论文部分内容阅读
【摘要】在初中物理教学中，电路故障是部分学生最难掌握的一个电学知识，也是中考的一个难点。利用微课辅助教学，先简单介绍电路故障的种类，学习回路和欧姆定律后，再利用回路和欧姆定律知识分析短路和断路的原因，学生通过微课学习，逐步学会判断电路故障的类型，并能指出电路故障的位置，能动手解决实际操作问题。
【关键词】初中物理;电路故障;欧姆定律：微课
一、引言
初中物理的电学是非常重要的内容。从2011新版《义务教育物理新课程标准》对电学部分的内容要求来看，在知识与技能方面的目标要求有所降低，过程与方法的目标却有所加强，它强调从生活走向物理，要重视学生的实践体验，强调从实际应用的角度出发，初步认识一些电学的概念和规律。同时，《课标》中也明确地指出：“会看、会画简单的电路图。会连接简单的串联电路和并联电路。说出生产、生活中采用简单串联或并联电路的实例……”然而，根据教学实践，我们发现，在这部分的内容中，電路故障一直是学生感到比较吃力的部分，也是教师们比较难讲透的一个知识点。如果学生遇到电路故障时，不能独立解决，那么他们的学习效果也就无从谈起。
这其实是一个连锁反应，关键点就在于讲透电路故障。讲透这个知识点，就需要给予学生足够的铺垫，就要让学生有直观的实践体验。有限的课堂时间里，很难做到细致人微、面面俱到。这个问题，微课可以帮助我们来解决。微课作为一种新型辅助教学的学习资源，具有短小精炼，灵活自由，迅速获取等优点，它传播知识的方式不受空间，时间的限制，它就能在课堂给学生有直观的体验。随着互联网的迅速发展，信息化教育也不断高速发展，随着网络设备的普及，我们在课堂上使用微课就更加便捷了。
二、探究实践
那么，我们需要分析一下，教学实践中有什么问题是需要微课来帮我们解决的？
（一）学习《欧姆定律》前的电路故障问题
（1）短路
①短路分两种：一类是电源短路，另一类是部分短路。
什么是电源短路？电流直接从电源的正极流至负极，没有经过任何的用电器，电流会很大，容易烧坏电流表和损坏电源（图1），所以电源短路在电路中要避免出现。
什么是部分短路？它也叫做局部短路或短接，部分用电器的两端被导线接了起来。如图2所示，L1被短接，电流经过L2，所以L2亮，电流不经过L1回路，L1不亮，电路的电流会增大，僵不会烧坏电源，在有些特殊的电路会用到。
我们讲授新课解释短路的成因，普遍的教法是：因为导线的电阻为零或者说很小，电流直接从导线绕过了用电器，从电源的正极流到负极，电流会很大，容易烧坏电源。
那么，就有三个值得我们思考的问题了：1.人教版九年级的物理教材，将电路的类型这个知识版块放在学习《欧姆定律》之前，在以上的分析过程中，其实学生并不知道什么是电阻，所以也不能理解为什么电流会从导线流过？而不从小灯泡这条回路流过？
2.如果我们向学生解释：导线没有电阻或者其电阻为O，那么在后面的《生活用电》这一章的学习中，也会有矛盾：我们为什么会担心电路的电流过大（超出了导线的承载能力）？那是因为导线也是有一定电阻的。根据焦耳定律Q=I2Rt，电流通过后由于电流的热效应，导线会发热，甚至可能引发火灾。总之，导线是有电阻的！这个矛盾又怎样解释？
3.电路故障是学生实验常见的现象。在实验课上，如果教师对学生一一进行指导，那么在有限的教学时间里就不能兼顾到每一个学生，电学实验课的质量也就很难得到保证。
②解决方案
