建构主义应用一例——《变阻器》教学

浙江省衢州市教育局教研室（324000）徐宏武

建构主义学习理论强调学习是每个学习者以自己原有的知识经验为基础，对新信息重新认识和编码，建构自己理解的过程。所以，教学应当把学习者原有的知识经验作为新知识的生长点，引导学习者从原有的知识经验中，生长新的知识经验。

在“变阻器”教学中，许多教师都把探究活动放在滑动变阻器的连接上，让学生从不同的连接方法中总结出利用“一上一下”接线柱这个正确使用规律。笔者认为这样教学不是真正意义上的、我们所要追求的科学探究，因为这样教学的结果，归纳出的规律只是多种连接方法的总结，没有涉及到滑动变阻器内在本质的东西，学生还只是凭记忆记住滑动变阻器的使用规则而已。笔者认为学生在学习本节内容之前，已经知道了影响导体电阻大小的因素，教学时可以让学生从探究滑动变阻器结构开始，经历“变阻器的原理、构造、使用和拓展”的建构过程，能够较好地发展学生应用知识解决问题的能力。在这种理念的驱动下，笔者对《变阻器》教学进行了尝试，具体教学设计如下。

1复习旧知

教师提问：改变导体电阻的方法有哪些？

师生总结：改变导线的长度，改变导线的横截面积（导线的粗细），改变导线的材料，改变导线的温度等。

2滑动变阻器原理探究

2.1教师设问

你们认为这4种方法在生活中最方便、最容易实施的方法是什么？请分小组讨论，总结这些方法在应用时有怎样的优缺点。并且猜想一下收音机、电视机的音量控制器最有可能采用了上述4种方法中的哪种方法？并说明理由。

2.2小组讨论交流

师生共同总结情况，见表1。

结论：各小组都认为上述4种方法运用起来都不方便，所以收音机和电视机音量控制器不是采用的这些方法（出示PPT）。

2.3师生探索常见电器中元件改变电阻的方法

师：各个小组刚才都进行了认真的讨论，也得出了非常一致的结论。这个结论和若干年前我的想法一样。当时，有个问题一直困扰着我，我想你们也一样有这样的疑问，就是收音机、电视机的音量控制器以及台灯的调光器中到底是如何改变其电阻从而改变电路中电流的？也就是说到底用到了什么办法呢？

请大家再思考一下，改变导线长度的方法在这里真的不适用吗？

学生：收音机、电视机中的音量控制器本身体积这么小，若采用改变导线长度的办法改变电阻，其能够安装进去使用的导线本身就很短，能改变的电阻值就更小了，实际使用价值不大。假如用了一根8 m长的导线，把它拉直装在一个装置中，这个装置的长度至少也要8 m，这都与我们教室差不多长了。

教师：哦，我听明白了。同学们的意思是一根8 m长的导线AB拉直了相当于我们教室的长度，现要通过改变导线的长度来达到改变电阻的目的，就至少要在教室大小的范围内操作。你们是不是这个意思？

学生：是的呀！

教师：你们的想法跟我以前的想法一模一样！利用改变导线的长度实现改变电阻大小的具体操作是怎样的？是不是采用把电阻丝剪短或拉长的方法呢？

学生：剪短和拉长电阻丝都不可以。可以是采用如图1示的方法，在导线AB间，接上一个可以移动的滑环O，让电流沿着滑环流出，这样相当于是改变了接入电路的导线的长度，从而实现改变电路电阻的目的。图1中滑环O开始时与B重合，接入电路的电阻是导线AB的阻值。当需要改变电阻时，就将滑环O向A点方向移动，此时接入电路的电阻是导线AO的阻值，和此前的AB相比，AO导线的长度变短，其电阻值也变小了。这时电流流经的路线是导线AO，再沿OC流出。

教师：这位同学分析得非常准确到位，其他同学有不同意见吗？

学生：没有，我们接受他的解释。

教师：很好。现在我们一起用实物来展示这个同学描述的具体过程。我这里有一根8 m长的导线，若要求其接入电路的电阻为最大值的一半，你该如何操作？

学生：让其他两位同学帮忙在教室里拉直导线，自己走到导线中间用手握住导线中点部位作为滑环进行实验演示，如图2所示。

学生：将滑环从B点移到中点，滑环需要移动4 m的距离，人也要走4 m的距离，才能实现给定的要求。人需要走这么多路，太不方便了。

教师：我和大家一样，也觉得很不方便。那还有没有改进的办法呢？是不是就真的没有更好的办法了呢？假如我把导线AB中间部分绕一个圈，若要求其接入电路的电阻为最大值一半，你该如何操作？

