例談初中電學習題“可視化”教學

蔣守霞

[摘要]在物理教學中發現，學生分析解答電路分析問題時容易出錯。為了展示學生分析電路的思維過程，可以將電學小實驗與習題分析解答思路的“可視化”相結合，把其中的物理思維（思考方法和思考路徑）通過圖形或者微課呈現出來，還原學生的思維路徑，暴露并糾正學生解題中的錯誤，進而提升學生分析解答電路問題的能力。

[關鍵詞]初中電學習題;可視化;直觀性

[中圖分類號]G633.7? [文獻標識碼]A? [文章編號]1674-6058（2020）02-0038-03

電學是初中物理比較難的內容，從電路連接的基本方式到歐姆定律，再到電功、電功率，最后到電熱（焦耳定律），臺階一個比一個高，每個臺階都會有人掉隊。講好電學、學好電學，成了教師和學生的高目標。傳統教學中，教師辛苦地講，學生費力地聽，由于內容比較抽象，教師講完了，學生當時知道了，但過不了多久又忘了，原因是沒有“可視化”的思維印跡。解決這個問題的有效方法之一是將學生分析解答問題的過程用“可視化”的思維印跡展示出來，讓錯因在學生的腦海中留下深刻的印象，進而讓出錯的學生糾正錯誤，讓沒有出錯的學生避免出現類似的錯誤。

初中電學知識體現“五多一大”，即概念多、規律多、實驗多、公式多、應用多、中考占分比大。電學習題紛繁復雜，下面在分析典型問題的基礎上進行必要的拓展引申，展示“可視化”的思維。

一、填寫電表符號問題

[例1]如圖1所示，試在甲、乙兩個圓圈內選填“電壓表”和“電流表”的符號，使兩燈組成并聯電路。

（1）解題思路：為了描述問題方便，將兩個燈泡命名為L₁和L₂。要使兩燈組成并聯電路，甲左側的燈L₁一定能亮，如圖2，如何使乙左側的燈L₂發光呢？電流從電源正極流出，經過分支點，電流分流，其中一條必須經過甲，如圖3，再走乙左側燈泡L₂，到達支點電流匯合后，經過導線，再經過閉合的開關S，流到電源負極。綜上所述，甲圈起了導線連接作用（電流表），乙圈起著斷路的作用（電壓表），如圖4為正確答案。上述分析突出了解題思路的結構性與邏輯性。

（2）學生錯誤呈現：分析全班學生對此題的解答情況，發現有的學生解答錯誤。有的學生的解答過程如圖5，在交流中發現學生普遍認為分支點在兩個燈泡之間，此時電流有兩條路徑，既可以走導線，也可以走燈泡和乙圈所在路徑。

（3）學生解題思路的“可視化”分析：將學生的思維路徑暴露出來后，筆者就明白他們對串聯電路的部分短路特點認識不足。在此題的講解中，筆者將錯就錯，沿著學生的思路進行如下教學設計：先去掉電壓表，簡化電路如圖5，此時附和的學生很多，“對的，我就是這么想的……”贊同聲不絕。電流的流向從電源正極流出后，流經L₁，學生的分歧點在L₁上方，很多學生認為走L₂和電流表，經過開關，回到電源負極;少部分學生認為電流經過L₁后，走上方導線，走開關S回到電源負極。為了突破這一學習難點，筆者找了一張白紙，遮住了L₂上方的導線，引導學生分析此時的電路連接方式，學生異口同聲地說道“串聯電路”，電路呈現如圖6所示，接下來筆者進一步引導：“如果此時老師拿一根導線短接L₂和電流表，情況又如何呢？”設置懸念，引導學生探究，觀察實驗現象。

安排學生分組實驗后發現L₁發光，L₂不發光，電流表無示數，說明L₂和電流表被短路。學生分組實驗的電路圖如圖7所示，不滿足使兩燈組成并聯電路的題干要求，且通過分析和實驗探究，學生對導線的短路作用的認識進一步深化。

變式訓練一：如圖8所示，電路中有L₁、L₂兩盞燈，請在圖中圓圈內分別填入A或V的符號，要求開關閉合時L₁、L₂都能發光，且兩電表的示數均不為零。

變式訓練二：如圖9所示電路中有兩個小燈，請在圖中圓圈內，分別填入電燈、電流表或電壓表的符號。要求開關斷開時兩燈均不發光;開關閉合時兩燈均能發光，且兩電表的示數均不為零。

教學感悟：課堂教學中將學生的思維以“可視化”的方式呈現，教師一步步引導，再通過物理實驗克服學生思維上的“障礙點”，最后充分運用學校已有的信息技術，通過云痕大數據平臺，將類似題型呈現給學生，進行變式訓練，使得課堂教學更高效。同時筆者將這一知識點做成微課發布在校內數字化學習平臺上，以滿足不同學習進度的學生的學習需要。

二、多開關連接問題

多開關連接問題，常通過開關改變電路連接方式，

學生解答這類問題時，也容易出錯。

[例2]如圖10所示電路中，電源電壓不變，已知R₁=6?，R₂=4?，當S₁和S₂都閉合時，電流表A₁的示數為1 A，電流表A的示數為2.5 A，求：

（1）電阻R₃的阻值和電壓表的示數;