基于以上问题的思考，笔者尝试拍摄微课，利用微课来辅助教学。先简单介绍数字电流表，它是测量某一点电流的仪器（量程：0-3A，最小测量值：O.OOOIA）。把数字电流表直接接在而个小灯泡的两端（如图4），让学生观察，其现象是：两个灯都不会发光，电流的值达到了约2.58A，比图3两个灯泡串联一起发光的电流值大很多倍，这说明电源短路容易烧坏电流表和损坏电源。这时，我们可以作简单的解释：因为数字电流表的电阻很小（如果是一小段导线的电阻会更小），所以电流大部分从电流表流过，只有很小的电流流经小灯泡。通过实验来验证：将小灯泡取下，电流表的示数不变。拍摄成视频后，这个问题的讲解只需要1分钟，但是能让学生在直观的演示更容易理解。（附微课《电源短路和部分短路》）
部分短路也是采用类似的做法，如图5，让学生观察接入的电流表A2的数值，并引导学生思考：电流此时流经的路径如何？通过观察小灯泡的亮度和电流表的数值，我们会发现L1不亮，L2比原来更亮，短接后电流表A1数值变大（比起L2和L1串联时电流表的数值），通过分析两个电流表的数值（A1>A2），说明电流大部分从A：流过，但比起电源短路时的数值要小。
在实际的电路中，并联出现的短路一定是电源短路。如图6，可以让学生尝试去解释这是种短路。需要注意的是，在学生思考时，要引导他们利用回路的知识去回答。
（2）断路
①什么是断路？就是由于用电器损坏（如小灯泡烧毁），开关断开，接触不良等引起的两点之间电阻无限大，电流不能通过。如图7，开关Ki断开。
如果是串联电路出现断路，电路不能形成闭合回路，两个小灯泡不会发光，电流为o（如图8），学生是很容易理解的。教学中，学生有疑问的地方是：我们如何判断小灯泡哪里出现断路呢？通常的教法是：利用一根导线（如图9），接在小灯泡L的两端，观察L是否会发光，如果L2发光，说明L1断路。为了让学生更容易理解，可以将L1取走，L2仍会发光的。说明L1的位置发生了断路。同理，也可以判断L2是否断路。而实际上，小灯泡不亮，也可能是它的实际功率太小（实际功率学生当时也是没有学习到的部分）。这个问题又怎样和学生讲解清楚呢？
②解决方案
笔者认为，我们可以利用前面短路的知识，用—个数字电流表来替代这根导线（图10），如果电流表A2有示数，说明它是一条闭合的回路，而且说明该点断路了。要引导学生学会分析，是不是闭合电路，不能只是观察小灯泡有没有发光，要观察电流表有没有示数。做一个1分钟的微课就能很好地解决问题。（附微课《小灯泡串联断路》） 在并联电路中，如果某一条支路断路，该支路没有形成闭合回路，没有电流，学生只要观察哪一条支路的用电器不工作，就可以判断哪条支路出现断路（图11）。如果所有的用电器都不工作，说明干路出现了断路，利用短接的办法也可以判断断路的位置（如图12）。
电路故障的教学是层层递进的，我们以上讨论的问题的前提是学生没有学习《欧姆定律》和电阻的概念。在学习了欧姆定律后，我们就可以更深入地解释电路故障的问题。
（二）伏安法中的电路故障问题
在初中电学实验中，伏安法是学生最常用的测量方法。下面我们来分析一下，如何解决伏安法测量过程中的电路故障问题？普遍的做法是：通过让学生观察小灯泡的发光情况，电流表和电压表的示数以及变化的情况，就可以基本判定电路属于哪种故障了。但学生要真正理解和分析，就必须要结合前面所学到的回路、欧姆定律以及串联电路的分压等知识。
（1）小灯泡短路
通过前面的学习，学生知道导线或者电流表的电阻是很小的，在实际的电路中，通过拍摄视频（附视频《伏安法小灯泡短路》），引导学生观察，如果小灯泡被短接（利用電流表A2），小灯泡是不会发光的，电流表A1和A2都是有示数的，电压表的指针没有偏转。可以看到电流大部分由A2流过，因此小灯泡不会发光，为了验证，可以将小灯泡拆了（如图14）。而电压表的电阻非常大的，可以认为没有电流通过，因此电压表的示数为零。在电路分析中，一般视导线的电阻为零，相当于小灯泡被短接了（如图15）。（高中的处理方法是：视导线的电阻为零，则导线两端的电势差为零，所以电压表没有示数）
