電路式示教板的設計初探

示教板是常用教具。如何設計示教板，才能符合教學需要？本文以多用電表原理示教板為例，淺述電路式示教板的設計。

教材內容和要求

普通高中課程標準實驗教科書《物理》 （選修3-1）中有關于多用電表的內容。

教材例題在圖1所示電路中，電源的電動勢E＝1．5 V，內阻r＝0．5Ω，電流表滿偏電流Ig=10 mA，電流表電阻為7．5 Ω，A、B為接線柱。

1)用一條導線把A、B直接連起來，此時，應把可變電阻R1調節為多少，才能使電流表恰好達到滿偏電流?

2)調至滿偏后保持R1的值不變，在A、B間接入一個150 Ω的定值電阻R2，電流表指針指著多少刻度的位置?

3)如果把任意電阻R接在A、B之間，電流表讀數I與R的值有什么關系?

答案：R1＝142 Ω；在A、B間接入R2，電流表的指針指在5 mA位置；如果把任意電阻R接在A、B之間，得關系式為：

R=1.5/I-150 …………①

①式中：R為測量電阻值，單位為Ω；1.5的單位為V；I為某一電阻值相應的電流刻度，單位為A；150單位為Ω。

如果把例題中電流表的“10 mA”刻度線標為“0 Ω”，“5 mA”刻度線標為“150 Ω”，其他電流刻度則按①式的規律換成電阻的標度，豈不成了可以直接測量電阻的儀表？從A、B接線柱引出兩枝表筆，把表筆接在被測導體的兩端(圖2)，從刻度盤上直接讀出導體電阻的數值，這不是很方便嗎？于是，引入了電阻表。

然后，要求用單刀多擲開關把電流表、電阻表和電壓表（圖3）聯起來，組成一個簡單的多用電表，要求認識測量電流、電阻和電壓時，開關分別調到哪個位置。

最后，教材給出了一個多量程多用電表的示意圖（圖4）。

這部分教學內容需要有一個教具——“多用電表原理示教板”。如何設計？是否把一些元器件固定在示教板上就可以了？要不要使用表頭？開關的可見度太小，如何解決？是采用書上的電路，還是用某一型號多用電表的實際電路？以下略作探討。

示教板的設計要求

示教板應符合教學需要。因此，以下諸方面是必須關注到的。

體現啟發性高中物理課中涉及的多用電表知識是基礎性和原理性的，并不專業，因此不需要采用多用電表的實用電路。

教具必須體現啟發性，而不是用來灌輸知識，因此示教板應配合以上3個問題演示，首先能構成一個電阻表（如圖2那樣），并且應準備一個電阻表的專用刻度板。使用時先計算若干個電阻值的位置，并得出關系式，然后可以換上按此規律準備好的刻度板。

體現掌握知識的過程和方法應體現掌握知識的過程和方法，而不是只記憶一個結論。要體現掌握知識的過程和方法，該示教板應做成電流表部分、電阻表部分和電壓表部分可以分別出現，并且可以靈活連接的。其中一些電阻還應可以改變阻值。如果把圖4原封不動地搬上示教板，所起的作用只能是幫助記憶。

教具也是一種資源，不一定需要與教材完全相同，因此本示教板也可改為其他的電路。但是需要考慮的是，在本例中如果與教材一致，教師上課會比較方便，否則，教材上的例題需要修改。因此宜采用與教材相同的電路。但是筆者認為，圖4中測量電阻的2個量程，宜首先出現一個（使用1．5 V電池）。電流表和電壓表宜首先出現單量程。但是，圖3中的電流、電阻和電壓表合起來，不能立刻得到圖4的多用電表，因為圖4中的表頭兩端已有分流電阻，與圖3中是不一樣的，這在制作示教板時需要重新計算。為了實驗方便，建議在圖3的表頭兩端并聯分流電阻。為了安全，電流表和電壓表的量程不宜太大。

綜合應用知識解決問題在圖4電路的基礎上，該示教板應具有適當擴充的功能，例如：擴充電流量程、電壓量程；在測量電阻時，把1.5 V電池的電壓提高，改變電阻量程，等等。

注意基礎性不應涉及改變測量電阻時的接入點來改變量程或其他電路（例如測量交流電壓、電流或其他新的電路）等內容，電路應是高中學生能夠理解的。

直觀性和可見度

單刀多擲開關由于實際的開關可見度都不夠，因此筆者認為在此不必采用單刀多擲開關，而是用接線柱代替各接點，用帶插頭的導線代替開關的“刀”，就可以增大可見度，增強靈活性。

要不要使用表頭一般的磁電系電表可見度都不大，并不適合于演示。解決的方案可以有以下幾種：

1）采用投影表，但是整個示教板也必須適合于投影。

2）采用攝像后顯示，可用視頻展示臺。如果這樣的話，整個示教板體積只需很小。

3）采用演示電表。高中已經配備演示電表，應該充分利用。

可用J0403演示電阻表，表頭數據: 100 μA（表針零位可調到標度盤中間，成為50 μA～0～50 μA的靈敏電流計），表頭內阻3 800 Ω（線圈本身電阻約4 450 Ω，100 μA量程時已并聯26.1 kΩ的電阻，以及2個硅二極管（保護用），當加在表頭上的電壓超過0.6 V時，二極管導通），表頭壓降0.38 V。100 μA電流量程時的表內電路如圖5所示。

圖中R0阻值為26.1 kΩ。因此可以在量程為100 μA 時，把J0403演示電阻表接到示教板上。示教板可以加表頭，這樣使用比較方便，但是應做成參數與J0403演示電表100 μA時的參數相同，并且有接線柱，可以更換為演示電表。

當然，使用演示電表時需要增加一個特制的刻度板。

（作者單位: 浙江省教育裝備和勤工儉學管理中心）