浅谈资优生学习迁移能力的培养——以直交流电路教学为例

杨朋聚

(河北省石家庄市第一中学物理教研室，河北 石家庄 050011)

物理是一个古老而年轻的学科，物理学的发展，始终引领着人类对自然奥秘的探索，深化着人类对自然界的认识.高中学段的资优生，有着比一般学生更为敏感直觉的物理素养，有着更为出色的物理观念，更有着从物理视角认识自然的文化自觉、思维习惯，因而如何引导高中学段的优秀学生进行思维能力迁移，掌握科学的研究方法，养成科学的思维品质，从而承担更重要的社会责任，显得尤为重要.笔者结合直流、交流电路的教学实践，浅谈一下在这方面的尝试.

1 恒压源和恒流源的思想——电路动态分析成熟思路的迁移

学习了闭合电路欧姆定律之后，学生对电动势、路端电压、内电压等概念有了初步的认识，掌握了一定的电路动态分析技巧，但对于稍显复杂的电路仍然理不清头绪，感到无从下手，如果学生了解了恒压源和恒流源相关知识，会对上述问题的解决大有裨益，相关内容介绍如下.

(2) 恒流源：不论外电阻R如何变化，总是提供不变电流的理想电源为恒流源.因而实际电源可看作是一定的内阻r与恒流源并联的电流源，给电阻R供电，如图1乙所示.根据并联电路电流分配原理，实际电源E、r对外电阻R提供电流I为

甲

乙图1

实际的电源既可看作电压源，又可看作电流源，电流源与电压源等效的条件是电流源中恒流源的电流等于电压源的短路电流.利用电压源与电流源的等效性可使某些电路的计算简化.

图2

例1.如图2所示电路中的电表均为理想电表，电源为恒流源，即不管外电路的电阻如何变化，它都能提供持续的定值电流.当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时，电压表的读数变化量与电流表的读数变化量之比的绝对值是

(A)R0. (B)R1.

(C)R2. (D) 不能确定.

在本题中，采用常规的方法学生错误率较高，其根本是没有将题目中的变化跟既往知识进行有机关联，纯粹的数学运算对于学生有凑巧之嫌，不具有通式通则性，如果是利用等效恒流电源思想，则会对这类问题有着很好的示范引领作用，为此，我采用下列方法讲解：

图3

图4

图5

通过上述处理，学生很容易能利用恒流源的逆向思维，结合已经掌握的常规电路电源的外伏安特性曲线特性，快速得出正确选项是(B).对资优生，如何引导他们将新学知识纳入到既有的知识体系，构建简洁、通用的思维模型，是我们教师应该时常反思的一个课题.

2 补偿法测电源电动势——零显示实验思维迁移

物理是一个实验的学科，实验方案的设计、实验仪器的选择、实验数据的处理，能很好体现对“科学探究”这一学科核心素养培养的要求.有利于培养学生提出科学问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力.

图6

通常情况下，在电学实验中用测量仪器对电流、电压进行测量时，由于测量电表的非理想性，不可避免对测量结果产生影响，因而造成测量误差.惠斯通电桥法测电阻(如图6所示)，则巧妙地消除了系统误差(具体方法略)，实验构思之精巧、逻辑之严谨，令人叹为观止，受其思路影响，我借机给学生介绍了补偿法测电动势实验，也是著名的电表零显示实验，以期能将实验思维进行迁移.

图7

图8

电流表的零显示实验、电源电动势等于电源的开路电压，再结合分压电路的特点，这几个知识点的碰撞定能帮助资优生擦出灵动的智慧火花，让他们去感知实验设计思路的精巧，去揣度、建构理想模型，在解决实际问题中反思、成长.

3 变压器反射电阻——恒定电流思维迁移

涉及变压器的动态分析问题，往往是学生感到困难的问题，相对而言，学生掌握恒定电路的动态分析问题要更好一些，因此，我们不妨利用变压器具有改变阻抗的特性，介绍等效电路和阻抗匹配等相关知识，将恒定电流中已有的思维模型迁移至此.

图9

图10

例2.(2011年“卓越”自招试题)心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可用一个与大电阻(r=40 kΩ)相连的交流电源来等效，如图10所示.心电图仪与一理想变压器的初级线圈相连，扬声器(可以等效为阻值为R=8 Ω的电阻)与该变压器的次级线圈相连，在等效电源的电压有效值U0不变的情况下，为使场声器获得最大功率，变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比约为

(A) 1∶5000. (B) 1∶70.

(C) 70∶1. (D) 5000∶1.

图11

图12

例3.(2019年河北省五个一中学联考)如图12所示，理想变压器原线圈两端A、B接在电动势E=8 V、内阻r=2 Ω的交流电源上，理想变压器的副线圈两端与最大值足够大的滑动变阻器R及定值电阻R0相连，其中R0=2 Ω，变压器原副线圈的匝数比为1∶2，当电源输出功率最大时，下列说法正确的是

(A) 滑动变阻器接入电路的阻值为2 Ω.

(B) 滑动变阻器接入电路的阻值为6 Ω.

(C) 通过滑动变阻器的电流为2 A.

(D) 滑动变阻器消耗的功率为8 W.

类似的题目还有2015年的全国新课标乙卷、2016年的全国新课标乙卷、丙卷，不再一一赘述.

物理是由概念、规律、定律等要素组成的，但物理并不仅仅是概念、规律、定律的混合体，而学生平时的学习是分章分节、条块分割的，缺乏对知识内在逻辑的联想和贯通，常常会导致知识的碎片化，甚至彼此冲突、互不兼容.这就需要老师通过有意识、多方位的引导，通过对知识点的横向联系和归纳示范，让这些优秀的学生感受物理模型的简洁和普适，感受自然学科相互关联、高度概括、富有逻辑的魅力，从而形成科学态度、科学世界观和价值观，为学生的终身发展奠定基础，使之能为人类科学事业的传承与社会的发展做出贡献.