變習題為問題 由應用促創新

吳碧晶

摘? ?要：把分析動態電路的習題變成創新實驗設計題，體驗敏感電阻，學會解決實際問題，學會遷移創新，提高學生應用物理知識能力和科學探究能力，培養學生的創新能力。

關鍵詞：動態電路;滑動變阻器;敏感電阻;應用;創新能力

科技的發展，社會的進步，越來越需要大量具有創新能力的高素質人才。2017年9月，中共中央辦公廳和國務院辦公廳聯合印發了《關于深化教育體制機制改革的意見》，提出要在培養學生基礎知識和基本技能的過程中，強化學生的關鍵能力培養;培養學生的創新能力，激發學生的好奇心、想象力和創新思維，養成創新人格，鼓勵學生要勇于探索、大膽嘗試、創新創造[ 1 ]。物理是以實驗為基礎的學科，與生活實際問題緊密相連，在培養學生創新能力方面具有得天獨厚的優勢。我們要充分發揮物理學科的教學優勢，課堂上最大可能地激發學生的創造思維，開發學生的創造潛能，培養學生的創新素養。

動態電路在現代科技中的應用非常廣泛，動態電路的分析也一直是中、高考的熱點。傳統教學基本上都是用講授法，“簡單、粗暴、提分快，效率高”，學生只停留在解題方法和解題思路上，獨立思考的時間短，根本沒有上升到應用和反思的層面上。這種教學只能讓學生積累碎片知識，無法從整體上把控知識的來龍去脈[ 2 ]。學生課堂上提不起興趣，容易厭倦，學完即忘，多數學生心理上仍然無法攻克動態電路這個難點。本節課嘗試變習題為問題，由應用促創新，讓學生利用滑動變阻器來設計結合實際生活的動態電路，解決實際應用問題;體驗敏感電阻如何隨外界環境的改變而改變，發揮想象這些傳感器在生活中如何應用，體會現代科技的發展，感受創新的巧妙之處，促進創新能力的培養。

1? 夯實基礎，做好創新鋪墊

首先讓學生觀察圖1、圖2兩個常見的電路圖，能熟練分析電路中兩個電表示數如何隨滑動變阻器電阻的變化而變化。我們把電表示數隨變阻器阻值增大而增大姑且稱為正相關。如圖1中的電壓表示數與R2值就是正相關，電流表示數與R2值就是負相關，圖2中電壓表和電流表與R2都是負相關，為后續學習做鋪墊。

2? 應用實踐，感受創新的力量

教師：在實際生活和生產中如何利用滑動變阻器？大家嘗試一下，設計出能表示壓力變化的電路圖，注意要用正相關的電表來顯示。

設計意圖：以往動態電路分析往往直接分析現成的電路，通過開關通斷或者滑片移動讓學生判斷電路中電流電壓的變化，這是典型的習題。這里筆者變習題為問題，通過問題驅動，啟發學生思考如何設計出能表示壓力變化的電路圖。目的是讓學生在更真實的情境中通過解決實際問題，提升創新能力。

學生1：設計出圖3電路圖，當壓力越大時，彈簧被壓縮得越短，滑片向下移動，滑動變阻器電阻增大，電壓表示數變大，我們可以通過電壓表示數反映出壓力的大小。

學生2：設計出圖4電路圖，壓力越大，彈簧被壓縮越短，滑片向下移動，滑動變阻器電阻減少，電流表示數變大，R0兩端電壓變大，所以可以用一個電流表或并聯在R0兩端的電壓表來反映壓力大小。

教師：這兩位同學用不同的連接方法設計出來的方案都很好，推理完全正確！還有一位同學設計出圖5 所示電路圖，大家討論看看是否可行？

學生3：圖5中的滑動變阻器實際上是“假變阻”，滑片移動時電路中的電阻不變，對電路沒有影響，電流表的示數不變，所以不能用電流表的示數來反應壓力的大小。

學生4：電壓表示數與壓力大小是負相關，壓力越大，電壓表示數越小。要把電壓表改接在滑動變阻器的上半部分才可以。

教師：非常好，同學3能看到事物的本質，非常可貴，同學4能在原有基礎上改進也是一種很重要的創新能力。

設計意圖：鼓勵學生大膽設計，培養他們的發散思維，針對不合理的設計進行討論，培養學生思維的批判性。

教師：能否設計顯示出油箱中油量多少的電路圖？

學生5：把油箱放在圖3和圖4的彈簧上，通過壓力的變化反映油量的多少。

教師：很好，這是一種辦法，還有沒有其他設計方案？

學生6：如圖6，我用一個浮子吊在油箱中，當油量增加時，滑片上移，滑動變阻器阻值增大，燈變暗，電壓表示數增大;當油量減少時滑動變阻器阻值減小，電壓表示數較小，燈變亮。我家小車指示盤上油量燈亮起來時，我爸就說要去加油了，所以我在電路中設計一個小燈泡。（大家笑）

教師：這位同學非常細心，能結合平時生活經驗來學習，設計的電路很合理。

學生7：我的設計是利用杠桿連接滑片，如圖7所示，當油量減少時，浮子下沉，滑桿上翹，使R變大，電流表示數減小，我們可以通過觀察電流表示數減小得知油量減少，這也是正相關。

教師：這位同學能夠把杠桿聯系進來，非常有創新。其實創新并不是那么高深莫測，我們的創新思維就是要在原有基礎上改變一點、增加一點、減少一點、替代一點、顛倒一下或重組一下，這就是世界創新之父奧斯本的創新“6M”法則，同學們平時在學習中可以大膽去嘗試，鍛煉我們的創新思維。

