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试探游标卡尺有效教学策略

范文

黄吉荣+周新雅+肖三保+沈文君

【摘要】游标卡尺是一种比较精密且其构造相对复杂的测量仪器，是高中物理实验的基本测量工具，如何应用游标卡尺测量长度是学生必须掌握的内容。当前关于游标卡尺教学的研究大多侧重于为应试而教的研究，学生学习的知识是支离破碎的，这与新课改理念是不符的。在新课改背景下，教师不仅要传授专业必需的理论知识，更应注重学生物理思维的培养。本文将从游标卡尺的结构原理出发，试探游标卡尺行之有效的教学策略。

【关键词】游标卡尺;新课改;有效教学

1.游标卡尺教学

在教学过程中，游标卡尺的结构与原理是不容易被理解的，本文将从学生原有认知出发，使游标卡尺这个完整的物理模型在学生的脑海中逐步构建，其教学分为三个部分： ①卡的教学②游标的教学，游标卡尺的读数。在卡的教学过程中主要是向学生构建一把既可以测内外径又可以测深度的“多功能尺子”，为了突出重点游标卡尺游标部分的刻度只露出零刻度线其余部分先用胶布遮住。游标的教学主要内容是游标卡尺的游标测微原理，为了讲清这一原理本文将借助多媒体演示法放大主尺，并在小数毫米部分刻上假想的刻度线，讲清楚这些假想的刻度线是怎样“分散”在游标刻度上的。最后通过小组练习使用游标卡尺进行读数，总结游标卡尺的读数方法与技巧。

1.1卡尺的教学

卡的教学主要针对游标卡尺具有多种测量功能，即：①外量爪可测量工件的厚度或外径。②内量爪可测量工件的槽宽或内径。③深度尺可测量工件的深度。游标卡尺最大的特点之一就在于游标卡尺中“卡”的由来，上世纪六七十年代机械制造厂的师傅一般都借助一种叫“卡钳”的工具去测量工具的内外径，卡钳按其功能分为“内卡”与“外卡”，分别用于测量工件的内外径，如图1所示。由“卡钳”过渡到游标卡尺卡的教学当中是及其符合逻辑的。在实施卡尺的教学过程中，教学重点就在于怎么去构建这种“多功能的尺子”及怎么样去读数。

首先，新课导入部分根据游标卡尺名称中“卡”的由来向学生展示需要测量的工件、内外卡钳、直尺及游标卡尺（游标部分的刻度只露出零刻度线其余部分先用胶布遮住）。

图1：内卡钳测内径 ? 图2：外卡钳测外径

引导学生应用卡钳（本身没有刻度）配合刻度尺使用去测量工件的内外径，如图1、2所示，然后对照游标卡尺的结构与功能，与卡钳进行比较。从而设计出这样一把可以直接测量工件内外径及深度的“多功能的尺子”，接着引导学生利用游标卡尺测量工件，测量数据=整毫米数值+估计小数毫米数值。测量过程中强调测量的长度是主尺零刻度线与活动尺零刻度线之间的距离，同时也有人认为测量的长度可以遵循平行四边性原则。

上述测量过程中是需要估读不能精确的测量工件的尺寸，最后向学生提出问题怎样才能更加精确测量工件。接着让同学们把游标卡尺遮住副尺刻度线的胶布扯掉，引导学生进行讨论并思考活动尺刻度线的作用。

1.2游标的教学

一般情况下，刻度尺能准确的读取测量值的整数毫米部分，小数毫米只能依靠人的肉眼进行估读，又由于人肉眼的分辨能力的局限性也不可能在一毫米刻度内刻更多的刻度来增加精确度。如果我们能够把一毫米的刻度放大或者分散开的话，这样就可以精确的读取数据。根据这样的物理思维再结合现代教育技术引导学生发现问题、解决问题，从而让学生理解游标测微原理。

（1）以10分度游标卡尺（0.1mm）为例，解读其刻线的原理

游标卡尺主尺是以cm为单位将其换算为mm，每一小格为1mm。当主尺与游标尺的0刻度线对齐时，游标尺的第10格刚好与主尺的第9mm格数线重合。由此可知，游标尺总长为9mm，平均分成10份，每一小格为0.9mm，即游标每一小格与主尺每一小格的长度相差1mm-0.9mm=0.1mm。通常讲到这里老师就会下结论其精度就是0.1mm，然后将不同规格的游标卡尺向学生展示，要求学生确定其精度，而这里往往就是学生不理解游标测微原理的地方。

