从限流式到分压式电路的建构

梁燕飞

摘 要：本文针对学生画分压式电路时容易出现一些错误，笔者从教与学的角度分析了错误的原因，并结合建构主义的学习理论，试图改变以往传授式教学的方式，对电路的教学进行了重新设计。设计旨在让学生在已有的知识经验的基础上，从限流式电路出发，经历一系列问题的发现、分析、解决的过程，一步步建构出分压式电路，最终实现教学目标。

关键词：限流式；分压式；建构主义

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）10-0041-2

在高中物理电学实验中，有两种典型的实验电路设计，按滑动变阻器的接法不同，我们称为限流式电路（如图1）和分压式电路（如图2）。多年的教学发现，在考查实验电路图时，很多学生都不能画出正确的分压式电路图。比如两种典型的错误是，将滑动变阻器“并联”入电路。笔者试着分析产生错误的原因，认为可以从两个角度来看。从教学角度看，在上《欧姆定律》这一节的新课时，为探究金属导体的电流和电压的关系，教材上给出了分压式电路，教师在上课时往往也是直接给出分压式的电路，至于为什么用这个分压式电路，教师的解释通常是这样的：与限流式的电路比较，可以发现分压式电路的优点是电压可以从零开始增大，且电压的变化范围更大了，这一点可以通过实验来说明验证。在这里，电路的教学属于一种典型的传授式教学。从学习者角度看，分压式电路是教师直接“灌输”给他的，学生只是被动地在接受，他们不明白这个电路是从哪来的，人们是怎么设计出来的，他们只是机械地在记忆这个电路图，所以也就容易忘记，容易记错了。

建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过有意义建构的方式而获得。学生是信息加工的主体、是有意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。教学不能无视学习者的已有知识经验，简单强硬地从外部对学习者实施知识的“填灌”，而是应当把学习者原有的知识经验作为新知识的生长点，引导学习者从原有的知识经验中，生长新的知识经验。教学不是知识的传递，而是知识的处理和转换。教师不单是知识的呈现者，不是知识权威的象征，而应该重视学生自己对各种现象的理解，倾听他们的看法，思考他们这些想法的由来，并以此为据，引导学生丰富或调整自己的解释。在建构主义学习环境下，教师和学生的地位、作用和传统教学相比已发生很大的变化。

基于建构主义学习理论，笔者对分压式电路的教学尝试了这样的设计：

问题1：为了探究金属导体的电流和电压的关系，能否设计出实验的电路图？

学生活动：根据初中已学的知识，设计的电路是限流式电路。

教师：根据学生设计的电路进行实验，（实验时Rx=1.1 KΩ， 滑动变阻器最大阻值R=20 Ω，电源用新的两节干电池）多次调节，发现电压的变化很小（几乎接近3 V不变），不能测出多组实验数据。

分析 滑片打在最上端时，滑动变阻器全部连入电路，回路电流最小，所以Rx上的电压最小。打在最下端时，滑动变阻器连入电路的电阻为零，回路电流最大，所以Rx上的电压最大。但Rx>>R，所以电流几乎不变，电压的变化非常小。

问题2：你能否改变滑动变阻器的接法，实现Rx上的电压从零开始增大，且电压的变化范围更大？

学生活动：讨论后设计了将滑动变阻器“并联”接入电路（如图3）。

师生共同讨论分析电路的优缺点。

分析：当滑片打在最左端时，R与导线并联，电压为零，滑片向右移，电压不断增大，滑片打在最右端时，电压最大。实现R上的电压从零开始增大，唯一的遗憾是，滑片在最左端时，电源被短路了，这是不允许的。

问题3：如何解决电源被短路的问题？

学生活动：提出可以加保护电阻，并重新设计了电路（如图4和图5）。

师生共同讨论分析图4和图5存在的问题。

分析：图4中，Rx两端的电压不能从零开始增大，且电压变化很小；图5的电路中，Rx与滑动变阻器左边部分并联，再与干路上的R0串联，实现了电压从零开始增大，电压的变化范围较大，而且电源不会被短路，只是Rx两端电压的最大值比不接R0时略小。

问题4：能否将图6电路中的导线做适当的变化，实现跟图5一样的电路连接？

学生活动：经过观察发现，只要断开ab导线即可，最终设计出图2的分压式电路。

师生共同讨论图2的电路特点。

分析：若断开ab导线，Rx与滑动变阻器左边部分并联，滑动变阻器的右边部分就相当于R0接在干路上。当滑片打到最左端时，Rx与导线并联，此时Rx两端的电压为零，滑片向右移动，电压从零开始增大，滑片打到最右端时，Rx两端的电压达到最大，接近电源电动势。通过实验测得此时电压的变化范围是0～2.7 V。

至此，学生的疑问得以解决。

在设计时，笔者的意图是希望建立在学生已有的知识和经验的基础上，让每个学生能按照自己的知识建构出新知识。从教学角度看，知识不再是直接灌输，而是在教师的启发下，学生自主建构新知识，教师的任务是充分发挥学生的主体地位，帮助学生成为有意义的主动建构者。从学习者角度看，学习是以学生为主体，强调学生自主性和能动性，让学生主动探索，使学生在学习中不断发现问题、分析问题、解决问题，最终实现教学目标。有不当之处，尽请广大读者批评指正。

参考文献：

[1]http：//baike.baidu.com/view/630921.htm建构主义学习理论

（栏目编辑 罗琬华）