淺談資優生學習遷移能力的培養
——以直交流電路教學為例

楊朋聚

(河北省石家莊市第一中學物理教研室，河北 石家莊 050011)

物理是一個古老而年輕的學科，物理學的發展，始終引領著人類對自然奧秘的探索，深化著人類對自然界的認識.高中學段的資優生，有著比一般學生更為敏感直覺的物理素養，有著更為出色的物理觀念，更有著從物理視角認識自然的文化自覺、思維習慣，因而如何引導高中學段的優秀學生進行思維能力遷移，掌握科學的研究方法，養成科學的思維品質，從而承擔更重要的社會責任，顯得尤為重要.筆者結合直流、交流電路的教學實踐，淺談一下在這方面的嘗試.

1 恒壓源和恒流源的思想——電路動態分析成熟思路的遷移

學習了閉合電路歐姆定律之后，學生對電動勢、路端電壓、內電壓等概念有了初步的認識，掌握了一定的電路動態分析技巧，但對于稍顯復雜的電路仍然理不清頭緒，感到無從下手，如果學生了解了恒壓源和恒流源相關知識，會對上述問題的解決大有裨益，相關內容介紹如下.

(2) 恒流源：不論外電阻R如何變化，總是提供不變電流的理想電源為恒流源.因而實際電源可看作是一定的內阻r與恒流源并聯的電流源，給電阻R供電，如圖1乙所示.根據并聯電路電流分配原理，實際電源E、r對外電阻R提供電流I為

甲

乙圖1

實際的電源既可看作電壓源，又可看作電流源，電流源與電壓源等效的條件是電流源中恒流源的電流等于電壓源的短路電流.利用電壓源與電流源的等效性可使某些電路的計算簡化.

圖2

例1.如圖2所示電路中的電表均為理想電表，電源為恒流源，即不管外電路的電阻如何變化，它都能提供持續的定值電流.當滑動變阻器的滑動觸頭向上滑動時，電壓表的讀數變化量與電流表的讀數變化量之比的絕對值是

(A)R0. (B)R1.

(C)R2. (D) 不能確定.

在本題中，采用常規的方法學生錯誤率較高，其根本是沒有將題目中的變化跟既往知識進行有機關聯，純粹的數學運算對于學生有湊巧之嫌，不具有通式通則性，如果是利用等效恒流電源思想，則會對這類問題有著很好的示范引領作用，為此，我采用下列方法講解：

圖3

圖4

圖5

通過上述處理，學生很容易能利用恒流源的逆向思維，結合已經掌握的常規電路電源的外伏安特性曲線特性，快速得出正確選項是(B).對資優生，如何引導他們將新學知識納入到既有的知識體系，構建簡潔、通用的思維模型，是我們教師應該時常反思的一個課題.

2 補償法測電源電動勢——零顯示實驗思維遷移

物理是一個實驗的學科，實驗方案的設計、實驗儀器的選擇、實驗數據的處理，能很好體現對“科學探究”這一學科核心素養培養的要求.有利于培養學生提出科學問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力.

圖6

通常情況下，在電學實驗中用測量儀器對電流、電壓進行測量時，由于測量電表的非理想性，不可避免對測量結果產生影響，因而造成測量誤差.惠斯通電橋法測電阻(如圖6所示)，則巧妙地消除了系統誤差(具體方法略)，實驗構思之精巧、邏輯之嚴謹，令人嘆為觀止，受其思路影響，我借機給學生介紹了補償法測電動勢實驗，也是著名的電表零顯示實驗，以期能將實驗思維進行遷移.

圖7

圖8

電流表的零顯示實驗、電源電動勢等于電源的開路電壓，再結合分壓電路的特點，這幾個知識點的碰撞定能幫助資優生擦出靈動的智慧火花，讓他們去感知實驗設計思路的精巧，去揣度、建構理想模型，在解決實際問題中反思、成長.

3 變壓器反射電阻——恒定電流思維遷移

涉及變壓器的動態分析問題，往往是學生感到困難的問題，相對而言，學生掌握恒定電路的動態分析問題要更好一些，因此，我們不妨利用變壓器具有改變阻抗的特性，介紹等效電路和阻抗匹配等相關知識，將恒定電流中已有的思維模型遷移至此.

圖9

圖10

例2.(2011年“卓越”自招試題)心電圖儀是將心肌收縮產生的脈動轉化為電壓脈沖的儀器，其輸出部分可用一個與大電阻(r=40 kΩ)相連的交流電源來等效，如圖10所示.心電圖儀與一理想變壓器的初級線圈相連，揚聲器(可以等效為阻值為R=8 Ω的電阻)與該變壓器的次級線圈相連，在等效電源的電壓有效值U0不變的情況下，為使場聲器獲得最大功率，變壓器的初級線圈和次級線圈的匝數比約為

(A) 1∶5000. (B) 1∶70.

(C) 70∶1. (D) 5000∶1.

圖11

圖12

例3.(2019年河北省五個一中學聯考)如圖12所示，理想變壓器原線圈兩端A、B接在電動勢E=8 V、內阻r=2 Ω的交流電源上，理想變壓器的副線圈兩端與最大值足夠大的滑動變阻器R及定值電阻R0相連，其中R0=2 Ω，變壓器原副線圈的匝數比為1∶2，當電源輸出功率最大時，下列說法正確的是

(A) 滑動變阻器接入電路的阻值為2 Ω.

(B) 滑動變阻器接入電路的阻值為6 Ω.

(C) 通過滑動變阻器的電流為2 A.

(D) 滑動變阻器消耗的功率為8 W.

類似的題目還有2015年的全國新課標乙卷、2016年的全國新課標乙卷、丙卷，不再一一贅述.

物理是由概念、規律、定律等要素組成的，但物理并不僅僅是概念、規律、定律的混合體，而學生平時的學習是分章分節、條塊分割的，缺乏對知識內在邏輯的聯想和貫通，常常會導致知識的碎片化，甚至彼此沖突、互不兼容.這就需要老師通過有意識、多方位的引導，通過對知識點的橫向聯系和歸納示范，讓這些優秀的學生感受物理模型的簡潔和普適，感受自然學科相互關聯、高度概括、富有邏輯的魅力，從而形成科學態度、科學世界觀和價值觀，為學生的終身發展奠定基礎，使之能為人類科學事業的傳承與社會的發展做出貢獻.