變習(xí)題為問題 由應(yīng)用促創(chuàng)新

吳碧晶

摘? ?要：把分析動(dòng)態(tài)電路的習(xí)題變成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，體驗(yàn)敏感電阻，學(xué)會解決實(shí)際問題，學(xué)會遷移創(chuàng)新，提高學(xué)生應(yīng)用物理知識能力和科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)電路;滑動(dòng)變阻器;敏感電阻;應(yīng)用;創(chuàng)新能力

科技的發(fā)展，社會的進(jìn)步，越來越需要大量具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。2017年9月，中共中央辦公廳和國務(wù)院辦公廳聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于深化教育體制機(jī)制改革的意見》，提出要在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識和基本技能的過程中，強(qiáng)化學(xué)生的關(guān)鍵能力培養(yǎng);培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的好奇心、想象力和創(chuàng)新思維，養(yǎng)成創(chuàng)新人格，鼓勵(lì)學(xué)生要勇于探索、大膽嘗試、創(chuàng)新創(chuàng)造[ 1 ]。物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，與生活實(shí)際問題緊密相連，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。我們要充分發(fā)揮物理學(xué)科的教學(xué)優(yōu)勢，課堂上最大可能地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)。

動(dòng)態(tài)電路在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用非常廣泛，動(dòng)態(tài)電路的分析也一直是中、高考的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)基本上都是用講授法，“簡單、粗暴、提分快，效率高”，學(xué)生只停留在解題方法和解題思路上，獨(dú)立思考的時(shí)間短，根本沒有上升到應(yīng)用和反思的層面上。這種教學(xué)只能讓學(xué)生積累碎片知識，無法從整體上把控知識的來龍去脈[ 2 ]。學(xué)生課堂上提不起興趣，容易厭倦，學(xué)完即忘，多數(shù)學(xué)生心理上仍然無法攻克動(dòng)態(tài)電路這個(gè)難點(diǎn)。本節(jié)課嘗試變習(xí)題為問題，由應(yīng)用促創(chuàng)新，讓學(xué)生利用滑動(dòng)變阻器來設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際生活的動(dòng)態(tài)電路，解決實(shí)際應(yīng)用問題;體驗(yàn)敏感電阻如何隨外界環(huán)境的改變而改變，發(fā)揮想象這些傳感器在生活中如何應(yīng)用，體會現(xiàn)代科技的發(fā)展，感受創(chuàng)新的巧妙之處，促進(jìn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1? 夯實(shí)基礎(chǔ)，做好創(chuàng)新鋪墊

首先讓學(xué)生觀察圖1、圖2兩個(gè)常見的電路圖，能熟練分析電路中兩個(gè)電表示數(shù)如何隨滑動(dòng)變阻器電阻的變化而變化。我們把電表示數(shù)隨變阻器阻值增大而增大姑且稱為正相關(guān)。如圖1中的電壓表示數(shù)與R2值就是正相關(guān)，電流表示數(shù)與R2值就是負(fù)相關(guān)，圖2中電壓表和電流表與R2都是負(fù)相關(guān)，為后續(xù)學(xué)習(xí)做鋪墊。

2? 應(yīng)用實(shí)踐，感受創(chuàng)新的力量

教師：在實(shí)際生活和生產(chǎn)中如何利用滑動(dòng)變阻器？大家嘗試一下，設(shè)計(jì)出能表示壓力變化的電路圖，注意要用正相關(guān)的電表來顯示。

設(shè)計(jì)意圖：以往動(dòng)態(tài)電路分析往往直接分析現(xiàn)成的電路，通過開關(guān)通斷或者滑片移動(dòng)讓學(xué)生判斷電路中電流電壓的變化，這是典型的習(xí)題。這里筆者變習(xí)題為問題，通過問題驅(qū)動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生思考如何設(shè)計(jì)出能表示壓力變化的電路圖。目的是讓學(xué)生在更真實(shí)的情境中通過解決實(shí)際問題，提升創(chuàng)新能力。

學(xué)生1：設(shè)計(jì)出圖3電路圖，當(dāng)壓力越大時(shí)，彈簧被壓縮得越短，滑片向下移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器電阻增大，電壓表示數(shù)變大，我們可以通過電壓表示數(shù)反映出壓力的大小。

學(xué)生2：設(shè)計(jì)出圖4電路圖，壓力越大，彈簧被壓縮越短，滑片向下移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器電阻減少，電流表示數(shù)變大，R0兩端電壓變大，所以可以用一個(gè)電流表或并聯(lián)在R0兩端的電壓表來反映壓力大小。

教師：這兩位同學(xué)用不同的連接方法設(shè)計(jì)出來的方案都很好，推理完全正確！還有一位同學(xué)設(shè)計(jì)出圖5 所示電路圖，大家討論看看是否可行？

