变习题为问题 由应用促创新

吴碧晶

摘   要：把分析动态电路的习题变成创新实验设计题，体验敏感电阻，学会解决实际问题，学会迁移创新，提高学生应用物理知识能力和科学探究能力，培养学生的创新能力。

关键词：动态电路;滑动变阻器;敏感电阻;应用;创新能力

科技的发展，社会的进步，越来越需要大量具有创新能力的高素质人才。2017年9月，中共中央办公厅和国务院办公厅联合印发了《关于深化教育体制机制改革的意见》，提出要在培养学生基础知识和基本技能的过程中，强化学生的关键能力培养;培養学生的创新能力，激发学生的好奇心、想象力和创新思维，养成创新人格，鼓励学生要勇于探索、大胆尝试、创新创造[ 1 ]。物理是以实验为基础的学科，与生活实际问题紧密相连，在培养学生创新能力方面具有得天独厚的优势。我们要充分发挥物理学科的教学优势，课堂上最大可能地激发学生的创造思维，开发学生的创造潜能，培养学生的创新素养。

动态电路在现代科技中的应用非常广泛，动态电路的分析也一直是中、高考的热点。传统教学基本上都是用讲授法，“简单、粗暴、提分快，效率高”，学生只停留在解题方法和解题思路上，独立思考的时间短，根本没有上升到应用和反思的层面上。这种教学只能让学生积累碎片知识，无法从整体上把控知识的来龙去脉[ 2 ]。学生课堂上提不起兴趣，容易厌倦，学完即忘，多数学生心理上仍然无法攻克动态电路这个难点。本节课尝试变习题为问题，由应用促创新，让学生利用滑动变阻器来设计结合实际生活的动态电路，解决实际应用问题;体验敏感电阻如何随外界环境的改变而改变，发挥想象这些传感器在生活中如何应用，体会现代科技的发展，感受创新的巧妙之处，促进创新能力的培养。

1  夯实基础，做好创新铺垫

首先让学生观察图1、图2两个常见的电路图，能熟练分析电路中两个电表示数如何随滑动变阻器电阻的变化而变化。我们把电表示数随变阻器阻值增大而增大姑且称为正相关。如图1中的电压表示数与R2值就是正相关，电流表示数与R2值就是负相关，图2中电压表和电流表与R2都是负相关，为后续学习做铺垫。

2  应用实践，感受创新的力量

教师：在实际生活和生产中如何利用滑动变阻器？大家尝试一下，设计出能表示压力变化的电路图，注意要用正相关的电表来显示。

设计意图：以往动态电路分析往往直接分析现成的电路，通过开关通断或者滑片移动让学生判断电路中电流电压的变化，这是典型的习题。这里笔者变习题为问题，通过问题驱动，启发学生思考如何设计出能表示压力变化的电路图。目的是让学生在更真实的情境中通过解决实际问题，提升创新能力。

学生1：设计出图3电路图，当压力越大时，弹簧被压缩得越短，滑片向下移动，滑动变阻器电阻增大，电压表示数变大，我们可以通过电压表示数反映出压力的大小。

学生2：设计出图4电路图，压力越大，弹簧被压缩越短，滑片向下移动，滑动变阻器电阻减少，电流表示数变大，R0两端电压变大，所以可以用一个电流表或并联在R0两端的电压表来反映压力大小。

教师：这两位同学用不同的连接方法设计出来的方案都很好，推理完全正确！还有一位同学设计出图5 所示电路图，大家讨论看看是否可行？

学生3：图5中的滑动变阻器实际上是“假变阻”，滑片移动时电路中的电阻不变，对电路没有影响，电流表的示数不变，所以不能用电流表的示数来反应压力的大小。

学生4：电压表示数与压力大小是负相关，压力越大，电压表示数越小。要把电压表改接在滑动变阻器的上半部分才可以。

教师：非常好，同学3能看到事物的本质，非常可贵，同学4能在原有基础上改进也是一种很重要的创新能力。

设计意图：鼓励学生大胆设计，培养他们的发散思维，针对不合理的设计进行讨论，培养学生思维的批判性。

教师：能否设计显示出油箱中油量多少的电路图？

学生5：把油箱放在图3和图4的弹簧上，通过压力的变化反映油量的多少。

教师：很好，这是一种办法，还有没有其他设计方案？

学生6：如图6，我用一个浮子吊在油箱中，当油量增加时，滑片上移，滑动变阻器阻值增大，灯变暗，电压表示数增大;当油量减少时滑动变阻器阻值减小，电压表示数较小，灯变亮。我家小车指示盘上油量灯亮起来时，我爸就说要去加油了，所以我在电路中设计一个小灯泡。（大家笑）

教师：这位同学非常细心，能结合平时生活经验来学习，设计的电路很合理。

学生7：我的设计是利用杠杆连接滑片，如图7所示，当油量减少时，浮子下沉，滑杆上翘，使R变大，电流表示数减小，我们可以通过观察电流表示数减小得知油量减少，这也是正相关。

教师：这位同学能够把杠杆联系进来，非常有创新。其实创新并不是那么高深莫测，我们的创新思维就是要在原有基础上改变一点、增加一点、减少一点、替代一点、颠倒一下或重组一下，这就是世界创新之父奥斯本的创新“6M”法则，同学们平时在学习中可以大胆去尝试，锻炼我们的创新思维。

