基于開發(fā)學生自主設計能力的教學設計

曾暉

摘 要：家庭電路與安全用電的教學設計，對簡單串、并聯(lián)電路的知識進行整合和遷移、應用，結合問題，引領學生自主設計家庭電路的連接電路，讓學生對家庭電路的連接方式和觸電現(xiàn)象等有直觀的認識和深刻的體驗，培養(yǎng)安全用電意識，體現(xiàn)了深度學習理念下的教學設計，有利于學生自主設計能力的培養(yǎng).

關鍵詞：自主設計;體驗式;深度學習

文章編號：1008-4134（2019）14-0047中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

1 教材分析

教材繼第十三章“電路初探”和第十四章“歐姆定律”之后，第十五章“電功和電熱”，分別學習了家庭電路中電能表的使用;實驗探究了電流的熱效應的因素即焦耳定律的初步驗證.

本章中的第一節(jié)“電能表和電功”，介紹了電能表的使用和探究電功大小的影響因素，為家庭電路中測量消耗電能（既電功）多少埋下伏筆.第三節(jié)“電流的熱效應”，通過探究電流熱效應的影響因素為電路故障和安全用電打下基礎.該節(jié)從課本的安排來看，主要分為兩個模塊：家庭電路和安全用電，課本安排中對于家庭電路環(huán)節(jié)在于學生認識家庭電路中的組成和連接，重點觀察三線插座和三線插頭的連接，練習使用測電筆，安全用電則探究了電路中因安全事故導致的熔絲熔斷的原因，人體可能出現(xiàn)的觸電現(xiàn)象及家庭安全用電常識，培養(yǎng)安全用電的習慣和意識.

2 學情分析

縱觀這三章的內(nèi)容，都在圍繞電路的學習，學生已經(jīng)對電源、電壓、電流、用電器、開關等這些電路中的專業(yè)名詞有一定的認識.然而家庭電路中的電源是火線和零線，屬于交流電源，與之前的干電池、蓄電池等直流電源又有所區(qū)別，所以加以聯(lián)系理解的同時，又要加以區(qū)分.對于前面焦耳定律公式的學習和判斷，可以幫助學生理性地分析電路中的故障和激發(fā)安全用電的常識.家庭電路是所有電學內(nèi)容中與學生最為貼切的部分，學生在日常生活中對插座，插頭、燈泡連接在電路中等都有一定的生活經(jīng)驗幫助展開進一步的學習.

3 設計思想

基于教材和學情分析，本節(jié)教學應注重啟發(fā)學生根據(jù)家庭電路的需求和安全用電的原則自主進行家庭電路的設計，進一步建立家庭電路結構的同時，加強家庭電路用電中的安全意識.

本設計對教材中的內(nèi)容分布進行了重組，打破原先兩個模塊的結構，以家庭電路中各元件的組成設計為線索，同時穿插設計的意圖，無一例外設計過程中都是從安全的角度去考慮的，所以一舉兩得解決了安全用電的環(huán)節(jié).設置明線是家庭電路的元件各部分的組成，暗線則是始終遵循安全的原則展開的家庭電路連接方式的設計.

4 教學目標

通過問題引領和生活經(jīng)驗，逐漸構建家庭電路電路圖，重點說出燈泡、插座、插頭的接線方式以及測電筆的結構和使用.

通過焦耳定律分析出電路中可能出現(xiàn)的導致熔絲熔斷的電路故障，并通過實驗演示熔絲在短路和過載的情況下熔斷的現(xiàn)象.

5 教學過程

5.1 第一模塊：認識火線、零線——初步體驗觸電現(xiàn)象

【活動體驗】 黑板上固定兩根銅絲分別模擬火線和零線，讓學生站立在一塊大的鐵片上，分別觸摸兩根銅線體驗觸電的感覺.其中在火線與鐵片之間通過變壓器施加30V左右的電壓，學生既能有輕微的觸電感覺也保證實驗的安全.

總結：進戶線（火線、零線）：進戶線由火線和零線兩根線組成.火線和零線之間的電壓是220V（如圖1所示）.

【問1】為什么觸摸火線會觸電？（引導需要形成閉合的回路）

預設：火線、人體、大地之間形成閉合的回路.

火線和大地之間的電壓是220V，零線和大地之間的電壓為0V.

【問2】根據(jù)上面的火線、零線、大地之間的電壓，分析可能出現(xiàn)的基本的幾種觸電情況.（引導需要形成電壓差）

預設：站在地面上單手摸火線（如圖2所示）、雙手分別摸火線和零線（如圖3所示）.

實驗演示：利用自制的器材，模擬人體中電流經(jīng)過的路線（如圖4、圖5所示）.

教學現(xiàn)場圖：

5.2 第二模塊：測電筆的使用——深入體驗測電筆的使用

【遷移思考】 同學們知道家庭電路中我們有直接觀察到火線和零線的機會嗎？——兩孔插座

【問3】用什么檢測兩孔插座中哪邊是火線？哪邊是零線呢？

預設：用手觸摸，觸摸火線有明顯的觸電感覺，而零線沒有.