學(xué)生3：圖5中的滑動(dòng)變阻器實(shí)際上是“假變阻”，滑片移動(dòng)時(shí)電路中的電阻不變，對電路沒有影響，電流表的示數(shù)不變，所以不能用電流表的示數(shù)來反應(yīng)壓力的大小。

學(xué)生4：電壓表示數(shù)與壓力大小是負(fù)相關(guān)，壓力越大，電壓表示數(shù)越小。要把電壓表改接在滑動(dòng)變阻器的上半部分才可以。

教師：非常好，同學(xué)3能看到事物的本質(zhì)，非?？少F，同學(xué)4能在原有基礎(chǔ)上改進(jìn)也是一種很重要的創(chuàng)新能力。

設(shè)計(jì)意圖：鼓勵(lì)學(xué)生大膽設(shè)計(jì)，培養(yǎng)他們的發(fā)散思維，針對不合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，培養(yǎng)學(xué)生思維的批判性。

教師：能否設(shè)計(jì)顯示出油箱中油量多少的電路圖？

學(xué)生5：把油箱放在圖3和圖4的彈簧上，通過壓力的變化反映油量的多少。

教師：很好，這是一種辦法，還有沒有其他設(shè)計(jì)方案？

學(xué)生6：如圖6，我用一個(gè)浮子吊在油箱中，當(dāng)油量增加時(shí)，滑片上移，滑動(dòng)變阻器阻值增大，燈變暗，電壓表示數(shù)增大;當(dāng)油量減少時(shí)滑動(dòng)變阻器阻值減小，電壓表示數(shù)較小，燈變亮。我家小車指示盤上油量燈亮起來時(shí)，我爸就說要去加油了，所以我在電路中設(shè)計(jì)一個(gè)小燈泡。（大家笑）

教師：這位同學(xué)非常細(xì)心，能結(jié)合平時(shí)生活經(jīng)驗(yàn)來學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)的電路很合理。

學(xué)生7：我的設(shè)計(jì)是利用杠桿連接滑片，如圖7所示，當(dāng)油量減少時(shí)，浮子下沉，滑桿上翹，使R變大，電流表示數(shù)減小，我們可以通過觀察電流表示數(shù)減小得知油量減少，這也是正相關(guān)。

教師：這位同學(xué)能夠把杠桿聯(lián)系進(jìn)來，非常有創(chuàng)新。其實(shí)創(chuàng)新并不是那么高深莫測，我們的創(chuàng)新思維就是要在原有基礎(chǔ)上改變一點(diǎn)、增加一點(diǎn)、減少一點(diǎn)、替代一點(diǎn)、顛倒一下或重組一下，這就是世界創(chuàng)新之父奧斯本的創(chuàng)新“6M”法則，同學(xué)們平時(shí)在學(xué)習(xí)中可以大膽去嘗試，鍛煉我們的創(chuàng)新思維。

這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)是變學(xué)生在題海戰(zhàn)術(shù)中摸索為問題驅(qū)動(dòng)下的學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，形象生動(dòng)，課堂上學(xué)生興趣盎然，興致勃勃，很有成就感和價(jià)值感，感受到創(chuàng)新的樂趣和思考的快樂，體會到把物理知識應(yīng)用于實(shí)踐，學(xué)以致用的激動(dòng)。學(xué)完后對動(dòng)態(tài)電路有了很深刻的理解，解決動(dòng)態(tài)電路的習(xí)題這個(gè)難點(diǎn)不攻自破，同時(shí)還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3? 遷移創(chuàng)新，放飛想象的翅膀

教師：滑動(dòng)變阻器的原理是改變接入電路的電阻絲或電阻片的長度來改變電阻的，在現(xiàn)代科技中有一種元件叫敏感電阻，它們會受周圍環(huán)境如壓力、溫度、光照、磁場、氣味等因素來改變電阻的，分別稱為壓敏電阻、熱敏電阻、光敏電阻、磁敏電阻、氣敏電阻等，是另類的變阻器，使用它們可以把一些不容易測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為可以測量的電學(xué)量，我們把這種元件叫做傳感器。今天你們各小組桌面上就擺放著不同的敏感電阻和歐姆表，還有酒精、熱水等?，F(xiàn)在請大家分組實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)一下這些電阻如何隨著外界環(huán)境因素的改變而變化，并且想象這種傳感器的用途。

設(shè)計(jì)意圖：動(dòng)態(tài)電路在新情景中的遷移、應(yīng)用，根據(jù)新材料的特性不斷拓展，學(xué)生在遷移應(yīng)用中，高階思維得以訓(xùn)練，從而增強(qiáng)創(chuàng)新能力。

（學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究，收集數(shù)據(jù)并討論）

學(xué)生8：我們組做的是光敏電阻，當(dāng)用手包住光敏電阻時(shí)，遮住光線，電阻變大了，放手后，光照變強(qiáng)，電阻變小。

學(xué)生9：我覺得他做得不夠好，用手包住電阻，會不會是因?yàn)槭值臏囟雀呤闺娮铚囟雀淖円痣娮璧淖兓?？我認(rèn)為應(yīng)該用遮光布包住更好。