为了讲清这一原理本文将采用多媒体演示法，从学生原有认知出发将游标卡尺放大并在主尺的一毫米格内添加假想的刻度线平均分成10份，这样游标卡尺主尺的精度就变为0.1mm，使游标卡尺的精确度增加，提问学生如果要使其更加精确那就需要在1mm的小格内刻更多的刻度线，这样的方法是不可行的。从而引导把注意力放到游标上，假设要测量线度为0.1mm的物体时，此时游标尺的0刻度线与假想的第一根刻度线重合，还有一个重要发现，由于游标每一小格与主尺每一小格的长度相差0.1mm，物体线度刚好将其补齐，从而使游标的第1根刻度线与主尺的第1根毫米刻度线重合，如图3所示，物体的线度1mm-0.9mm=0.1mm。老师进一步推演，当游标尺的0刻度线与假想的第n根刻度线重合时，游标的第n根刻度线与主尺的第n根毫米刻度线重合，物体的线度为n-0.9n=0.1n（mm），由此得出结论：毫米小数部分的测量跟游标刻度线与主尺刻度线那根对齐，对于第n根对齐则小数毫米部分的读数：n-0.9n=0.1n（mm）。这就是它能测量的最小长度，即其精确度。同理对于精度为0.05mm的游标卡尺，其游标刻度把主尺19格（19mm）平均分成20份，每一小格长度19/20mm=0.95mm，游标每一小格与主尺每一小格的长度相差1mm-0.95mm=0.05mm;精度为0.02mm的游标卡尺，其游标刻度把主尺49格（49mm）平均分成50份，每一小格长度49＼50=0.98mm，游标每一小格与主尺每一小格的长度相差1mm-0.98mm=0.02mm。

最后教师进行概括：利用游标刻度和主尺刻度微小差距值来实现对微小值的精确，其实是通过人眼分辨刻度线是否对齐的优势，将主尺刻度线对齐的游标刻度线来确定微小值是补了多少游标长度，把估读转变为刻度线是否对齐从而精确读出小数毫米部分的量值。

（2）游标卡尺精确度与游标刻度线分布的距离的关系

游标卡尺精确度是否与游标刻度线分布的长度有关？笔者使用Microsoft PowerPoint制作了如图4所示游标刻度分布19mm长的游标卡尺，要求学生确定其精度。

最后得出结论：游标卡尺精确度取决于将1mm分为多少份，而与把1mm分布在多大距离内无关。而游标卡尺精确度是以人眼的分辨对齐刻度线的能力为基础的，实验表明通常情况下人眼能分辨相距0.012-0.013mm的一对刻度线。为此游标卡尺的精确极限为0.02mm。

1.3游标卡尺的读数

本文将游标卡尺的读数读取分为整毫米数、小数毫米数两个部分。在此之前首先要确定游标卡尺的精确度。精确度的确定前面已经讲过，在此不再累赘。

整毫米数的读取：将主尺上的厘米换算为毫米，看游标尺上“0”线左边挨得最近那根主尺上刻线的数值，先读出整毫米数。

小数毫米数的读取：为提高准确率，可先观察游标上“0”线在主尺上的准确位置，以10分度（0.1mm）的游标卡尺为例，当游标上“0”线在主尺刻线上小于一半时，对齐线应在游标“5”线的左边找。反之，“0”线大于一半时应在游标“5”线右边找，最后确定游标尺上的第几条刻度线与主尺刻线对齐，小数毫米数等于游标刻度线数乘以游标卡尺精确度。

游标卡尺是高中实验的基本测量工具，是学生必须要掌握的内容之一。为此对于游标卡尺的教学教师要肯花时间，注重教学效益。用行之有效的方法把游标卡尺结构与原理讲清楚讲透彻，使学生对游标卡尺的构造有清晰的了解，这是对我们作为物理教师的基本要求。

【参考文献】

[1]顾庆裕.小议游标卡尺[J].中学物理，2010.28（17）：1-2

[2]王伟东.关于游标卡尺的教学策略研究：[硕士学位论文].广西：广西师范大学物理与通信电子学院，2007

[3]刘德路.教学用游标卡尺质量标准剖析[J].教学仪器与实验，1995.（4-5）：79

（作者单位：江西师范大学理电学院）

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