（2）當S₁和S₂都斷開時，電流表A₁、A和電壓表V的示數。

分析：多開關問題，運用分析法畫出符合題目要求的等效電路圖。當S₁和S₂都閉合時，閉合的S₂將電阻R₂短路，如圖11，無電流通過電阻R₂，將R₂去掉如圖12，經過電路簡化學生較容易看出電壓表并聯在導線兩端，電壓表測導線電壓（這是學生的易錯點），電壓表去掉后，電路進一步簡化為圖13，此時R₁和R₃并聯，電流表A₁測R₁支路電流，電流表A測干路電流。

當S₁和S₂都斷開時，等效電路圖如圖14所示，R₁和R₂串聯，電流表A₁的示數為1 A，電流表A的示數與電流表A₁的示數相等，電壓表測R₂兩端電壓。

解答：（1）

（2）因為是串聯電路，且電源電壓為6 V，所以

教學感悟：學生的典型錯誤是在問題（1）中當S₁和S₂都閉合時等效電路圖畫不出或者畫錯，原因在于學習簡單電路時多開關問題沒有掌握好，對短路或部分短路現象識別不清導致的錯誤。對此類問題的教學建議是引導學生鞏固多開關問題，多畫一畫不同情境下的等效電路圖。

變式訓練：如圖15所示電路中，

（1）若使L₁、L₂串聯，則應閉合_____，斷開_____;

（2）若使L₁、L₂并聯，則應閉合_____，斷開_____;

（3）如果只閉合S₃而斷開S₁、S₂，則燈_____亮;

（4）如果只閉合S₁和S₂而斷開S₃，則燈_____亮;

（5）同時閉合開關_____，電源短路是不允許的。

解析：（1）使L₁、L₂串聯，串聯是把用電器逐個順次連接起來的，此時電流從電源正極流出，經過用電器L₁、L₂回到電源負極，只有一條路徑，如圖16。此時畫出等效電路圖，簡化電路是最好的方式，如圖17，所以，使L₁、L₂串聯，則應閉合S₂，斷開S₁和S₃。

（2）使L₁、L₂并聯，如圖18和圖19，則應閉合S₁和S₃，斷開S₂。

（3）按照題目要求，只閉合S₃而斷開S₁和S₂，等效電路圖如圖20，此時沒有電流的流通路徑，所以燈都不亮。

（4）閉合S₁和S₂，斷開S₃，等效電路圖如圖21，圖22和圖23所示，只有L₂亮，閉合的開關S₁將S₂和L₁短路。

（5）同時閉合開關S₂和S₃，等效電路圖如圖24和圖25所示，此時電源被短路。

三、電路故障分析題

串并聯電路的典型故障通常有兩類：短路和斷路。

（1）電流表無示數：斷路或電流表被短路。

（2）電壓表無示數：電壓表與電源之間有斷路或電壓表測量部分短路。

（3）燈泡不亮的話，要結合電流表和電壓表一起判斷：若電流表無示數，則多數情況是斷路;若電壓表也無示數，則電壓表以外斷路;如果電壓表有示數，而電流表無示數，則電壓表測量部分斷路;若電流表有示數，而電壓表無示數，一般是燈泡短路。

[例4]如圖26所示，當開關S閉合后，兩個燈泡均發光，兩電表均有示數。過一段時間后，發現電壓表示數變為0，電流表示數增大。經檢查發現除燈泡外其余器材的連接良好，造成這種情況的原因可能是（）。

A.燈L₁斷路??? B.燈L₂短路

C.燈L₁短路??? D.燈L₁、L₂斷路

學生分組實驗一：模擬燈泡L₁短路的情形，取一根導線并接到L₁的兩端，閉合開關，燈泡L₂發光，且亮度增加，電流表示數變大，電壓表無示數（被短路）。

學生分組實驗一中，電流路徑的“可視化”分析如圖27和圖28，此時電路從兩個用電器變為只有L₂，電阻變小，電流變大，電壓表示數根據歐姆定律分析U=IR_導線=I x 0=0。

學生分組實驗二：模擬燈泡L₁斷路的情形，將燈泡L₁從燈座上取下來，閉合開關，燈L₂不亮，電流表無示數，電壓表示數變大，為電源電壓（初中物理將電源看成理想電源，不考慮電池內電阻）。

學生分組實驗二中，電流路徑的“可視化”分析如圖29和圖30，此時L₁斷路，串聯電路斷路，L₂不亮，電流表示數為0，那為什么電壓表示數變大呢？雖然L₂熄滅，電流表無示數，但是L₂和電流表、閉合的開關S、導線都是導體，電壓表可以連接到電源兩極上，從測L₁兩端的電壓變為測電源電壓。

初中物理將電源看成理想的電源，不考慮電源內電阻，但學生做實驗時內電阻仍然有較大影響，為了減小實驗誤差，建議教師做演示實驗時，用內電阻較小的學生電源，以減小電源內電阻的影響。同樣，教師可以引導學生做燈L₂短路、斷路的模擬實驗，這里就不再一一探討了。

總之，解題是學習物理的必由之路，習題課教學也是中學物理教學必不可少的一個重要環節。教師在講解習題時，強化“可視化”思維的展示，首先要順應學生的“錯”，使學生得到較大的認同感，然后結合物理實驗和微課等信息技術手段，克服思維障礙，再辨析概念，進一步深化學生對相關規律的理解，進而提升學生運用有關規律、方法解決問題的能力。

[參考文獻]

[1]徐祥寶.從碎片化解題走向結構化解題：基于核心素養的“自然而然法”解題模式簡介[J].物理教師，2019（1）：35-40.

[2]陳曉鳳.可視化方法在初中物理電學實驗二輪復習中的運用[J].新課程（中），2018（9）：237.