夏承俊

(杭州市保俶塔實驗學(xué)校 浙江 杭州 310007)

電路分析是初中學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，雖然課標(biāo)要求只需要對含兩個用電器的電路進行分析，然而由于開關(guān)、電流表和電壓表的接入，加大了電路分析的難度．電路分析是電學(xué)的基礎(chǔ)，不會電路分析，也就意味著后續(xù)電學(xué)學(xué)習(xí)無法進行．

1 電路分析現(xiàn)狀

通過查閱知網(wǎng)同類文章得知，當(dāng)前國內(nèi)外進行電路分析方法主要為拆除法[1]、電流流向法[2]、等效電路法[3]3種方法，這3種傳統(tǒng)方法使用多年，深受廣大師生的喜愛．然而即便使用這3種方法能在一定程度上簡化電路分析，降低電路分析的難度，但對于學(xué)生來說電路分析依舊是電學(xué)學(xué)習(xí)的一大難點，由此可知，這些方法雖然有效，但仍不足以滿足學(xué)生簡化電路分析的需求．

2 巧用“四步” 融合“五線” 建構(gòu)電路分析模式

電路是電流的路徑，電路分析離不開電流路徑的分析，故可在電流路徑線的基礎(chǔ)上用不同顏色的筆進行彩描(本文章用不同虛線代表不同顏色的彩描線)，進而參照歸屬標(biāo)準(zhǔn)，利用不同顏色的彩描線進行分析評判.利用分析線的定位目標(biāo)、建構(gòu)路線、制定標(biāo)準(zhǔn)、評判歸屬“四步”分析模式，將路線、描線、分析線、認(rèn)知線、思維線“五線”合一，幫助學(xué)生借助電路分析達成分析、評價等高階認(rèn)知[4]，培養(yǎng)學(xué)生思維的敏捷性、邏輯性、深刻性、批判性等品質(zhì)[5]，最終提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)．融合框架如圖1所示，文章后續(xù)圖示只展示路線和描線部分．

圖1 建構(gòu)電路分析的融合框架

2.1 定位目標(biāo) 培養(yǎng)思維的敏捷性

電路分析的目標(biāo)是電路本身，一般指電路圖或?qū)嵨飯D，若題中未給出電路圖或?qū)嵨飯D，則應(yīng)根據(jù)題意先畫出電路圖．通過迅速抓住問題中的有用信息，短時匹配腦海中所學(xué)的電學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生思維的敏捷性[5]．

2.2 建構(gòu)路線 培養(yǎng)思維的邏輯性

電路分析的關(guān)鍵是電流路線分析，使用不同顏色的筆進行描線，將電流路線顯化，突出電路中的電流路徑這一關(guān)鍵信息，實現(xiàn)電流路線的建構(gòu)．建構(gòu)過程和第三步的制定標(biāo)準(zhǔn)達成了學(xué)生高階認(rèn)知中的分析，同時培養(yǎng)了學(xué)生思維的邏輯性．

2.3 制定標(biāo)準(zhǔn) 培養(yǎng)思維的深刻性

經(jīng)過前兩步之后，將電流路線轉(zhuǎn)化為描線之后，不同的描線情況代表著不同的電路情況，如何建立起描線情況和電路情況之間的關(guān)聯(lián)，需要描線判斷電路的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的制定可通過分析幾個案例后進行歸納．此過程可一次性進行，后期只需參照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行即可．制定標(biāo)準(zhǔn)的過程達成了高階認(rèn)知的分析，主要培養(yǎng)了學(xué)生思維的深刻性．

2.4 評判歸屬 培養(yǎng)思維的批判性

經(jīng)過前三步之后，只需利用制定好的標(biāo)準(zhǔn)對實際電路進行歸屬評判即可，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的描線特征，判斷出電路情況，得出電路分析的最終答案．評判歸屬的過程達成了高階認(rèn)知的評價，同時培養(yǎng)了學(xué)生思維的批判性．