学生：将滑环从B点移到中点，滑环移动4 m距离，这时由于导线中间绕了一个圈，使人移动的距离少于4 m，如图3所示。

教师：假如我们把导线AB之间的导线多绕几个圈，制作成弹簧形状，请大家思考：此时若要减小其接入电路的电阻为最大值一半，该如何操作？

学生：将滑环从B点移到中点，滑环移动4 m距离，这时由于导线的中间部分绕了多个圈，使人移动的距离大大少于4 m，方便多了，如图4所示。

教师：同学们分析得很好！假如我们只需要移动很少的距离，就能实现接入电路的电阻是最大阻值1/2甚至更小的话，用起来就方便了。你们有什么好的办法吗？

学生：把导线紧密绕起来，绕的比弹簧还要密。

教师：如果这样做的话，滑环还能移动吗？还有，导线紧密缠绕起来，一圈圈导线靠在一起，彼此之间就会相互导电，此时相当于是一根变粗的导线了！它的最大电阻值跟原先相比大大减小，所以它能够改变的电阻范围将会变得更小，这样也就失去实际应用价值。当然，同学们的方法虽然在实践中还存在许多问题和困难，但我觉得你们能想到这个程度，已经非常不错了！接下来顺着你们的思路，大家一起想办法解决这些问题。

学生思考、交流、讨论。

教师：我提醒一下，假如我们事先在这根长长的导线表面涂上绝缘漆，这样的话即使导线紧紧绕在一起，彼此之间也不会相互导电了。市场上这样的绝缘导线非常多。

学生：是的。我怎么没想到？但是老师，用外涂绝缘漆的导线，存在一个很大的问题，就是导线与滑环之间也绝缘了，它们之间不能导通，所以就无法改变接入电路导线的长度，因而这种方法好像不行！

教师：你们觉得有什么办法解决这个困难吗？

学生讨论、交流。

教师：同学们请看如图5所示的方法，若我们将图中E、F、G、H处绝缘漆刮去，用鳄鱼夹分别夹在刮去绝缘漆导线的E、F、G、H处，这样就能将电流导出，接入电路的电阻丝分别为AE段、AF段、AG段和AH段，也就是改变了接入电路的导线长度。

教师：非常精彩！大家再思考这样做还有什么问题吗？或者说还有什么不足？

学生：假如导线之间缠绕非常紧密，鳄鱼夹就不能够夹上，那样的话电流又引不出来，就不能使用了。还有这根电阻丝没有什么做支架，不牢固，用起来也不方便。

教师：这位同学提出的问题，大家看看有什么好办法给解决掉吗？

学生思考、交流。

教师：你们考虑得很精细！这就是科学研究需要的品质！你们看投影上的图片，我们把长长的电阻丝缠绕在一个瓷筒上面，把瓷筒安装在一个架子上，导线A、B端分别连接在两个接线柱上（方便连线），再将绕在瓷筒上的电阻丝沿直线方向刮去绝缘漆（好比鲫鱼身上的侧线），最后采用触头连接这些被刮去绝缘漆的部位，让电流沿触头流出，同时也达到改变了接入电路的导线长度的目的，如图6所示。

教师：请大家观察制作过程，利用现成的漆包线、瓷筒等材料，现场制作一个通过改变接入电路导线长度的方法来改变电阻的装置（利用分解的滑动变阻器）。

学生观察体验。

教师：大家观察都很认真。我们学校实验室里就有按照刚才我们分析的原理制作的仪器，名称叫滑动变阻器，如图7所示。

2.4分析 体验滑动变阻器的原理

师：请同学们拿出实验桌内的滑动变阻器，观察滑动变阻器的构造，感受、交流其工作原理：依靠改变接入电路的电阻丝的有效长度来改变电阻的大小。

2.4.1学生分析

滑动变阻器不同的接法，其有效电阻丝是哪段？有何变化规律？具体分析见表2。

2.4.2学生体验

体验活动：按照课本所示电路，改变接线柱连接情况，移动滑动变阻器滑动触头体验电阻变化情况。

3拓展提高

教师：滑动变阻器在实际应用中，除了调节电阻大小外，还有一个主要目的是对电路起保护作用，预防电路中电流过大，烧毁电路或用电器，从这个层面上思考，你们认为在需要变阻器的电路里，在电路开关闭合前，变阻器的滑动触头应该置于什么位置？为什么？

学生：最大阻值一端，对电路起保护作用。

教师：通过上述学习，你们认为用电器中比如电视机中的音量开关是通过改变什么来改变电路中电流大小的？

学生：改变电阻丝的长度。

教师：看来同学们真的弄清楚了。由于用电器体积等的限制，现实中的变阻器可以做成各种形状。我这里带来一个旋钮式变阻器（出示PPT），请你说明它的接线方法和变阻原理。

学生：这是一个将直线型滑动变阻器变弯的一个弯曲型变阻器，接线时可以有两种接法：导线连接A、C两个接线柱或连接B、C两个接线柱，其工作原理与直线型滑动变阻器相同，也是依靠改变接入电路的电阻丝的有效长度来改变电阻大小的。若导线连接接线柱连接A、C时，旋钮触片靠近A接线柱电阻变小，远离A接线柱电阻变大。

4教学反思

因为教学时将学生建构滑动变阻器构造作为重点内容，花时较多，笔者课前担心学生无法顺利完成，但实际上学生的动手实践能力和动脑思考能力远远超出了教师的预期，当学生真正明白滑动变阻器的结构和原理后，正确使用变阻器则变得水到渠成般的自然。开展新课程教学中，教师需要转变教育观念，相信学生的自主学习能力，让学生真正实现“自主、合作、探究”。

收稿日期：2014-08-19