創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提高課堂效率

朱新榮

家庭電路與安全用電，這一節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)多而雜，缺乏明晰的邏輯聯(lián)系，如果不能抓住一條清晰的主線，那么整個(gè)課堂就會(huì)給學(xué)生一個(gè)凌亂的感覺(jué)，影響學(xué)習(xí)效果；此外，本節(jié)課涉及的電壓為220 V，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)成安全隱患.如何設(shè)計(jì)既形象而又安全清晰的實(shí)驗(yàn)成為許多教師研究的課題.據(jù)此，筆者以用電安全為主線，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題.

1創(chuàng)設(shè)生活情境，喚醒安全用電意識(shí)

本節(jié)內(nèi)容針對(duì)家庭電路，雖說(shuō)緊貼學(xué)生的生活，但是，很多學(xué)生只具有用電器使用的經(jīng)驗(yàn)，缺乏正確的用電體驗(yàn).在這種情況下，直接講授安全用電，必然會(huì)降低學(xué)生的興趣點(diǎn)，也無(wú)法觸動(dòng)學(xué)生.因此，筆者和同事一起拍攝了一段在家庭生活中用電場(chǎng)景的視頻，從進(jìn)家門開(kāi)始，依次有：洗手——濕手插電飯鍋插頭——使用冰箱；插入兩線插頭——電烤箱；電線破皮——拖線板插入過(guò)多用電器，進(jìn)而斷電——更換熔絲——硬拽插頭線——使用接觸不好的導(dǎo)線——濕布擦臺(tái)燈，斷電——把銅絲接入熔斷器中——浴室用電吹風(fēng).作為課堂的引入環(huán)節(jié)，請(qǐng)學(xué)生觀看視頻，同時(shí)開(kāi)展小組合作，交流自己對(duì)于視頻主人公用電行為的看法.學(xué)生的興趣立即被調(diào)動(dòng)起來(lái)，迅速地發(fā)現(xiàn)主人公錯(cuò)誤的用電行為，并且意識(shí)到，錯(cuò)誤的行為會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，諸如觸電和火災(zāi)等.隨即，筆者啟發(fā)學(xué)生：為什么會(huì)發(fā)生這些事故？如何避免發(fā)生這樣的事故？從而引入課題.

2模擬人體觸電，規(guī)范安全用電行為

觀察和思考是學(xué)習(xí)物理的兩種重要方法.通過(guò)觀察物理現(xiàn)象，形成表象，經(jīng)過(guò)思維加工，形成概念，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)規(guī)律.然而，在物理教學(xué)中，有些現(xiàn)象是無(wú)法直接給學(xué)生展示，必需借助于模擬或者思維想象.對(duì)于初中生而言，他們抽象思維能力較差，如果不經(jīng)過(guò)現(xiàn)象呈現(xiàn)，就不易形成表象，更不用說(shuō)進(jìn)行思維加工了.于是，筆者采取了模擬觸電現(xiàn)象的方法，既能保證安全又能形象地揭示常見(jiàn)觸電現(xiàn)象的根源.

首先，從判斷進(jìn)戶線是否有電入手，請(qǐng)學(xué)生思考是用手觸碰還是借助工具？學(xué)生自然想到了測(cè)電筆.而后，讓學(xué)生自學(xué)測(cè)電筆的使用方法，為了安全起見(jiàn)，教師與學(xué)生合作共同使用.不難發(fā)現(xiàn)，能使測(cè)電筆發(fā)光的為火線，不能發(fā)光的即為零線.但是學(xué)生心中產(chǎn)生了疑問(wèn)：為什么使用測(cè)電筆時(shí)接觸了筆尾金屬，教師卻沒(méi)有觸電？引導(dǎo)學(xué)生拆解測(cè)電筆，發(fā)現(xiàn)測(cè)電筆裝有一個(gè)高電阻，導(dǎo)致電流很小，而沒(méi)有導(dǎo)致觸電.相反，如果電流大到一定程度就會(huì)觸電.在不經(jīng)意中，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何安全地使用測(cè)電筆，發(fā)現(xiàn)了觸電的原因.教師順勢(shì)啟發(fā)：如果沒(méi)有這個(gè)高電阻接入電路，結(jié)果會(huì)怎樣？