教師：學(xué)生9的提法值得肯定，思維比較縝密，懂得控制其他干擾因素，我們在實(shí)驗(yàn)中要培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

學(xué)生10：光敏電阻可以用來做光控開關(guān)，自動(dòng)控制路燈;還可以做電子光控玩具。

教師：是的，光敏電阻的應(yīng)用很廣，我們手機(jī)拍照技術(shù)自動(dòng)感光控制曝光時(shí)間，飛機(jī)上根據(jù)光線自動(dòng)變色窗玻璃也用到了光敏電阻，有興趣的同學(xué)課后可以上網(wǎng)搜索。

學(xué)生11：我們組做的是熱敏電阻，把熱敏電阻放到不同溫度的熱水中，結(jié)論是溫度越高，電阻越小。熱敏電阻可以用來感受溫度，用在冰箱、空調(diào)、飲水機(jī)、洗衣機(jī)上。

學(xué)生12：我們組做的也是熱敏電阻，結(jié)果卻跟他們完全相反，溫度越高，電阻越大。

教師：你們做得很好，敢于提出質(zhì)疑，其實(shí)熱敏電阻有兩種，正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，分別是溫度越高，電阻越大和溫度越高，電阻越小。

學(xué)生13：我們研究的是氣敏電阻，當(dāng)用沾了酒精的棉花靠近氣敏電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)，電阻變小了。我們設(shè)計(jì)了如圖8所示的電路，可以來檢測是否酒駕（同學(xué)們大笑）。還可以檢測家里煤氣是否泄漏以及環(huán)境污染檢測和火災(zāi)報(bào)警等。

學(xué)生14：我覺得這些敏感電阻還可以用在進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療和無人駕駛，智能家居和遠(yuǎn)程控制技術(shù)上。

教師：同學(xué)們的想象力都很豐富，你們所想到的有的已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)技術(shù)，有的還未實(shí)現(xiàn)，等待技術(shù)的進(jìn)一步成熟，或許還要有待你們?nèi)ヌ剿骱烷_發(fā)，相信你們一定行的。平時(shí)要大膽展開想象，勇于探索，敢于創(chuàng)新，只有想不到的，沒有辦不到的！

設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，親身感受不同的靈敏電阻阻值的變化，體驗(yàn)另一種變阻器，培養(yǎng)遷移創(chuàng)新能力。接觸現(xiàn)代科技，感受現(xiàn)在科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步。鼓勵(lì)他們大膽猜想，從物理走向生活，從物理走向社會，充分調(diào)動(dòng)他們的創(chuàng)新激情，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新素養(yǎng)。

教師：有時(shí)候傳感器不是像圖8那樣直接接入工作電路中，而是在另一個(gè)電路叫控制電路，下面咱們來欣賞一個(gè)實(shí)際例子。

例：現(xiàn)代的路燈一般都用太陽能電池板供電，可是晚上沒有太陽，白天又不需要路燈，于是我們增加了一個(gè)蓄電池，白天通過太陽能電池板給蓄電池充電，晚上蓄電池給LED燈供電。

（多媒體投影）如圖9是自動(dòng)控制電路的原理示意圖。其中，光敏電阻的阻值R隨光照度的增強(qiáng)而減小。請將電路原理圖連接完整。

學(xué)生15：如圖10所示，白天時(shí)，光照比較強(qiáng)，光敏電阻的阻值較小，電路中的電流較大，電磁鐵的磁性較強(qiáng)，銜鐵就被吸下，與靜觸點(diǎn)G、F接觸，使得太陽能電池板與蓄電池組成閉合電路，太陽能電池板給蓄電池充電;夜晚光照強(qiáng)度減弱，光敏電阻的阻值大，電路中的電流減小，電磁鐵的磁性減弱，銜鐵被彈簧拉起，使銜鐵與靜觸點(diǎn)E、D接觸，此時(shí)蓄電池與LED路燈組成閉合電路，蓄電池給LED燈供電[ 3 ]。

設(shè)計(jì)意圖：由應(yīng)用促創(chuàng)新，通過學(xué)生連接電路圖，讓他們對動(dòng)態(tài)電路了解更加透徹，比起直接給出答案讓他們分析效果好很多。同時(shí)利用實(shí)際例子向?qū)W生展示創(chuàng)新帶來科技的發(fā)展，科技帶來生活的便利，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

本節(jié)復(fù)習(xí)課變習(xí)題為問題，通過問題驅(qū)動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生思考實(shí)際問題的解決辦法，提升創(chuàng)新能力。或許學(xué)生在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)會遇到這樣或那樣的困難，也可能會設(shè)計(jì)出許多不合理的電路，但對于學(xué)生思維能力和創(chuàng)造能力的提升至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

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