2018年12月27日 星期四

歐姆定律教學

一樣直接從實驗開始
但因為之前已經玩太兇,學生也累了...
加上整個實驗裝置需要有高功率又能調電壓的電源
實在很難準備十組
因此直接紀錄老師的實驗數據就好(之前試作的)
(整個實驗就是調整電壓,紀錄電流而已...,很無趣)
把學習表現放在數據處理與分析上

一個是燈泡、一個是LED
調整電源的電壓,紀錄通過的電流大小
數據會跳,如何取捨要有方法
再來要將兩組數據用圖來呈現
電壓電流何者當X軸和Y軸?
也是很多學生搞不清楚的地方
基本上我們會習慣操縱變因是X軸
應變變因(實驗結果)當Y軸
就好比數學上未知數通常為X,Y則是代入X的結果

光是這個步驟也花了學生十多分鐘
雖然之前軌跡圖已經練習過
但許多學生對於把數據用圖形表達還有很大的困難
只能有機會就多多練習了(機會是老師要刻意製造的)

兩張圖有明顯的不同
你能說出有何差異嗎?
可以直接解讀圖形結果就好

後續還是要靠老師協助
這種圖形分析一般國中生很難可以獨力完成
從數學的角度來看
斜直線代表甚麼?
...所以V/I是一個定值,V/I就是R的定義
歐姆定律就出來了
但當初歐姆在定義時是電阻溫度必須維持不變
我們的實驗有作到這樣嗎?
沒有!但燈泡的V-I的圖是很接近歐姆定律的

再看看LED的圖
明顯V/I不是定值(圖形不是斜直線)
因此LED是不遵守歐姆定律的

回家再完成V-R的圖形
R值用計算機就好,不需要花時間在"計算"這件事
你會發現另一個有趣的結果

燈泡的電阻其實還是會隨著電壓上升而上升
並非真的為定值
為甚麼會這樣?(這就是真實的世界)
雖然是同一個實驗(數據)
不同的圖形的分析,可能會讓你得到不同的結果
(人生也是如此啊~~不同的角度切入就會有不同的想法)
這也是數據分析最重要的地方

同樣的
LED的V-R圖更可以明顯看出在某個電壓後電阻瞬間變小了





這些科學上的訓練不需要拿甚麼特別的素材
就是課本要教的學習內容
過程中不斷練習科學方法,實驗紀錄也是用學習表現的內容來呈現
課上完,內容也教完
但,過程中的科學精神也慢慢灌輸到學生心中...
至於學生真能吸收到多少...我努力了
只要有兩三個,就值了