如圖1、圖2所示，教師向?qū)W生展示一個(gè)假人（預(yù)先在假人身上裝有LED電路，一條路從左手到右手，另一條路從右手到雙腳），從12 V開(kāi)關(guān)電源引出兩根導(dǎo)線，模擬火線和零線，同時(shí)，在地上放置一個(gè)連接到負(fù)極的鋁箔板，代表大地.假人站在地面上，在不經(jīng)過(guò)高電阻的情況下，一只手接觸火線，此時(shí)假人身上的LED燈條發(fā)光.明亮的燈光，學(xué)生立即認(rèn)識(shí)到會(huì)觸電，如果在220 V的電壓下，后果很嚴(yán)重.然后，請(qǐng)學(xué)生猜想接觸其它導(dǎo)線是否會(huì)觸電.學(xué)生的參與熱情立即被調(diào)動(dòng)起來(lái)，迫切想知道：自己的猜想是否正確？怎樣的觸線行為會(huì)觸電？然后分別演示：把假人的一只手接觸火線，另一只手接觸零線；只用右手接觸火線；只接觸零線；站在地上接觸零線.可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)同時(shí)接觸火線和零線或者同時(shí)接觸火線和大地時(shí)，假人身體上的LED發(fā)光，有一定強(qiáng)度的電流流過(guò)，會(huì)發(fā)生觸電事故.而直接接火線或者只接觸零線或者同時(shí)接觸火線和地線，假人身上的LED沒(méi)有發(fā)光，學(xué)生也理解了零線與大地之間的電壓為零的原因.學(xué)生在醒目的現(xiàn)象中，深切地理解了家庭電路觸電的根源在于有較強(qiáng)的電流通過(guò)人體，兩種觸電方式的共同點(diǎn)是接觸了火線，并且知道在生活中，要避免接觸火線.

3充分預(yù)設(shè)，抓住生成，形成安全用電準(zhǔn)則

在家庭電路組成的教學(xué)中，通常采用講授式教學(xué)，即告知學(xué)生家庭電路的組成，然后闡述這些設(shè)備的作用.而在設(shè)備火災(zāi)的根源的教學(xué)中，更多地采用了驗(yàn)證性的教學(xué).這種教學(xué)過(guò)程讓學(xué)生感到平淡無(wú)趣，學(xué)生也不會(huì)體會(huì)到發(fā)現(xiàn)知識(shí)的樂(lè)趣.筆者制作了幾塊電路板，每塊電路板都有所差異，有的放置了一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)螺口燈座；有的板為兩線插座；有的板為三線插座.粗看電路板平淡無(wú)奇，器材也較為常見(jiàn)，但是，細(xì)看就可以發(fā)現(xiàn)，同樣的電路元件，有些放置的順序卻不一樣，有些只有兩根線，有些火線上多接了一條鋁箔紙，有些連接線較細(xì)，接觸不是很好.在充分預(yù)設(shè)之后，向?qū)W生提供了用來(lái)模擬火線和零線的12 V直流電源，消除學(xué)生在連接電路過(guò)程中的安全隱患.

關(guān)于燈泡和開(kāi)關(guān)的連接，學(xué)生由于缺乏安全意識(shí)，認(rèn)為只要連接完整，燈泡發(fā)光就行.如圖3、圖4所示，是學(xué)生連接的電路.閉合開(kāi)關(guān)，燈泡都能正常發(fā)光.啟發(fā)思考：哪種連接方式更安全？斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，更換燈泡時(shí)會(huì)不會(huì)觸電？你能用測(cè)電筆判斷嗎？學(xué)生檢測(cè)的結(jié)果現(xiàn)象如圖3所示，測(cè)定筆發(fā)光了.盡管斷開(kāi)了開(kāi)關(guān)，但是燈泡依然與火線相通.此時(shí)，學(xué)生很容易認(rèn)識(shí)到，如果站在地面上的人接觸燈泡螺旋就會(huì)導(dǎo)致觸電.由此說(shuō)明，連接電路的規(guī)范非常重要，按照規(guī)范操作，就可以避免安全事故的發(fā)生.進(jìn)而形成用電規(guī)范：控制燈泡的開(kāi)關(guān)一定要與火線相連.在這樣的設(shè)計(jì)中，學(xué)生親自操作，在操作中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在探索中解決問(wèn)題，在交流中獲取知識(shí).

