理论分析，最后得到理论结果，学生并无太大的感触，不知道具体的实验情况如何，再加上电学知识的抽象性，学生理解存在很大难度。

而结合本实验器材进行改装，让学生亲身体实验，参与实验，降低思维难度，并可培养学生仔细观察，真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。

（3）培养学生探究意识，提升动手能力

实现了物理知识与实验操作的转化，让课本知识服务于实践。

激发学生产生质疑，探究新的问题，培养学生的科学探究素养。

四、实验原理/实验设计思路

启发来源：

人教版选修3-1第二章恒定电流第四节串联电路和并联电路中的表头改装和第八节多用电表原理中的“说一说”栏目下的多量程多用电表示意图，均无具体的实验装置，且表头改装的相关实验中，实验室现有的教学仪器仅有多用电表，实验器材的单一给该部分内容的教学造成很大的阻力，然而电表的改装却是历年高考中的重难点，如2017年全国卷三的第23题，考察的就是多量程多用电表示意图，以及结合学生已有的认知规律深度挖掘教材，构建了以多用电表为核心的高中恒定电流电学实验套装。

将表头的改装和校准一体化的实验装置，目的是帮助学生突破电学实验重难点，以及为学生提供一套可以真正用于实际操作的电学实验套装，让学生能够动手体验，从实验中理解物理规律和概念。

（一）突破难点一：

实物图连接清晰明了

利用元件固定底板，使得所使用的实验器材，均可以固定在上面，也可以自由取下。

这样不仅能够确保在实验的过程中，按照实验原理图，在相应的位置摆放相应的实验器材，让实验理论和实物结合度更高，更有利于学生理解和掌握实验原理，而且能够确保利用香蕉插头线连接实物图的过程中，导线几乎不会相交，让整个实验连接图清洗明了。

（二）突破难点二：

表盘刻度示数的更改

将表头的刻度盘做成滑槽式，可以自由取出，且在刻度盘上，采用了透明的亚克力玻璃板来做隔板，使得表头改装成不同量程的电流表或者电压表的时候，可以反复采用白板笔在刻度盘上更改刻度示数。

这可以帮助学生突破多用电表的读数难点。

（三）突破难点三：

电阻插座扩展金属膜电阻

实验室常见的电阻有限，而对于表头的改装，不同量程，所需的电阻规格不同，为了能够尽可能多的满足不同量程的表头改装，则电阻的规格越多越好。

因此，将电阻插座引入，即可让各种不同规格的金属膜电阻都应用到电学实验中来。

不仅满足了不同量程表头的改装，而且还可以应用到电学实验中，能够做更多的实验。

且香蕉插座的连接形式，使连接更加便捷，提高课堂效率。

（四）突破难点四：

表头改装与校对

表头改装以后，需要对其进行校对，因此配备设置了校准电路和标准多用电表。

这能够帮助学生检查改装后的表头的精度，引发学生思考，激发学生的学习兴趣。

（五）突破难点五：

多量程多用电表的原理演示图

根据多量程多用电表的实验原理，可以搭建相关的实物图，且结合电阻插座引入的金属膜电阻，可以搭建各种规格的表头原理演示图，且使用了元件固定底板，使整个实物连接图和实验原理演示图布局相同，实验器材所在的位置清晰。

这些都促进学生不再只是把实验题目当成计算题目来做，而是给学生提供了实验的基础，培养学生的动手解决问题的能力。

（六）突破难点六：

多用电表的换挡演示与讲解

多用电表的换挡原理，对于学生来说，一直是难点。

结合表头和多个电阻插座，搭建出多个档位，红黑表笔接在不同的位置，则代表的档位不同，帮助学生理解多用电表是如何换挡的。

从原理上讲清楚多用电表的换挡情况以后，再将实验室常用的多用电表的结构通过透明的亚克力玻璃板向学生展示，让学生能够看到集成化以后的多用电表的内部结构，更进一步的帮助学生透彻的理解多用电表的工作原理。