3 “四步五線”式電路分析模式的實踐

3.1 以描線分析路線

通過描線法將隱性的電流路徑顯化，再通過對描線上用電器的分析，從而判斷用電器串并聯(lián)情況及短路故障，分析流程如圖2所示．

圖2 分析流程

3.1.1 數(shù)線判斷串并聯(lián)

串并聯(lián)電路是初中電學(xué)需要掌握的基本內(nèi)容，串并聯(lián)電路的分析也是學(xué)生學(xué)習(xí)的一大難點，尤其是實物圖的串并聯(lián)電路分析．可通過數(shù)線法進行串并聯(lián)電路分析，既先將電路中的所有電流路徑用不同顏色的筆描線(一條電流路徑用一種顏色)，當(dāng)電路中只有一條描線時，為串聯(lián)電路；當(dāng)電路中有多條描線時，為并聯(lián)電路．

【例1】圖3的(a)和(b)中只有一條虛線所畫的電流路徑，故(a)、(b)電路均為串聯(lián)電路．圖3的(c)和(d)中均有一粗一細兩條虛線所畫的電流路徑，故(c)、(d)電路均為并聯(lián)電路，且只有一條描線的部分為支路，有兩條描線的部分為干路．

圖3 例1題圖

無論多復(fù)雜的電路均可利用此方法進行判斷，實際使用過程中可用不同顏色的筆代替不同的虛線，畫出的效果更明顯．后續(xù)的所有實踐均以電路圖為例，所有方法均同樣適用于實物圖的電路分析．

3.1.2 據(jù)電器判斷短路

短接是常見的電路故障，也是電路分析時容易忽視的問題，可通過描線顯化可能的電流路徑，再對比顯化的電流路徑，根據(jù)分流的支路上是否有用電器判斷短接現(xiàn)象．

【例2】圖4電路經(jīng)過描線后，雖然看起來有兩條電流路徑，然而細看兩條電流路徑分開之處，粗線所在的電流路徑并未經(jīng)過任何用電器，故電鈴被短接．

圖4 例2題圖

電源短路現(xiàn)象也是學(xué)生容易忽略的一種電路故障，通過描線顯化電流路徑進行電路分析時，還能有效判斷出是否存在電源短路的現(xiàn)象．

【例3】圖5電路經(jīng)過描線后，可以發(fā)現(xiàn)有3條電流路徑，進一步觀察分析可知，中間虛線所描的電流路徑上沒有任何用電器，會造成電源短路．

圖5 例3題圖

3.2 以共線分析控制

電路控制和電流測量遵循相同的規(guī)律，即開關(guān)控制同一條電流路徑上的用電器，電流表測量同一條電流路徑上的電流．通過描線后根據(jù)開關(guān)、電流表與用電器是否共線，判斷電路的控制和電流測量情況，流程如圖6所示．

圖6 以共線分析控制流程圖

3.2.1 共線尋找開關(guān)

開關(guān)是電路的重要元件，開關(guān)的斷開和閉合不僅影響用電器的工作，還會影響用電器的串并聯(lián)關(guān)系，對這樣的變化電路進行判斷是學(xué)生學(xué)習(xí)中的一大難點，可通過描線顯化電流路徑，進而對描線上的開關(guān)及用電器分析判斷開關(guān)與用電器關(guān)系及電路串并聯(lián)情況．

【例4】圖7電路經(jīng)過描線后，可以發(fā)現(xiàn)圖(a)中有2條描線，故電路為并聯(lián)電路，且圖中L2與S3在同一條描繪線上，故S3控制L2，而S1上有L1和L2都經(jīng)過的描線，故S1控制L1和L2，即S1在干路上；圖(b)中通過L1和L2只有1條描線且通過S2，故該電路為串聯(lián)電路，且S2為該電路的控制開關(guān)．

