千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金——在课题中的成长感悟

罗布林卡

双十一那天，我在校内开了一节《物态变化》单元复习课之后，与宋静老师确定了我接下来要开《测量电功率》这一节课。我非常高兴，能够有这样一次难得的机会，通过磨一节课，得到课题组内优秀的老师们的指点，使我获得了很大的提升。
一、关关难过关关过，事事难成事事成。
1.以终为始，明确了要去向哪里，才开始前进。
在和十九中陈英华老师、教育研究院宋静老师讨论《测量电功率》这节课的时候，我们提出的想法是：前一节课《电流做功的快慢（第二课时）》中，石云老师的研究是针对同一个小灯泡，改变其两端电压，观察电流和电功率变化，以及灯的亮度的变化。下一节课《测量电功率》，试图解决掉的是两个不同的小灯泡亮度与功率之间的关系。在沪科版物理教材中，并没有准确给出测量小灯泡电功率的结论。我们通常见到的结论说法是：小灯泡的亮度由电功率决定。这句话准确吗？需要通过实验来说明。我们的猜想是，如果这个结论是正确的，那么，对于不同规格的小灯泡，是否会满足，当电压不同，电流不同，而功率相同时，亮度相同呢？

　　为了搞明白不同小灯泡的亮度和电功率之间的关系，我们需要能够准确得到电功率以及灯的亮度的数值。功率可以用电压和电流来间接计算，因此我们现在遇到的第一个问题是如何测量出小灯泡的亮度？我想到的是照度计。这里，我校高春礼老师提出，一节公开课，不应该是表演课，应该有一个基本的要求，就是可复制性。其他老师看完这节课，会觉得有所收获，回去之后自己也可以做得了。对此观点，我们课题组一致表示赞同。因此，之后我们的备课都遵循这一个原则，即可复制性。光照强度虽然是七个基本物理量之一，但是在初中物理课程中没有要求，因此照度计也不是一个必须的测量仪器。但是亮度还是要测量的，于是我想到用手机自带的光传感器来实现。我测试的方式是：控制环境相同，使用两盏相同规格的灯，在控制距离相同的情况下，光照计测到的数值相当。在测试了几种不同的APP之后，我选择“手机物理工坊”，英文名“phyphox”，测量显示的数值界面清晰，显示简明，如图1所示。需要注意：软件本身是配合硬件使用。如果手机没有光传感器，在光这一项会变成灰色，无法从手机光传感器获取数据。我使用的手机是P30。

图1 手机物理工坊界面

接下来，我使用电压表、电流表和手机照度计，反复使用1.5V，2.5V，3.8V，4.8V的小灯泡进行实验，测量小灯泡的电功率，探究不同的小灯泡亮度与电功率之间的关系。测量结果如图2和图3所示：

图2 实验数据表1

图3 实验数据表2

从测量结果可以看出：1.同一规格的灯，两端电压一定时，电流大小大致相当，但也不完全相同。2.同一规格的灯，电压一定时，电功率一定时，光照强度并不相等。3.同一规格的灯，光照强度近似相等时，功率不同。例如，表1中三号灯泡电压为3V时，和四号灯泡电压为2.5V时进行对比，两者的光照强度分别为357.9Lux和347.3Lux，而它们的功率分别为1.32W和0.9W。4.两种不同规格的灯，电压不同，电流不同，光照强度近似相等时，功率不同。例如表1中的一号灯泡电压为3V时，和表2中五号灯泡电压为4V时，两者的光照强度分别为698.3Lux和680.6Lux，而它们的功率分别为1.2W和1.52W。

至此，我们用实验推翻了我们的猜想。

对于本实验的结论，课题组老师们也进行了讨论。我们的讨论点在：用“决定”还是用“影响因素”。灯的亮度与实际功率之间的关系，能否用决定这个比较严格的词来界定呢？通过实验，我们发现，如果只说“灯的亮度由实际功率决定”是不严谨的。“灯的亮度由实际功率决定”这个观点意味着：电功率相同，灯的亮度相同；电功率越大，灯就越亮。但是，实验结果中出现的反例，已经推翻了这个结论。因此，不能用“决定”。也不能只说是“灯的亮度与实际功率有关”，因为“有关”这个词又太宽泛了。如果一节实验课结束，只得到“有关”的结论，而没有说是怎么样的关系，那意义不大。这里，我们决定描述为：“实际功率越大，灯越亮。”这样还不够，因为从实验数据中我们会发现，对于不同规格的灯，如果实际电压比额定电压小很多，那么，就算实际功率大，灯也还是比较暗。经过几次线上讨论，我们确定的结论是：“同一规格的灯，实际功率越大，灯越亮。”

　　我们曾经还讨论过，给出这样的结论：不同规格的灯，当功率相同时，亮度不同。但是考虑到学生日常做题时更经常越到的情况还是同种规格的灯，担心这样的结论，反而会对学生理解灯的亮度与实际功率之间的关系造成负面迁移，因此放弃这个说法。
　　以终为始。我们在确定了结论之后，才反过来确定我们实验目的的说法。