這樣的教學設計是變學生在題海戰術中摸索為問題驅動下的學生創新設計實驗，形象生動，課堂上學生興趣盎然，興致勃勃，很有成就感和價值感，感受到創新的樂趣和思考的快樂，體會到把物理知識應用于實踐，學以致用的激動。學完后對動態電路有了很深刻的理解，解決動態電路的習題這個難點不攻自破，同時還培養了學生的創新思維。

3? 遷移創新，放飛想象的翅膀

教師：滑動變阻器的原理是改變接入電路的電阻絲或電阻片的長度來改變電阻的，在現代科技中有一種元件叫敏感電阻，它們會受周圍環境如壓力、溫度、光照、磁場、氣味等因素來改變電阻的，分別稱為壓敏電阻、熱敏電阻、光敏電阻、磁敏電阻、氣敏電阻等，是另類的變阻器，使用它們可以把一些不容易測量的非電學量轉化為可以測量的電學量，我們把這種元件叫做傳感器。今天你們各小組桌面上就擺放著不同的敏感電阻和歐姆表，還有酒精、熱水等。現在請大家分組實驗，體驗一下這些電阻如何隨著外界環境因素的改變而變化，并且想象這種傳感器的用途。

設計意圖：動態電路在新情景中的遷移、應用，根據新材料的特性不斷拓展，學生在遷移應用中，高階思維得以訓練，從而增強創新能力。

（學生開展實驗探究，收集數據并討論）

學生8：我們組做的是光敏電阻，當用手包住光敏電阻時，遮住光線，電阻變大了，放手后，光照變強，電阻變小。

學生9：我覺得他做得不夠好，用手包住電阻，會不會是因為手的溫度高使電阻溫度改變引起電阻的變化？我認為應該用遮光布包住更好。

教師：學生9的提法值得肯定，思維比較縝密，懂得控制其他干擾因素，我們在實驗中要培養良好的實驗素養。

學生10：光敏電阻可以用來做光控開關，自動控制路燈;還可以做電子光控玩具。

教師：是的，光敏電阻的應用很廣，我們手機拍照技術自動感光控制曝光時間，飛機上根據光線自動變色窗玻璃也用到了光敏電阻，有興趣的同學課后可以上網搜索。

學生11：我們組做的是熱敏電阻，把熱敏電阻放到不同溫度的熱水中，結論是溫度越高，電阻越小。熱敏電阻可以用來感受溫度，用在冰箱、空調、飲水機、洗衣機上。

學生12：我們組做的也是熱敏電阻，結果卻跟他們完全相反，溫度越高，電阻越大。

教師：你們做得很好，敢于提出質疑，其實熱敏電阻有兩種，正溫度系數熱敏電阻和負溫度系數熱敏電阻，分別是溫度越高，電阻越大和溫度越高，電阻越小。

學生13：我們研究的是氣敏電阻，當用沾了酒精的棉花靠近氣敏電阻時，發現，電阻變小了。我們設計了如圖8所示的電路，可以來檢測是否酒駕（同學們大笑）。還可以檢測家里煤氣是否泄漏以及環境污染檢測和火災報警等。

學生14：我覺得這些敏感電阻還可以用在進行遠程醫療和無人駕駛，智能家居和遠程控制技術上。

教師：同學們的想象力都很豐富，你們所想到的有的已經成為現實技術，有的還未實現，等待技術的進一步成熟，或許還要有待你們去探索和開發，相信你們一定行的。平時要大膽展開想象，勇于探索，敢于創新，只有想不到的，沒有辦不到的！

設計意圖：通過學生自己動手實驗，親身感受不同的靈敏電阻阻值的變化，體驗另一種變阻器，培養遷移創新能力。接觸現代科技，感受現在科技的發展，時代的進步。鼓勵他們大膽猜想，從物理走向生活，從物理走向社會，充分調動他們的創新激情，培養他們的創新素養。

教師：有時候傳感器不是像圖8那樣直接接入工作電路中，而是在另一個電路叫控制電路，下面咱們來欣賞一個實際例子。

例：現代的路燈一般都用太陽能電池板供電，可是晚上沒有太陽，白天又不需要路燈，于是我們增加了一個蓄電池，白天通過太陽能電池板給蓄電池充電，晚上蓄電池給LED燈供電。

（多媒體投影）如圖9是自動控制電路的原理示意圖。其中，光敏電阻的阻值R隨光照度的增強而減小。請將電路原理圖連接完整。

學生15：如圖10所示，白天時，光照比較強，光敏電阻的阻值較小，電路中的電流較大，電磁鐵的磁性較強，銜鐵就被吸下，與靜觸點G、F接觸，使得太陽能電池板與蓄電池組成閉合電路，太陽能電池板給蓄電池充電;夜晚光照強度減弱，光敏電阻的阻值大，電路中的電流減小，電磁鐵的磁性減弱，銜鐵被彈簧拉起，使銜鐵與靜觸點E、D接觸，此時蓄電池與LED路燈組成閉合電路，蓄電池給LED燈供電[ 3 ]。

設計意圖：由應用促創新，通過學生連接電路圖，讓他們對動態電路了解更加透徹，比起直接給出答案讓他們分析效果好很多。同時利用實際例子向學生展示創新帶來科技的發展，科技帶來生活的便利，激發學生的創新意識。

本節復習課變習題為問題，通過問題驅動，啟發學生思考實際問題的解決辦法，提升創新能力。或許學生在進行電路設計時會遇到這樣或那樣的困難，也可能會設計出許多不合理的電路，但對于學生思維能力和創造能力的提升至關重要。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2]錢永昌.溯源、務實、開放、融合——談物理學科能力提升策略[J] .物理教學，2019（2）.

[3]齊天德.中考試題中敏感電阻問題[J].物理教學參考，2011（4）.