從限流式到分壓式電路的建構(gòu)

梁燕飛

摘 要：本文針對學生畫分壓式電路時容易出現(xiàn)一些錯誤，筆者從教與學的角度分析了錯誤的原因，并結(jié)合建構(gòu)主義的學習理論，試圖改變以往傳授式教學的方式，對電路的教學進行了重新設計。設計旨在讓學生在已有的知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，從限流式電路出發(fā)，經(jīng)歷一系列問題的發(fā)現(xiàn)、分析、解決的過程，一步步建構(gòu)出分壓式電路，最終實現(xiàn)教學目標。

關(guān)鍵詞：限流式；分壓式；建構(gòu)主義

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）10-0041-2

在高中物理電學實驗中，有兩種典型的實驗電路設計，按滑動變阻器的接法不同，我們稱為限流式電路（如圖1）和分壓式電路（如圖2）。多年的教學發(fā)現(xiàn)，在考查實驗電路圖時，很多學生都不能畫出正確的分壓式電路圖。比如兩種典型的錯誤是，將滑動變阻器“并聯(lián)”入電路。筆者試著分析產(chǎn)生錯誤的原因，認為可以從兩個角度來看。從教學角度看，在上《歐姆定律》這一節(jié)的新課時，為探究金屬導體的電流和電壓的關(guān)系，教材上給出了分壓式電路，教師在上課時往往也是直接給出分壓式的電路，至于為什么用這個分壓式電路，教師的解釋通常是這樣的：與限流式的電路比較，可以發(fā)現(xiàn)分壓式電路的優(yōu)點是電壓可以從零開始增大，且電壓的變化范圍更大了，這一點可以通過實驗來說明驗證。在這里，電路的教學屬于一種典型的傳授式教學。從學習者角度看，分壓式電路是教師直接“灌輸”給他的，學生只是被動地在接受，他們不明白這個電路是從哪來的，人們是怎么設計出來的，他們只是機械地在記憶這個電路圖，所以也就容易忘記，容易記錯了。

建構(gòu)主義認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境下，借助其他人（包括教師和學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過有意義建構(gòu)的方式而獲得。學生是信息加工的主體、是有意義的主動建構(gòu)者，而不是外部刺激的被動接受者和被灌輸?shù)膶ο蟆＝虒W不能無視學習者的已有知識經(jīng)驗，簡單強硬地從外部對學習者實施知識的“填灌”，而是應當把學習者原有的知識經(jīng)驗作為新知識的生長點，引導學習者從原有的知識經(jīng)驗中，生長新的知識經(jīng)驗。教學不是知識的傳遞，而是知識的處理和轉(zhuǎn)換。教師不單是知識的呈現(xiàn)者，不是知識權(quán)威的象征，而應該重視學生自己對各種現(xiàn)象的理解，傾聽他們的看法，思考他們這些想法的由來，并以此為據(jù)，引導學生豐富或調(diào)整自己的解釋。在建構(gòu)主義學習環(huán)境下，教師和學生的地位、作用和傳統(tǒng)教學相比已發(fā)生很大的變化。

基于建構(gòu)主義學習理論，筆者對分壓式電路的教學嘗試了這樣的設計：

問題1：為了探究金屬導體的電流和電壓的關(guān)系，能否設計出實驗的電路圖？

學生活動：根據(jù)初中已學的知識，設計的電路是限流式電路。

教師：根據(jù)學生設計的電路進行實驗，（實驗時Rx=1.1 KΩ， 滑動變阻器最大阻值R=20 Ω，電源用新的兩節(jié)干電池）多次調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)電壓的變化很?。◣缀踅咏? V不變），不能測出多組實驗數(shù)據(jù)。

分析 滑片打在最上端時，滑動變阻器全部連入電路，回路電流最小，所以Rx上的電壓最小。打在最下端時，滑動變阻器連入電路的電阻為零，回路電流最大，所以Rx上的電壓最大。但Rx>>R，所以電流幾乎不變，電壓的變化非常小。

問題2：你能否改變滑動變阻器的接法，實現(xiàn)Rx上的電壓從零開始增大，且電壓的變化范圍更大？

學生活動：討論后設計了將滑動變阻器“并聯(lián)”接入電路（如圖3）。

師生共同討論分析電路的優(yōu)缺點。

分析：當滑片打在最左端時，R與導線并聯(lián)，電壓為零，滑片向右移，電壓不斷增大，滑片打在最右端時，電壓最大。實現(xiàn)R上的電壓從零開始增大，唯一的遺憾是，滑片在最左端時，電源被短路了，這是不允許的。

問題3：如何解決電源被短路的問題？

學生活動：提出可以加保護電阻，并重新設計了電路（如圖4和圖5）。

師生共同討論分析圖4和圖5存在的問題。

分析：圖4中，Rx兩端的電壓不能從零開始增大，且電壓變化很??；圖5的電路中，Rx與滑動變阻器左邊部分并聯(lián)，再與干路上的R0串聯(lián)，實現(xiàn)了電壓從零開始增大，電壓的變化范圍較大，而且電源不會被短路，只是Rx兩端電壓的最大值比不接R0時略小。

問題4：能否將圖6電路中的導線做適當?shù)淖兓瑢崿F(xiàn)跟圖5一樣的電路連接？

學生活動：經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，只要斷開ab導線即可，最終設計出圖2的分壓式電路。

師生共同討論圖2的電路特點。

分析：若斷開ab導線，Rx與滑動變阻器左邊部分并聯(lián)，滑動變阻器的右邊部分就相當于R0接在干路上。當滑片打到最左端時，Rx與導線并聯(lián)，此時Rx兩端的電壓為零，滑片向右移動，電壓從零開始增大，滑片打到最右端時，Rx兩端的電壓達到最大，接近電源電動勢。通過實驗測得此時電壓的變化范圍是0～2.7 V。

至此，學生的疑問得以解決。

在設計時，筆者的意圖是希望建立在學生已有的知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，讓每個學生能按照自己的知識建構(gòu)出新知識。從教學角度看，知識不再是直接灌輸，而是在教師的啟發(fā)下，學生自主建構(gòu)新知識，教師的任務是充分發(fā)揮學生的主體地位，幫助學生成為有意義的主動建構(gòu)者。從學習者角度看，學習是以學生為主體，強調(diào)學生自主性和能動性，讓學生主動探索，使學生在學習中不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，最終實現(xiàn)教學目標。有不當之處，盡請廣大讀者批評指正。

參考文獻：

[1]http：//baike.baidu.com/view/630921.htm建構(gòu)主義學習理論

（欄目編輯 羅琬華）