自制簡易模擬觸電演示器提升教學的有效性

摘要：介紹了一種自制模擬觸電演示器，能模擬演示多種觸電情況，具有簡易性、科學性和教學適用性，應(yīng)用于教學提升了教學的有效性.

關(guān)鍵詞：觸電;演示器;有效性

文章編號：1008-4134（2019）20-0013中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

作者簡介：熊建新（1970-），男，湖北武漢人，本科，中學一級教師，研究方向：實驗改進創(chuàng)新和自制教具.

1自制教具的背景、特點及意義

“課堂教學的有效性”歷來是教育界常談常新的話題，也是中小學教師不懈的追求.有效教學是高效教學的前提，也是落實學科核心素養(yǎng)的前提.物理作為一門以實驗為基礎(chǔ)的科學，實驗教學則是影響其有效性的關(guān)鍵所在[1].物理實驗教學對培養(yǎng)學生物理觀念（物質(zhì)觀、運動觀、能量觀、相互作用觀），科學思維（模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新），實驗探究（問題、證據(jù)、解釋、交流），科學態(tài)度與責任（科學本質(zhì)、科學態(tài)度、科學倫理、STSE）等四個維度16個方面的核心素養(yǎng)都有重要促進作用[2].自制教具是我們對實驗教學的創(chuàng)新，是突破教學難點的重要途徑，也是促進學生物理核心素養(yǎng)形成的有效途徑.

在人教版九年級《物理》第十九章第三節(jié)“安全用電”的教學中，“常見的觸電事故”是教學的重難點.通常通過圖片、動畫和視頻幫助學生了解觸電的類型，理解觸電的原因，教學效果不甚理想.為了進一步提升教學的有效性，增強學生的安全用電意識，自制了模擬觸電演示器.杰出的物理學家麥克斯韋在一百多年以前就明確指出：“實驗的教育價值往往與儀器的復雜程度成反比”，過于復雜和繁瑣的實驗儀器不易于學生集中精力和注意力，不易抓住事物的本質(zhì)和激發(fā)學生對實驗產(chǎn)生濃厚的興趣，學生看到這樣的器材就不愿動手，這樣就會在一定程度上遏制學生動手操作實驗的欲望.筆者自制的模擬觸電演示器具有簡易性、科學性和教學適用性特點，能模擬演示多種觸電情況.模擬觸電演示器應(yīng)用于教學中吸引了學生的注意力，激發(fā)了學生的學習興趣，調(diào)動了學生學習的主動性、積極性，為教學創(chuàng)造了良好的開端，營造了生動活潑而不是沉悶的教學氛圍.教學中以學生為主體，引導他們預測各種情況下是否會發(fā)生觸電;放手讓他們動手操作;引導他們在電路圖和實物上指出發(fā)生觸電時電流的流向（路徑），分析觸電、不觸電的原因;引導他們小結(jié)觸電的類型.總之，在知識的領(lǐng)會、能力的培養(yǎng)、創(chuàng)新意識的滲透方面優(yōu)于多媒體輔助教學，顯著提升了教學的有效性.促進了學生物理核心素養(yǎng)的形成.具體實施過程介紹如下.

2實驗儀器示意圖及實物圖（如圖1、2、3、4所示）

3制作材料

木板（40cm×30cm），槽板（約20cm×2cm），長方體木塊（約10cm×3cm×2cm），粗銅線（長約1m），電池盒2個，5號電池2節(jié)，導線、鱷魚夾導線若干，螺釘若干，電工膠布，沙子，濃鹽水，小木塊，膠頭滴管，二極管示教板2個，電子蜂鳴器示教板1個，長方形薄鋁板（約50cm×5cm），雙面膠，起子，電烙鐵，焊錫絲，尖嘴鉗.

4制作方法

4.1制作電路板

（1）截取2根長約30cm的粗銅線，分別作為火線、零線.把火線、零線兩端和中間剝?nèi)ヒ恍《谓^緣皮，另做3個半徑不同的銅環(huán)（剝?nèi)ソ^緣皮）.

（2）根據(jù)電路板示意圖，把火線、零線用電工膠布粘在板上，把3個銅環(huán)粘在火線、零線之間，保證大致同心.把2個串聯(lián)電池盒用雙面膠粘在板左端火線、零線之間.

（3）把長方體木塊用螺釘固定在木板前面，保證木板豎立時木塊底部與木板底部平齊.