在連接電路過(guò)程中，一個(gè)小組出現(xiàn)了一個(gè)令學(xué)生感到意外的現(xiàn)象.閉合開(kāi)關(guān)，電路中的鋁箔起火，如圖5所示.學(xué)生顯得驚慌失措.然而，直面錯(cuò)誤行為導(dǎo)致的后果，學(xué)生接受了震撼的教育，對(duì)安全用電有了深刻的認(rèn)識(shí).學(xué)生心中充滿著好奇：發(fā)生什么事？經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，火線和零線之間沒(méi)有經(jīng)過(guò)用電器，直接用一根導(dǎo)線連接在一起，發(fā)生短路.教師啟發(fā)思考：短路為什么引起火災(zāi)？怎么才能避免火災(zāi)的發(fā)生？學(xué)生進(jìn)行小組交流，思考，不難發(fā)現(xiàn)：短路導(dǎo)致電流過(guò)大，根據(jù)焦耳定律，在電阻和時(shí)間一定時(shí)，電流過(guò)大，產(chǎn)生熱量過(guò)多，引起火災(zāi).那么，如何避免火災(zāi)的發(fā)生？能否在電流過(guò)大時(shí)切斷電路？學(xué)生自然想到了熔斷器.為什么熔絲能夠保護(hù)電路？筆者用打火機(jī)給一個(gè)銅絲和熔絲加熱，熔絲很快斷了，而銅絲卻完好無(wú)損，由此可以說(shuō)明熔絲的熔點(diǎn)低.把熔絲接入電路，再次閉合開(kāi)關(guān)，熔絲立即斷了，但是鋁箔卻沒(méi)有著火，很好地保護(hù)了電路.由此，安全用電準(zhǔn)則就是：家庭電路中，嚴(yán)禁短路.

另一個(gè)小組實(shí)驗(yàn)時(shí)，隨著逐漸增加燈泡（規(guī)格12 V 40 W）的個(gè)數(shù)，鋁箔又起火了，如圖6所示.有了前面的經(jīng)驗(yàn)，此時(shí)學(xué)生沒(méi)有過(guò)多的緊張，只是疑惑：燈泡個(gè)數(shù)增多為什么也會(huì)起火？經(jīng)過(guò)小組交流發(fā)現(xiàn)：并聯(lián)的用電器過(guò)多，總功率過(guò)大，在干路中，電流較大，根據(jù)焦耳定律可知，產(chǎn)生熱量過(guò)多，引燃鋁箔.解決問(wèn)題的辦法：重新接入保險(xiǎn)絲，接通電路，保險(xiǎn)絲立即熔斷，切斷了電路.安全準(zhǔn)則：嚴(yán)禁過(guò)載.

有的同學(xué)，連接好電路，在通電一段時(shí)間之后，教師用一根火柴接觸導(dǎo)線接頭處，“刺啦”一聲火柴被點(diǎn)燃（如圖7所示）.問(wèn)題：火柴起火的原因是什么？接頭太熱了.追問(wèn)：為什么接頭會(huì)過(guò)熱？導(dǎo)線為什么不熱？教師展示細(xì)銅絲的接頭處，接觸不良，此處的電阻較大.根據(jù)焦耳定律，在電流和時(shí)間一定的情況下，導(dǎo)體的電阻越大產(chǎn)生的熱量越多.被引燃的火柴和明亮的火焰，就像一盞明燈照亮學(xué)生思維的天空，驅(qū)散了學(xué)生關(guān)于接觸不良引發(fā)火災(zāi)的陰霾.

最后，用測(cè)電筆接觸沒(méi)有接地的電水壺金屬外殼，測(cè)電筆發(fā)光了.有了前面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，學(xué)生很快知道，這樣會(huì)導(dǎo)致觸電，所以，用電器的金屬外殼一定要接地（圖8）.在認(rèn)識(shí)了家庭電路的元件使用方法和安全問(wèn)題之后，再來(lái)認(rèn)識(shí)家庭的電路的組成（圖9），并重新審視視頻主人公的用電行為，呼應(yīng)開(kāi)頭，相信學(xué)生對(duì)安全用電一定有了更深刻的理解.

不遵守安全用電規(guī)則，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果.如果這個(gè)認(rèn)識(shí)只是停留在說(shuō)教層面，學(xué)生的認(rèn)識(shí)就不會(huì)深刻，也不會(huì)從物理的層面進(jìn)行思考，更談不上把物理規(guī)律運(yùn)用到生活中去.通過(guò)充分預(yù)設(shè)，讓學(xué)生見(jiàn)識(shí)到短路和過(guò)載引起的嚴(yán)重后果——火災(zāi)，更能體驗(yàn)到用已有知識(shí)來(lái)學(xué)習(xí)新知的快樂(lè).學(xué)生在家庭中的用電行為將會(huì)更加理性，更加安全.

總之，通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，本節(jié)課取得了良好的教學(xué)效果，達(dá)到了教學(xué)目的.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，把預(yù)設(shè)和生成相結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富了感官認(rèn)識(shí)，提高了安全用電意識(shí).在平時(shí)的教學(xué)中，教師要不斷地創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從不可視向可視化轉(zhuǎn)變，從抽象向形象轉(zhuǎn)變，從復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化轉(zhuǎn)變，由淺入深，由易到難，循序漸進(jìn)，那么物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)就一定能更上一層樓.