（2）小灯泡断路
小灯泡断路的等效电路图（如图16），实验中，可以观察到小灯泡不亮，电流表指针不偏转，电压表的示数接近（或等于）电源电压。通常我们是认为电压表电阻很大，相当于断路，所以电流表没有示数。但是这种说法实际上是矛盾的。既然是断路，没有形成闭合回路，电流表没有示数是可以理解的，但是电压表也就不应该有示数。笔者也尝试了新的做法：利用数字电流表来拍摄微课（附微课《伏安法小灯泡断路》），学生可以观察到小灯泡不亮，电流表的示数非常小，只有0.5mA左右，电压表有示数并且接近电源电压。这时，就可以引导学生思考为什么电流表没有示数？接着就可以分析：这是因为机械的电流表的分度值是0.02A，也就是20mA，但实际测量的电流值只有0.5mA，因此，机械式的电流表指针几乎不偏转。而电压表接近电源电压，因为它的电阻非常大（此时可以用万用表测量出来，让学生有一定的感性认识），与滑动变阻器串联，分到的电压大，相当于直接接刭了电源的正负极了，因此，电源表的示数接近电源电压。
三、结语
近年的教学实践中，微课介入解决电路故障问题后，大大地提高了教学效率;更在一定的程度上，提高了学生的学习兴趣，激发了物理学习的动力。疑难问题的直观化是实现从难到易的华丽转变。一些看似复杂的各种电路都可以通过微课分解成最简单的电路，相信微课还能在物理教学中继续发挥更积极的作用。
参考文献：
[1]教育部.义务教育物理课程标准（ 2011年版）[M].北京师范大学出版社.
[2]周静.初中物理“电路故障”浅析[J].湖南中学物理，2009 （6）.
[3]杨霞.初中物理电路故障及案例解析[J].中学物理教学参考，2018（02）.
[4]王培强，初中物理电路故障的判断分析[J]，中学课程资源，2015（07）.
【关键词】初中物理;电路故障;欧姆定律：微课
一、引言
初中物理的电学是非常重要的内容。从2011新版《义务教育物理新课程标准》对电学部分的内容要求来看，在知识与技能方面的目标要求有所降低，过程与方法的目标却有所加强，它强调从生活走向物理，要重视学生的实践体验，强调从实际应用的角度出发，初步认识一些电学的概念和规律。同时，《课标》中也明确地指出：“会看、会画简单的电路图。会连接简单的串联电路和并联电路。说出生产、生活中采用简单串联或并联电路的实例……”然而，根据教学实践，我们发现，在这部分的内容中，電路故障一直是学生感到比较吃力的部分，也是教师们比较难讲透的一个知识点。如果学生遇到电路故障时，不能独立解决，那么他们的学习效果也就无从谈起。
这其实是一个连锁反应，关键点就在于讲透电路故障。讲透这个知识点，就需要给予学生足够的铺垫，就要让学生有直观的实践体验。有限的课堂时间里，很难做到细致人微、面面俱到。这个问题，微课可以帮助我们来解决。微课作为一种新型辅助教学的学习资源，具有短小精炼，灵活自由，迅速获取等优点，它传播知识的方式不受空间，时间的限制，它就能在课堂给学生有直观的体验。随着互联网的迅速发展，信息化教育也不断高速发展，随着网络设备的普及，我们在课堂上使用微课就更加便捷了。
二、探究实践
那么，我们需要分析一下，教学实践中有什么问题是需要微课来帮我们解决的？
（一）学习《欧姆定律》前的电路故障问题
（1）短路
①短路分两种：一类是电源短路，另一类是部分短路。