（七）拓展实验

以多用电表为核心的高中电学实验套装，在表头改装时，配备了校准电路。

而校准电路的搭建，即可利用本套实验器材，完成人教版选修3-1第二章恒定电流第三节到第十节所包含的实验，甚至是一些其他的电学实验，如半偏法测电阻等。

本装置还可以突破电学实验中的另一难点，即电流表的内外接法。

利用相同的表头改装成相同量程，却具有不同内阻的电流表或电压表，放入到回路中，进行对比分析。

进而帮助学生突破了电表选择的难点。

五、实验教学目标

（一）物理观念

（1）能够计算表头改装所需的电阻阻值。

（2）能够分析表头改装中串、并联电路的电流关系和电压关系的理论分析过程。

（3）能分析生产生活中的多用电表的工作原理。

（二）科学思维

（1）通过对电表改装的分析讨论，提高综合运用欧姆定律、电路串并联规律以及分析解决问题的能力，提高逻辑思维能力。

（2）通过表头的改装，再到实际生活中的多用电表的工作原理的认识，能够简化其工作原理，构建出多用电表的理想化模型。

（3）经历表头改装的一系列实验探究，以及改装后的校正，能够分析实验过程中出现的问题，对实验数据的结果进行误差分析，体会科学探究的思维方法。

（三）科学探究

（1）通过对表头改装的实验探究，了解多用电表的基本结构，得出多用电表改装的方法。

（2）通过设计实验研究过程，提升实验素养，体验科学探究的乐趣。

（3）通过理论分析和实验探究论证掌握多用电表改装的工作原理。

（四）科学态度与责任

（1）在学习过程中感受物理学习就是通过理论分析和实验探究的有机结合来探索自然现象所隐含的科学奥秘。

（2）在实验中提升严肃认真，仔细观察，真实记录实验数据，实事求是的科学态度与合作意识。

六、实验教学内容

（一）多量程多用电表改装与校正

（二）生产生活中欧姆表的换挡改装

（三）拓展实验

七、实验教学过程

（一）巩固复习，引入新课

（1）引导学生复习回顾表头如何改装成电流表和电压表。

（2）学生描述生活中遇到的使用电压表，电流表和欧姆表的地方。

（3）引导学生思考，有没有可能将三种表合三为一？

（二）实验探究

（1）多量程多用电表。

1）实验原理理解。

1结合教材所给的例题以及串并联电路的特点，思考如何将表头改装成欧姆表？

引导学生去看书，在限定的范围内思考，易得出表头改装成欧姆表的原理和相应的计算方法。

2结合多量程多用电表示意图和多量程多用电表电路图，完成教材中的“说一说”栏目。

引导学生结合多量程多用电表示意图和多量程多用电表电路图，以及欧姆定律和串并联电路的知识，让学生掌握多量程多用电表的改装实验原理。

2）改装与校正。

为学生提供表头的相关数据，满偏电流

，

，欧姆档的刻度中值为6，完成下列改装以及改装后进行校正。

1结合教材本章第四节所给的例题以及串并联电路的特点，思考如何实现当开关S接到1时，改装成20mA的电流表，当开关S接到2时，改装成10mA的电流表？

且结合所改装的量程，更改刻度盘上相应的刻度示数，并结合测试电路对改装后的电流表进行校正，以及进行误差分析？

为学生提供测试电路对改装后的电流表进行校正，以及要求进行误差分析。

培养学生的思辨思维，让学生从感性认识，升华到理性认识，帮助学生构建模型，并理解模型的本质。

2结合教材本章第四节所给的例题以及串并联电路的特点，思考如何实现当开关S接到5时，改装成1V的电压表，当开关S接到6时，改装成5V的电压表？

且结合所改装的量程，更改刻度盘上相应的刻度示数，并结合测试电路对改装后的电压表进行校正，以及进行误差分析？

为学生提供测试电路对改装后的电压表进行校正，以及要求进行误差分析。

培养学生的思辨思维，让学生从感性认识，升华到理性认识，帮助学生构建模型，并理解模型的本质。

3结合教材本节所给的例题以及串并联电路的特点，思考当开关S分别接到3和4时，能否真的实现两个欧姆档位的转换？

如果要实现，能够实现哪些档位？

并结合表头所给的数据进行理论计算如果要实现四个档位，所对应的电源应该是多大？

引导学生进行理论分析，用理论来指导对数据的处理，帮助学生更好的理解欧姆档换挡的工作原理。

（2）欧姆表换挡电路改装与校正。

请根据所给的表头的数据和一节干电池，以及欧姆档换挡电路原理图，进行计算，将其改装成生活中常见欧姆表四个档位，并将刻度盘示数进行更改，再用定制电阻进行校正。

学生经历了对欧姆档档位的更改，以及刻度盘刻度示数的更改，让学生从根本上搞清楚欧姆表的工作原理，尤其是中值电阻的含义，以及欧姆档刻度盘不均匀的原因。

提高欧姆定律的综合应用，提升学生运用所学知识解决生活中实际问题的能力。

（3）了解实验室常用多用电表的内部结构。

请观察实验室常用多用电表的内部结构，说说结构具有什么特点？

为什么要这么做？

请尝试设计出一块成本最低的多用电表原理图吗？

让学生了解生产生活中的多用电表，感受知识从理论，走向实际的过程中，考虑的因素很多，要结合实际情况考虑，要求更高，培养学生的动手能力。

（三）拓展实验

学生利用改装好的电流表和电压表，应用到实际的电路中，进行测量，帮助学生练习使用多用电表。

八、实验效果评价

结合教材中“说一说”栏目的多量程多用电表的原理图，以及学情，提供了测试电路，让学生不仅可以对改装后的表头进行校正，而且让学生去体会到知识应用解决实际问题的乐趣，利于学生快速准确的构建多用电表改装的模型结构。

再对欧姆档换挡进一步的深挖，让学生从根本上理解其换挡的原理，再引导学生观察生产生活中实际的多用电表的内部结构，对学生有一定的启发，既强化了学生对多用电表改装的理解，内化欧姆定律，串并联电路知识，同时大大提升了学生的创新能力和团队合作意识。

利用多量程多用电表实验仪，能快速准确的对表头进行改装和校正，课堂效率得到优化和提高。

实验装置同时能完成版选修3-1第二章恒定电流章节中所涉及的相关实验：

测绘小灯泡的伏安特性曲线（教材P47），探究导体电阻与其影响因素的定量关系（教材P56），探究导体电阻与材料的关系（教材P58），多用电表的原理（教材P63），多量程多用电表的示意图（教材P65），练习使用多用电表（教材P67），测定电池的电动势和内阻（教材P70）等，功能集成化，更具有启发、拓展性。

将理论与实际相融合，贯彻落实新高考改革的教育理念，着力培养能自主思考、自主创新、自主研发的新型复合型人才。