这样的教学设计是变学生在题海战术中摸索为问题驱动下的学生创新设计实验，形象生动，课堂上学生兴趣盎然，兴致勃勃，很有成就感和价值感，感受到创新的乐趣和思考的快乐，体会到把物理知识应用于实践，学以致用的激动。学完后对动态电路有了很深刻的理解，解决动态电路的习题这个难点不攻自破，同时还培养了学生的创新思维。

3  迁移创新，放飞想象的翅膀

教师：滑动变阻器的原理是改变接入电路的电阻丝或电阻片的长度来改变电阻的，在现代科技中有一种元件叫敏感电阻，它们会受周围环境如压力、温度、光照、磁场、气味等因素来改变电阻的，分别称为压敏电阻、热敏电阻、光敏电阻、磁敏电阻、气敏电阻等，是另类的变阻器，使用它们可以把一些不容易测量的非电学量转化为可以测量的电学量，我们把这种元件叫做传感器。今天你们各小组桌面上就摆放着不同的敏感电阻和欧姆表，还有酒精、热水等。现在请大家分组实验，体验一下这些电阻如何随着外界环境因素的改变而变化，并且想象这种传感器的用途。

设计意图：动态电路在新情景中的迁移、应用，根据新材料的特性不断拓展，学生在迁移应用中，高阶思维得以训练，从而增强创新能力。

（学生开展实验探究，收集数据并讨论）

学生8：我们组做的是光敏电阻，当用手包住光敏电阻时，遮住光线，电阻变大了，放手后，光照变强，电阻变小。

学生9：我觉得他做得不够好，用手包住電阻，会不会是因为手的温度高使电阻温度改变引起电阻的变化？我认为应该用遮光布包住更好。

教师：学生9的提法值得肯定，思维比较缜密，懂得控制其他干扰因素，我们在实验中要培养良好的实验素养。

学生10：光敏电阻可以用来做光控开关，自动控制路灯;还可以做电子光控玩具。

教师：是的，光敏电阻的应用很广，我们手机拍照技术自动感光控制曝光时间，飞机上根据光线自动变色窗玻璃也用到了光敏电阻，有兴趣的同学课后可以上网搜索。

学生11：我们组做的是热敏电阻，把热敏电阻放到不同温度的热水中，结论是温度越高，电阻越小。热敏电阻可以用来感受温度，用在冰箱、空调、饮水机、洗衣机上。

学生12：我们组做的也是热敏电阻，结果却跟他们完全相反，温度越高，电阻越大。

教师：你们做得很好，敢于提出质疑，其实热敏电阻有两种，正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，分别是温度越高，电阻越大和温度越高，电阻越小。

学生13：我们研究的是气敏电阻，当用沾了酒精的棉花靠近气敏电阻时，发现，电阻变小了。我们设计了如图8所示的电路，可以来检测是否酒驾（同学们大笑）。还可以检测家里煤气是否泄漏以及环境污染检测和火灾报警等。

学生14：我觉得这些敏感电阻还可以用在进行远程医疗和无人驾驶，智能家居和远程控制技术上。

教师：同学们的想象力都很丰富，你们所想到的有的已经成为现实技术，有的还未实现，等待技术的进一步成熟，或许还要有待你们去探索和开发，相信你们一定行的。平时要大胆展开想象，勇于探索，敢于创新，只有想不到的，没有办不到的！

设计意图：通过学生自己动手实验，亲身感受不同的灵敏电阻阻值的变化，体验另一种变阻器，培养迁移创新能力。接触现代科技，感受现在科技的发展，时代的进步。鼓励他们大胆猜想，从物理走向生活，从物理走向社会，充分调动他们的创新激情，培养他们的创新素养。

教师：有时候传感器不是像图8那样直接接入工作电路中，而是在另一个电路叫控制电路，下面咱们来欣赏一个实际例子。

例：现代的路灯一般都用太阳能电池板供电，可是晚上没有太阳，白天又不需要路灯，于是我们增加了一个蓄电池，白天通过太阳能电池板给蓄电池充电，晚上蓄电池给LED灯供电。

（多媒体投影）如图9是自动控制电路的原理示意图。其中，光敏电阻的阻值R随光照度的增强而减小。请将电路原理图连接完整。

学生15：如图10所示，白天时，光照比较强，光敏电阻的阻值较小，电路中的电流较大，电磁铁的磁性较强，衔铁就被吸下，与静触点G、F接触，使得太阳能电池板与蓄电池组成闭合电路，太阳能电池板给蓄电池充电;夜晚光照强度减弱，光敏电阻的阻值大，电路中的电流减小，电磁铁的磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，使衔铁与静触点E、D接触，此时蓄电池与LED路灯组成闭合电路，蓄电池给LED灯供电[ 3 ]。

设计意图：由应用促创新，通过学生连接电路图，让他们对动态电路了解更加透彻，比起直接给出答案让他们分析效果好很多。同时利用实际例子向学生展示创新带来科技的发展，科技带来生活的便利，激发学生的创新意识。

本节复习课变习题为问题，通过问题驱动，启发学生思考实际问题的解决办法，提升创新能力。或许学生在进行电路设计时会遇到这样或那样的困难，也可能会设计出许多不合理的电路，但对于学生思维能力和创造能力的提升至关重要。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2]钱永昌.溯源、务实、开放、融合——谈物理学科能力提升策略[J] .物理教学，2019（2）.

[3]齐天德.中考试题中敏感电阻问题[J].物理教学参考，2011（4）.