什么是电源短路？电流直接从电源的正极流至负极，没有经过任何的用电器，电流会很大，容易烧坏电流表和损坏电源（图1），所以电源短路在电路中要避免出现。
什么是部分短路？它也叫做局部短路或短接，部分用电器的两端被导线接了起来。如图2所示，L1被短接，电流经过L2，所以L2亮，电流不经过L1回路，L1不亮，电路的电流会增大，僵不会烧坏电源，在有些特殊的电路会用到。
我们讲授新课解释短路的成因，普遍的教法是：因为导线的电阻为零或者说很小，电流直接从导线绕过了用电器，从电源的正极流到负极，电流会很大，容易烧坏电源。
那么，就有三个值得我们思考的问题了：1.人教版九年级的物理教材，将电路的类型这个知识版块放在学习《欧姆定律》之前，在以上的分析过程中，其实学生并不知道什么是电阻，所以也不能理解为什么电流会从导线流过？而不从小灯泡这条回路流过？
2.如果我们向学生解释：导线没有电阻或者其电阻为O，那么在后面的《生活用电》这一章的学习中，也会有矛盾：我们为什么会担心电路的电流过大（超出了导线的承载能力）？那是因为导线也是有一定电阻的。根据焦耳定律Q=I2Rt，电流通过后由于电流的热效应，导线会发热，甚至可能引发火灾。总之，导线是有电阻的！这个矛盾又怎样解释？
3.电路故障是学生实验常见的现象。在实验课上，如果教师对学生一一进行指导，那么在有限的教学时间里就不能兼顾到每一个学生，电学实验课的质量也就很难得到保证。
②解决方案
基于以上问题的思考，笔者尝试拍摄微课，利用微课来辅助教学。先简单介绍数字电流表，它是测量某一点电流的仪器（量程：0-3A，最小测量值：O.OOOIA）。把数字电流表直接接在而个小灯泡的两端（如图4），让学生观察，其现象是：两个灯都不会发光，电流的值达到了约2.58A，比图3两个灯泡串联一起发光的电流值大很多倍，这说明电源短路容易烧坏电流表和损坏电源。这时，我们可以作简单的解释：因为数字电流表的电阻很小（如果是一小段导线的电阻会更小），所以电流大部分从电流表流过，只有很小的电流流经小灯泡。通过实验来验证：将小灯泡取下，电流表的示数不变。拍摄成视频后，这个问题的讲解只需要1分钟，但是能让学生在直观的演示更容易理解。（附微课《电源短路和部分短路》）
部分短路也是采用类似的做法，如图5，让学生观察接入的电流表A2的数值，并引导学生思考：电流此时流经的路径如何？通过观察小灯泡的亮度和电流表的数值，我们会发现L1不亮，L2比原来更亮，短接后电流表A1数值变大（比起L2和L1串联时电流表的数值），通过分析两个电流表的数值（A1>A2），说明电流大部分从A：流过，但比起电源短路时的数值要小。
在实际的电路中，并联出现的短路一定是电源短路。如图6，可以让学生尝试去解释这是种短路。需要注意的是，在学生思考时，要引导他们利用回路的知识去回答。
（2）断路
①什么是断路？就是由于用电器损坏（如小灯泡烧毁），开关断开，接触不良等引起的两点之间电阻无限大，电流不能通过。如图7，开关Ki断开。
如果是串联电路出现断路，电路不能形成闭合回路，两个小灯泡不会发光，电流为o（如图8），学生是很容易理解的。教学中，学生有疑问的地方是：我们如何判断小灯泡哪里出现断路呢？通常的教法是：利用一根导线（如图9），接在小灯泡L的两端，观察L是否会发光，如果L2发光，说明L1断路。为了让学生更容易理解，可以将L1取走，L2仍会发光的。说明L1的位置发生了断路。同理，也可以判断L2是否断路。而实际上，小灯泡不亮，也可能是它的实际功率太小（实际功率学生当时也是没有学习到的部分）。这个问题又怎样和学生讲解清楚呢？
②解决方案