利用與大地形成回路的思路介紹：測電筆的構造（如圖6所示）.

【問4】高電阻和氖管的作用？

預設：高電阻保護人體安全，氖管顯示電流.

【問5】根據(jù)剛才的分析，我們要如何使用測電筆呢？

預設：學生演示測電筆的使用動作.

老師結合方法總結演示檢測兩孔插座的火零線，總結出左零右火的普遍規(guī)律，畫出相應的電路圖.

【問6】家庭電路中的插座有時配有開關控制，開關應與其串聯(lián)，串聯(lián)在火線的一端還是零線的一端？為什么？（引導從安全的角度分析考慮）

預設：開關應串聯(lián)在火線的一端，這樣斷開開關就可以保障電路的安全，插座與零線直接相連對人體安全不構成傷害.

【問7】 三孔插座呢？我們往往還會觀察到三孔插座，它的哪個孔接的是火線呢？還有一孔接在了哪里？

【體驗活動】 利用手里的各種測電筆和實驗臺上的插座，在正確的操作下以此檢測出火線.發(fā)現(xiàn)依舊是右側接火線，猜想還是左零右火，那中接的一孔接在了哪里呢？（引導回顧剛剛的觸電實驗，想想還有什么能夠在電路中對電流形成回路起到一定的作用？）

預設：大地.（即地線，歸納總結出左零右火中接地的規(guī)律并畫出對應的電路圖）

介紹生活中用電器接地線的作用：防止因為用電器漏電對人體造成不必要的傷害（如圖7所示）.

5.3 第三模塊：燈泡開關的連接——相似遷移，合理設計

【問8】家庭電路中除了插座提供家用電器的正常使用外，還有最常見的家用電器：燈泡，它是直接連在火線和零線兩端的，且和插座、其他燈泡等并聯(lián)，那你能合理設計出燈泡和控制燈泡的開關在電路中的連接方式嗎？（引導在燈泡燈絲斷路的情況下，跟換燈泡的過程中開關和燈泡哪個接零線更安全？為什么？）

預設：燈泡接零線更安全，只要通過開關的斷開就可以保證燈泡不與火線連接，更換燈泡時人體處于安全狀態(tài).

【問9】對于螺口燈泡，在安裝的過程從安全的角度分析，螺旋部分接入零線安全還是燈泡尾部的金屬塊接零線安全？（引導通過螺旋燈泡實物（如圖8所示），體驗旋燈泡的過程，感受哪一部分跟容易更人體接觸，造成危險.）

預設：螺旋接零線更安全.（完成電路圖連接）

5.4 第四模塊：熔斷器的作用——理論分析，觀察熔斷器熔斷

【問10】 除了在細節(jié)設計上的安全考慮外，家庭電路中你還知道有什么是專門保障電路安全的？電路中一經(jīng)出現(xiàn)危險狀況，自動實現(xiàn)熔斷.

預設：保險絲圖片展示熔斷器（保險絲，如圖9所示）.

【問11】家庭電路中出現(xiàn)什么情況下，熔斷器中的熔絲會自動熔斷呢？（引導結合焦耳定律的內(nèi)容）

預設：通電一定的時間，電路中電流很大或者電阻很大.

進一步追問：什么情況下電路中會電流很大？什么情況電路中電阻會變大？

【實驗演示】探究熔絲熔斷的原因（如圖10、圖11所示）.

【問12】根據(jù)熔斷器在電路中的作用，在選擇熔絲時，選擇電阻大一點好還是小一點好？熔點高一些還是低一些才能起到很好的保護作用？

預設：熔絲電阻大，熔點低.（教師演示實驗：用打火機將熔絲燒斷）

電路中因接觸不良導致的電阻過大（如圖12所示）.

【問13】 保險絲安裝在哪里，才能保障家庭電路眾用電器的安全？

預設：安裝在所有用電器、插座的前面.

5.5 第五模塊：總開關，電能表——完善家庭電路設計

【問14】 如果電路中保險絲燒斷了，燈泡所在支路的開關或者是插座所在支路的開關還能保障我們更換保險絲時的安全嗎？如果不能應該怎么辦？

預設：不能，在保險絲之前再安裝一個總開關.（完善電路圖）

【問15】 家庭電路中的耗電量用什么測量？安裝在哪里合理？

預設：電能表，安裝在最前面.

6 結語

在深度學習的理念下，堅持對知識進行整合、遷移和應用的思想，利用學生對電學知識的認識，通過問題的引導和對生活實際的聯(lián)系，讓學生能夠自主設計出家庭電路的連接方式，讓學生體驗物理來源于生活的同時，感受到學以致用的快樂.在蘇科版教學中，除了家庭電路與安全用電可以使用這樣的方式，對于熱機各部分的構造以及工作循環(huán)也可以通過這樣的教學思路幫助自主設計，實現(xiàn)思維能力的提升和物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

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