微課助力解決初中物理電路故障問題的教學探究

李國平

【摘要】在初中物理教學中，電路故障是部分學生最難掌握的一個電學知識，也是中考的一個難點。利用微課輔助教學，先簡單介紹電路故障的種類，學習回路和歐姆定律后，再利用回路和歐姆定律知識分析短路和斷路的原因，學生通過微課學習，逐步學會判斷電路故障的類型，并能指出電路故障的位置，能動手解決實際操作問題。

【關鍵詞】初中物理;電路故障;歐姆定律：微課

一、引言

初中物理的電學是非常重要的內容。從2011新版《義務教育物理新課程標準》對電學部分的內容要求來看，在知識與技能方面的目標要求有所降低，過程與方法的目標卻有所加強，它強調從生活走向物理，要重視學生的實踐體驗，強調從實際應用的角度出發，初步認識一些電學的概念和規律。同時，《課標》中也明確地指出：“會看、會畫簡單的電路圖。會連接簡單的串聯電路和并聯電路。說出生產、生活中采用簡單串聯或并聯電路的實例……”然而，根據教學實踐，我們發現，在這部分的內容中，電路故障一直是學生感到比較吃力的部分，也是教師們比較難講透的一個知識點。如果學生遇到電路故障時，不能獨立解決，那么他們的學習效果也就無從談起。

這其實是一個連鎖反應，關鍵點就在于講透電路故障。講透這個知識點，就需要給予學生足夠的鋪墊，就要讓學生有直觀的實踐體驗。有限的課堂時間里，很難做到細致人微、面面俱到。這個問題，微課可以幫助我們來解決。微課作為一種新型輔助教學的學習資源，具有短小精煉，靈活自由，迅速獲取等優點，它傳播知識的方式不受空間，時間的限制，它就能在課堂給學生有直觀的體驗。隨著互聯網的迅速發展，信息化教育也不斷高速發展，隨著網絡設備的普及，我們在課堂上使用微課就更加便捷了。

二、探究實踐

那么，我們需要分析一下，教學實踐中有什么問題是需要微課來幫我們解決的？

（一）學習《歐姆定律》前的電路故障問題

（1）短路

①短路分兩種：一類是電源短路，另一類是部分短路。

什么是電源短路？電流直接從電源的正極流至負極，沒有經過任何的用電器，電流會很大，容易燒壞電流表和損壞電源（圖1），所以電源短路在電路中要避免出現。

什么是部分短路？它也叫做局部短路或短接，部分用電器的兩端被導線接了起來。如圖2所示，L1被短接，電流經過L2，所以L2亮，電流不經過L1回路，L1不亮，電路的電流會增大，僵不會燒壞電源，在有些特殊的電路會用到。

我們講授新課解釋短路的成因，普遍的教法是：因為導線的電阻為零或者說很小，電流直接從導線繞過了用電器，從電源的正極流到負極，電流會很大，容易燒壞電源。

那么，就有三個值得我們思考的問題了：1.人教版九年級的物理教材，將電路的類型這個知識版塊放在學習《歐姆定律》之前，在以上的分析過程中，其實學生并不知道什么是電阻，所以也不能理解為什么電流會從導線流過？而不從小燈泡這條回路流過？

2.如果我們向學生解釋：導線沒有電阻或者其電阻為O，那么在后面的《生活用電》這一章的學習中，也會有矛盾：我們為什么會擔心電路的電流過大（超出了導線的承載能力）？那是因為導線也是有一定電阻的。根據焦耳定律Q=I2Rt，電流通過后由于電流的熱效應，導線會發熱，甚至可能引發火災。總之，導線是有電阻的！這個矛盾又怎樣解釋？

3.電路故障是學生實驗常見的現象。在實驗課上，如果教師對學生一一進行指導，那么在有限的教學時間里就不能兼顧到每一個學生，電學實驗課的質量也就很難得到保證。

②解決方案

基于以上問題的思考，筆者嘗試拍攝微課，利用微課來輔助教學。先簡單介紹數字電流表，它是測量某一點電流的儀器（量程：0-3A，最小測量值：O.OOOIA）。把數字電流表直接接在而個小燈泡的兩端（如圖4），讓學生觀察，其現象是：兩個燈都不會發光，電流的值達到了約2.58A，比圖3兩個燈泡串聯一起發光的電流值大很多倍，這說明電源短路容易燒壞電流表和損壞電源。這時，我們可以作簡單的解釋：因為數字電流表的電阻很小（如果是一小段導線的電阻會更小），所以電流大部分從電流表流過，只有很小的電流流經小燈泡。通過實驗來驗證：將小燈泡取下，電流表的示數不變。拍攝成視頻后，這個問題的講解只需要1分鐘，但是能讓學生在直觀的演示更容易理解。（附微課《電源短路和部分短路》）

部分短路也是采用類似的做法，如圖5，讓學生觀察接入的電流表A2的數值，并引導學生思考：電流此時流經的路徑如何？通過觀察小燈泡的亮度和電流表的數值，我們會發現L1不亮，L2比原來更亮，短接后電流表A1數值變大（比起L2和L1串聯時電流表的數值），通過分析兩個電流表的數值（A1>A2），說明電流大部分從A：流過，但比起電源短路時的數值要小。