笔者认为，我们可以利用前面短路的知识，用—个数字电流表来替代这根导线（图10），如果电流表A2有示数，说明它是一条闭合的回路，而且说明该点断路了。要引导学生学会分析，是不是闭合电路，不能只是观察小灯泡有没有发光，要观察电流表有没有示数。做一个1分钟的微课就能很好地解决问题。（附微课《小灯泡串联断路》） 在并联电路中，如果某一条支路断路，该支路没有形成闭合回路，没有电流，学生只要观察哪一条支路的用电器不工作，就可以判断哪条支路出现断路（图11）。如果所有的用电器都不工作，说明干路出现了断路，利用短接的办法也可以判断断路的位置（如图12）。
电路故障的教学是层层递进的，我们以上讨论的问题的前提是学生没有学习《欧姆定律》和电阻的概念。在学习了欧姆定律后，我们就可以更深入地解释电路故障的问题。
（二）伏安法中的电路故障问题
在初中电学实验中，伏安法是学生最常用的测量方法。下面我们来分析一下，如何解决伏安法测量过程中的电路故障问题？普遍的做法是：通过让学生观察小灯泡的发光情况，电流表和电压表的示数以及变化的情况，就可以基本判定电路属于哪种故障了。但学生要真正理解和分析，就必须要结合前面所学到的回路、欧姆定律以及串联电路的分压等知识。
（1）小灯泡短路
通过前面的学习，学生知道导线或者电流表的电阻是很小的，在实际的电路中，通过拍摄视频（附视频《伏安法小灯泡短路》），引导学生观察，如果小灯泡被短接（利用電流表A2），小灯泡是不会发光的，电流表A1和A2都是有示数的，电压表的指针没有偏转。可以看到电流大部分由A2流过，因此小灯泡不会发光，为了验证，可以将小灯泡拆了（如图14）。而电压表的电阻非常大的，可以认为没有电流通过，因此电压表的示数为零。在电路分析中，一般视导线的电阻为零，相当于小灯泡被短接了（如图15）。（高中的处理方法是：视导线的电阻为零，则导线两端的电势差为零，所以电压表没有示数）
（2）小灯泡断路
小灯泡断路的等效电路图（如图16），实验中，可以观察到小灯泡不亮，电流表指针不偏转，电压表的示数接近（或等于）电源电压。通常我们是认为电压表电阻很大，相当于断路，所以电流表没有示数。但是这种说法实际上是矛盾的。既然是断路，没有形成闭合回路，电流表没有示数是可以理解的，但是电压表也就不应该有示数。笔者也尝试了新的做法：利用数字电流表来拍摄微课（附微课《伏安法小灯泡断路》），学生可以观察到小灯泡不亮，电流表的示数非常小，只有0.5mA左右，电压表有示数并且接近电源电压。这时，就可以引导学生思考为什么电流表没有示数？接着就可以分析：这是因为机械的电流表的分度值是0.02A，也就是20mA，但实际测量的电流值只有0.5mA，因此，机械式的电流表指针几乎不偏转。而电压表接近电源电压，因为它的电阻非常大（此时可以用万用表测量出来，让学生有一定的感性认识），与滑动变阻器串联，分到的电压大，相当于直接接刭了电源的正负极了，因此，电源表的示数接近电源电压。
三、结语
近年的教学实践中，微课介入解决电路故障问题后，大大地提高了教学效率;更在一定的程度上，提高了学生的学习兴趣，激发了物理学习的动力。疑难问题的直观化是实现从难到易的华丽转变。一些看似复杂的各种电路都可以通过微课分解成最简单的电路，相信微课还能在物理教学中继续发挥更积极的作用。
参考文献：
[1]教育部.义务教育物理课程标准（ 2011年版）[M].北京师范大学出版社.
[2]周静.初中物理“电路故障”浅析[J].湖南中学物理，2009 （6）.
[3]杨霞.初中物理电路故障及案例解析[J].中学物理教学参考，2018（02）.
[4]王培强，初中物理电路故障的判断分析[J]，中学课程资源，2015（07）.