图4 其中一次线上磨课截图

2.好的开始，是成功的一半。
为了激发学生探究灯的亮度与实际功率的关系，我们在引入的部分使用一块示教板。目的是展示：1.额定功率大的灯，不一定就更亮。两个不同规格的白炽灯，A灯“220V 60W”和B灯“220V 15W”，并联时，A灯亮。符合猜想，但是改接成串联时，B灯亮。造成学生的认识冲突，并不是额定功率大的，灯就一定更亮。2.并联电路中，电压相等，但是灯的亮度不同，说明灯的亮度不是只与电压有关。3.串联电路中，电流相等，但是灯的亮度不同，说明灯的亮度不是只与电流有关。4.随着时间变化，灯的亮度几乎没有变化，说明灯的亮度与时间没有关系，也与消耗的电能没有关系。5.与电阻有关，对电阻的讨论包含在电压与电流中了。为了可视性良好地达成以上教学目的，这块示教板的设计就非常重要了。

　　图5并联演示

图6 串联演示

这是我们使用的第一代示教板，由林自强老师设计和制作。这套示教板的优点在于，可以使用两盏相同的灯，不用串联电路和并联电路分开展示，这样就不会出现因为灯不同，所以才导致亮度不同的质疑了。
　　但是这块示教板存在一个缺点：在接线处，导线金属是裸露的。家庭电路电压是220V，即便是老师演示操作，也有触碰到金属部分而触电的风险。为了改进，我设想是否有可以隐藏接线头进行反复插接的零件。果然经过多方查找，真的找到了这样“公母对插接线端子”。

图7 公母对插接线端子

图8 免剥线T型接线端子

同时，为了可以免掉接线处的电工胶，我还使用了这种免剥线T型接线端子，导线效果好，使示教板更加美观。在后文图10-图12可以看到示教板的效果图。 3.引出问题的地方，也是解决问题的地方。
引出问题，完成实验，得到结论之后，还要用得到的结论回来解决一开始的问题。为什么相同的两盏灯，在串并联电路中亮度不同呢？我们希望从理论和实验两个角度来解释。

理论角度，并联电路中，P=U2/R，实际功率与电阻成反比。串联电路中，P=I2R，实际功率与电阻成正比。因为实际功率不同，灯的亮度发生变化。通过理论解释，进一步强化，同一规格的灯，实际功率越大，灯就越亮的结论。

实验角度：使用功率计，测量出两盏灯的实际功率。一开始用黑色电工胶贴起来，讲到实验结论的时候，撕开电工胶，马上揭开谜底。

图9 数显功率计

如图9所示，是我们实验中使用的功率计。在演示串联电路时，可以看到，电流相等，0.14A；在演示并联电路时，可以看到电压相等，238.6V。在理论解释灯的亮暗时，可以直接通过显示出的电压和电流，计算出两灯的电阻，进而引导学生解释两种情况下实际功率的大小。

图10 串联时电流示数

图11 并联时电压示数

4.充分利用教学资源。
为了使实验结论更加严谨，教学设计的第二部分，我安排了白炽灯与LED灯两种不同类型的灯，探究这两种不同类型的灯，亮度与其实际功率的关系。使用手机光照计，在用纸筒控制距离的前提下，测灯的亮度，会发现LED灯更亮，白炽灯较暗。根据之前的结论来猜想的话，应该是比较亮的LED灯功率更大，而揭开胶布后发现，LED灯的实际功率更小！

图12 LED灯与白炽灯的实际功率对比

那么是不是之前的结论不对呢？并不是，而是因为这两种灯，发光原理不同。白炽灯从电能转化为内能然后转化为光能，LED灯直接从电能转化为光能。为了使所有学生都可以直观感受到两个的不同，如图13所示，用希沃授课助手，直播使用测温仪测两灯的温度。会发现白炽灯温度，而LED灯接近室温。进一步用铅笔芯通电发热并烧断的实验来说明白炽灯的发光原理。用测温枪的好处是，学生不用因为害怕而不敢去摸，同时可以让全班同步都能看到这个现象，进而理解两种灯的不同的发光原理。

图13 直播测灯的温度

图14 直播白炽灯的发光原理

为了能够使白炽灯的发光原理的实验现象可视性效果更好，我做了很多次的实验器材改进。最开始使用物理实验室讲台上的30V电压，测试效果很好，但是不方便携带到教室。使用干电池，效果不理想。后来改用学生电源，初中学生电源会电流太大自动断电保护，改成高中学生电源，并且测试了学生电源的不同输出，最终使用的是12V的直流输出铅笔芯的支撑系统也几经更迭，一开始使用纸杯，然后使用泡沫箱，最后改为木板和金属丝支架。并且发现当导线夹直接夹在铅笔芯两端的时候，效果最好。所以最后我用漆包线徒手拗了一个架子，固定在木板上，做成了一个演示仪。实验可视性效果非常好，能够做到在30s内非常明显地观察到：铅笔芯发红发热发光，到最后烧断，还能够观察到铅笔芯最终升华变细。