在實際的電路中，并聯出現的短路一定是電源短路。如圖6，可以讓學生嘗試去解釋這是種短路。需要注意的是，在學生思考時，要引導他們利用回路的知識去回答。

（2）斷路

①什么是斷路？就是由于用電器損壞（如小燈泡燒毀），開關斷開，接觸不良等引起的兩點之間電阻無限大，電流不能通過。如圖7，開關Ki斷開。

如果是串聯電路出現斷路，電路不能形成閉合回路，兩個小燈泡不會發光，電流為o（如圖8），學生是很容易理解的。教學中，學生有疑問的地方是：我們如何判斷小燈泡哪里出現斷路呢？通常的教法是：利用一根導線（如圖9），接在小燈泡L的兩端，觀察L是否會發光，如果L2發光，說明L1斷路。為了讓學生更容易理解，可以將L1取走，L2仍會發光的。說明L1的位置發生了斷路。同理，也可以判斷L2是否斷路。而實際上，小燈泡不亮，也可能是它的實際功率太小（實際功率學生當時也是沒有學習到的部分）。這個問題又怎樣和學生講解清楚呢？

②解決方案

筆者認為，我們可以利用前面短路的知識，用—個數字電流表來替代這根導線（圖10），如果電流表A2有示數，說明它是一條閉合的回路，而且說明該點斷路了。要引導學生學會分析，是不是閉合電路，不能只是觀察小燈泡有沒有發光，要觀察電流表有沒有示數。做一個1分鐘的微課就能很好地解決問題。（附微課《小燈泡串聯斷路》）

在并聯電路中，如果某一條支路斷路，該支路沒有形成閉合回路，沒有電流，學生只要觀察哪一條支路的用電器不工作，就可以判斷哪條支路出現斷路（圖11）。如果所有的用電器都不工作，說明干路出現了斷路，利用短接的辦法也可以判斷斷路的位置（如圖12）。

電路故障的教學是層層遞進的，我們以上討論的問題的前提是學生沒有學習《歐姆定律》和電阻的概念。在學習了歐姆定律后，我們就可以更深入地解釋電路故障的問題。

（二）伏安法中的電路故障問題

在初中電學實驗中，伏安法是學生最常用的測量方法。下面我們來分析一下，如何解決伏安法測量過程中的電路故障問題？普遍的做法是：通過讓學生觀察小燈泡的發光情況，電流表和電壓表的示數以及變化的情況，就可以基本判定電路屬于哪種故障了。但學生要真正理解和分析，就必須要結合前面所學到的回路、歐姆定律以及串聯電路的分壓等知識。

（1）小燈泡短路

通過前面的學習，學生知道導線或者電流表的電阻是很小的，在實際的電路中，通過拍攝視頻（附視頻《伏安法小燈泡短路》），引導學生觀察，如果小燈泡被短接（利用電流表A2），小燈泡是不會發光的，電流表A1和A2都是有示數的，電壓表的指針沒有偏轉。可以看到電流大部分由A2流過，因此小燈泡不會發光，為了驗證，可以將小燈泡拆了（如圖14）。而電壓表的電阻非常大的，可以認為沒有電流通過，因此電壓表的示數為零。在電路分析中，一般視導線的電阻為零，相當于小燈泡被短接了（如圖15）。（高中的處理方法是：視導線的電阻為零，則導線兩端的電勢差為零，所以電壓表沒有示數）

（2）小燈泡斷路

小燈泡斷路的等效電路圖（如圖16），實驗中，可以觀察到小燈泡不亮，電流表指針不偏轉，電壓表的示數接近（或等于）電源電壓。通常我們是認為電壓表電阻很大，相當于斷路，所以電流表沒有示數。但是這種說法實際上是矛盾的。既然是斷路，沒有形成閉合回路，電流表沒有示數是可以理解的，但是電壓表也就不應該有示數。筆者也嘗試了新的做法：利用數字電流表來拍攝微課（附微課《伏安法小燈泡斷路》），學生可以觀察到小燈泡不亮，電流表的示數非常小，只有0.5mA左右，電壓表有示數并且接近電源電壓。這時，就可以引導學生思考為什么電流表沒有示數？接著就可以分析：這是因為機械的電流表的分度值是0.02A，也就是20mA，但實際測量的電流值只有0.5mA，因此，機械式的電流表指針幾乎不偏轉。而電壓表接近電源電壓，因為它的電阻非常大（此時可以用萬用表測量出來，讓學生有一定的感性認識），與滑動變阻器串聯，分到的電壓大，相當于直接接剄了電源的正負極了，因此，電源表的示數接近電源電壓。

三、結語

近年的教學實踐中，微課介入解決電路故障問題后，大大地提高了教學效率;更在一定的程度上，提高了學生的學習興趣，激發了物理學習的動力。疑難問題的直觀化是實現從難到易的華麗轉變。一些看似復雜的各種電路都可以通過微課分解成最簡單的電路，相信微課還能在物理教學中繼續發揮更積極的作用。

參考文獻：

[1]教育部.義務教育物理課程標準（ 2011年版）[M].北京師范大學出版社.

[2]周靜.初中物理“電路故障”淺析[J].湖南中學物理，2009 （6）.

[3]楊霞.初中物理電路故障及案例解析[J].中學物理教學參考，2018（02）.

[4]王培強，初中物理電路故障的判斷分析[J]，中學課程資源，2015（07）.