圖7 例4題圖

3.2.2 共線測量電流

電流表測量所在電路的電流，理解容易，然而實際判斷電流表測量的電路是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，可通過先描線，再判斷電流表與用電器是否共線，進而判斷出電流表測量的電路．

【例5】圖8電路經(jīng)描線之后，根據(jù)電流表與用電器之間的共線規(guī)律，可看出A2與L1共線，A3與L2共線，故A2測量L1電流，A3測量L2電流，圖中兩條虛線均經(jīng)過A1，由此可知A1既測量通過L1的電流，也測量通過L2的電流，故A1測量的是L1和L2的合電流，既干路電流．

圖8 例5題圖

根據(jù)是否共線判斷電流表測量情況，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度．若要判斷電流表的正負(fù)極情況，只需給每條描線標(biāo)上電流方向，再根據(jù)電流從電流表正極流入、負(fù)極流出的規(guī)律進行判斷即可．

3.3 以同物判斷電壓

判斷電壓表測量哪部分電路電壓，對于學(xué)生來說其難度甚至高于對電流表測量情況的判斷，究其原因是電壓表與被測電路并聯(lián)，并聯(lián)也就意味著電路變復(fù)雜，不易確認(rèn)與電壓表并聯(lián)的電路為哪部分，因此，學(xué)生容易看錯電壓表測量電路．此時可用同物法進行判斷，既從電壓表兩端分別畫出兩條線，遇到有分叉即分叉，能越過閉合(或?qū)⒁]合)的開關(guān)、電流表，不能越過用電器、電源、其他電壓表等元件，畫完后觀察兩端皆有描線的用電器或電源既為該電壓表測量的對象，流程如圖9所示．

圖9 以同物判斷電壓流程圖

【例6】圖10電路從電壓表兩端分別描線后，發(fā)現(xiàn)只有燈L兩端皆有描線，R的右端和電源的左端均無描線，故電壓表測量的是燈L的電壓．

圖10 例6題圖

通過描線后的同物判斷，將學(xué)生隱性的判斷過程顯化，由此降低判斷的難度，幫助學(xué)生提升分析問題的能力．

3.4 以長度判斷電阻

動態(tài)電路分為由開關(guān)通斷引起的動態(tài)電路和滑動變阻器滑片移動引起的動態(tài)電路兩種．由開關(guān)通斷引起的動態(tài)電路分析見“3.2.1 共線尋找開關(guān)”.由滑動變阻器滑片移動引起的動態(tài)電路分析的一般順序是：滑動變阻器的有效長度變化→滑動變阻器的電阻變化→電路中的電流、電壓分配等的變化．對于學(xué)生來說，難點在于判斷滑動變阻器的電阻大小變化，究其原因是滑動變阻器的有效長度判斷困難，尤其是實物圖中的判斷，故可先進行描線，進而判斷描線經(jīng)過部分長度變化，即可判斷出電阻大小變化，流程如圖11所示．

圖11 以長度判斷電阻流程圖

【例7】圖12電路通過描線后可看出滑動變阻器電阻部分被畫線的是AP，故有效長度為AP，由此根據(jù)滑片移動后AP長度的變化情況，從而得知有效電阻大小的變化，進而知道電流、電壓分配等電路相關(guān)物理量變化．

圖12 例7題圖

通過描出電路中滑動變阻器的有效長度，從而找準(zhǔn)動態(tài)電路判斷的切入口，理順動態(tài)電路分析的順序，可有效提升學(xué)生的邏輯思維．

4 結(jié)束語

電路分析是電學(xué)的基礎(chǔ)，也是初中電學(xué)學(xué)習(xí)重點和難點，同時也是學(xué)生高階認(rèn)知和思維品質(zhì)培養(yǎng)的重要陣地．通過“四步”模式，實現(xiàn)“五線”融合，不僅簡化分析過程，有效降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，更提升學(xué)生認(rèn)知水平，幫助學(xué)生理解電學(xué)本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)．然而如何利用描線法進行斷路的判斷有待進一步研究．