图15 白炽灯的发光原理演示仪第一代

图16 白炽灯的发光原理演示仪第二代

图17 白炽灯的发光原理演示仪第三代

5.信息技术辅助教学能力得到提升

以前上课的时候，常常发现，习惯使用希沃授课助手的热点来连接，稍微走远一点或者息屏可切换到其他程序，就容易掉线，要重新连接。

这次开课，研究之后发现，希沃授课助手还有其他我没有用上的功能。

因为我们学校现在已经实现网络全面覆盖，所有的希沃一体机都连到了校园网络，手机也可以连接校园的无线网络。因此不需要连接热点，只要将手机连接到与希沃一体机同一网络后，再扫描希沃授课助手上的二维码，就可以比较稳定地将手机上的希沃授课助手与电脑连接了。

我们通常使用比较多的是希沃授课助手的拍照上传功能：选择界面上的“文件上传”，然后点选手机上已经拍摄的照片或是视频，每次最多可以上传4张照片或是一个视频。

这次我发现，希沃授课助手还有同屏功能、直播功能和翻页笔的功能。

1.选择屏幕同步后，将手机画面与电脑同步，就可以实现手机app上的光传感器测量数据等直播到屏幕上，电脑上所显示的画面如前面图1所示。

2.直播功能。选择希沃授课助手界面上“移动展台”的功能，其中第一项就是直播功能，能够非常方便的将演示实验的画面同步直播出来。

3.翻页笔功能。选择希沃授课助手界面上“课件演示”的功能，当希沃一体机上正在播放希沃课件时，就可以用手机当做翻页笔控制课件的演示了。

如果是用PAD来控制希沃授课助手，还可以使用触摸板功能在课件上涂涂写写。但手机屏幕比较小不太方便，所以我一般没有用触摸板功能。

6.还有一些准备了，但是最终没有用上的实验器材。

　　我将实验室中原有的家庭电路演示板做了改进。1.原本的电能表是电子脉冲灯加机械式数值显示，改进之后的电能表是全数显，可以同时测量出电路中的电压，电流，电能和电功率。我用这个数显电能表，作为功率计来使用。感谢福州大学电子信息工程学院林东老师借给我这个电能表。2.原本的开关是拉线开关，我将它改为教室中更新换代不用的风扇变速开关，也就是用来分压的电位器。

　　这样就可以实现，调节开关的不同档位，观察到灯的亮度不同，功率计显示出的电功率大小也不同。在几次调节不同档位后，就可以由学生总结得出：同一个灯，实际功率越大，灯越亮。

在改进这个教具的过程中，我对电能表“1”“3”输入，“2”“4”输出有了更深的认识。对我自己而言，就像是上了一节项目式学习的电工课。

虽然这套器材的演示效果也很好，但是因为后来使用了数显功率计，直接测每个灯的功率，所以这套器材就没有派上用场，为了服务于教学目标而舍弃了。如果把这套器材放在《电流做功的快慢（第二课时）》，用来说明实际功率与用电器工作状态之间的关系也是很好的。

图18 两种电能表

7.语言还需磨炼，教学机智不足。

在正式公开课前，每一个片段都逐字逐句掐着时间打磨过7遍，总共完整试讲了4次课。自我反思主要的问题是语言不够精炼，问题导向性不够明确，临场应变能力较弱，教学机智不足。在备课过程中，还发现自己常常会在思维上自我设限，不是想着怎么去解决问题，而是自己先否定了做到的可能，这些都是我触及到的自己能力的边界。我很喜欢这种触及到能力边界的体验，那意味着，我在这个地方再往前一点点，就可以比以前的自己做得更好了。 二、千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金。

1.公开课现场掠影。

图19引入时，两灯并联

图20 引入时，两灯串联

图21 连接实物图，分析注意事项

图22 分组进行实验，记录数据

图23 白炽灯发光原理实验

图24 家庭电路中测用电器电功率

2.名师点评促成长。

　　以上视频是福州第十一中学汪孝泉副校长点评我这节课的教学思路。

市研训中心组成员陈英华老师提出了一个很重要的观点：当教师的教与学生的认知水平有距离时，作为教师如何把握这个距离，是一件需要反复研磨的一个过程。

　　福州教育研究院宋静老师提醒老师们，要善于研究教材，以磨课带动教学研究，力求突破学生学习难点。

人生第一节市级公开课，作为岗位培训，极为重视，废寝忘食准备了一个月。数次教研组内磨课，数次课题组内磨课，数次线上磨课。备课过程得到了教育研究院宋静老师、十九中英华老师等全体课题组老师，我校高春礼老师、我师傅许秀全老师等全体物理组老师的全力支持。从教学设计到教具，都历经了几次迭代。现场同学们的表现也非常优秀，思维敏捷，分组实验操作熟练，同学之间合作融洽，我为他们感到骄傲。

　　成长，需要由内而外去打破舒适区。我走出了这一步，通过备课中付出的点点滴滴，编织起对自己在物理教学上的信心，也进一步激发我对物理教学的热情。现在想来，虽然我还有很多可以做，当时却没有想到和做到的事情，成为遗憾，但是经过这样的一次磨练，我看到了自己的局限，也看到了自己成长的可能，这是我参加课题的价值和意义所在。

图19 课题组合影