（4）把槽板用螺釘固定在長方體木塊上，在槽板中裝入沙子，滴入濃鹽水.

（5）電池組“+”極用鱷魚夾導線與火線連接，“-”極用鱷魚夾導線與零線連接，用鱷魚夾導線連接零線和地（濕沙）.

4.2制作報警裝置

（1）把長方形薄鋁板折成圖2所示形狀作為支座，然后用雙面膠粘上二極管示教板和電子蜂鳴器示教板（都與支座絕緣）.

（2）分別把二極管和電子蜂鳴器的“+”“-”極用導線焊在一起，即把它們并聯(lián)在一起.

5模擬演示

觸電報警裝置“+”極接一根鱷魚夾導線，鱷魚夾代表人身體的一個部位（如一只手或腳或其它裸露部位），觸電報警裝置“-”極接一根鱷魚夾導線，鱷魚夾代表人身體的另一個部位（如另一只手或腳或其它裸露部位）.

5.1雙線觸電、雙線不觸電

人一只手接觸火線，另一只手接觸零線，無論站在何處，人會觸電;人站在絕緣體上兩只手接觸火線，人不會觸電.模擬演示如下：觸電報警裝置“+”極用導線接火線，“-”極用導線接零線，二極管發(fā)光，電子蜂鳴器發(fā)聲（如圖5所示）.觸電報警裝置放在木桌上，“+”極用導線接火線，“-”極用導線接火線，二極管不發(fā)光，電子蜂鳴器不發(fā)聲（如圖6所示）.

5.2單線觸電、單線不觸電

人站在地上（腳裸露接觸地面）一只手接觸火線（人站在地上兩只手接觸火線等效于一只手接觸火線），人會觸電;人站在絕緣體（如干燥的木凳、木梯）上一只手接觸火線，人不會觸電，電工師傅帶電作業(yè)就是這個道理，不宜提倡.模擬演示如下：觸電報警裝置“+”極用導線接火線，“-”極用導線接地（濕沙），二極管發(fā)光，電子蜂鳴器發(fā)聲（如圖7所示）.觸電報警裝置“+”極用導線接火線，“-”極用導線接放在濕沙上的干燥木塊上，二極管不發(fā)光，電子蜂鳴器不發(fā)聲（如圖8所示）.

5.3跨步電壓觸電

如果高壓輸電線掉落在地上，距落地點不同距離的兩點之間存在電壓，當人經(jīng)過落地點附近區(qū)域時，兩腳之間存在相當高的電壓，會發(fā)生跨步電壓觸電，而且兩腳之間的距離越大，兩腳之間的電壓越大.模擬演示如下：把串聯(lián)電池組的“+”極、中間“-”極、“-”極用導線由外向內(nèi)分別接3個銅環(huán)，觸電報警裝置“+”極用導線接最外面的銅環(huán)，“-”極用導線接中間銅環(huán)，二極管不發(fā)光，電子蜂鳴器發(fā)聲;再將觸電報警裝置“-”極用導線接最里面的銅環(huán)，二極管發(fā)光，電子蜂鳴器發(fā)出的聲音變響（如圖9所示）.觸電報警裝置“+”“-”極用導線都接在同一銅環(huán)上，二極管不發(fā)光，電子蜂鳴器不發(fā)聲（如圖10所示）.因此，兩腳并攏跳離高壓輸電線落地點附近區(qū)域一般是安全的.

5.4用電器外殼（金屬）接地不觸電，不接地觸電

用電器外殼（金屬）接地，外殼帶電時，人接觸外殼不會觸電;用電器外殼（金屬）不接地，外殼帶電時，人站在地上接觸外殼會觸電.模擬演示如下：把觸電報警裝置的支座（鋁板）用導線接地（濕沙），把電池組的“+”極用導線接鋁板（外殼帶電），把發(fā)光二極管示教板的“+”極用導線接鋁板，“-”極用導線接地，二極管不發(fā)光;取下支座（鋁板）接地導線，二極管發(fā)光（如圖11所示）.因此，用電器外殼是金屬做的一定要使用三孔插座，保證用電器外殼（金屬）接地.

6實驗儀器的優(yōu)點

元件及導線均裝在板上，簡潔、直觀和一目了然，非常方便學生指出發(fā)生觸電時電流的路徑，幫助學生透徹理解觸電的原因.還有助于學生直觀地認識家庭電路的布線.

制作材料取自生活、易得，給學生以親近感、真實感.

制作容易，操作簡便，現(xiàn)象明顯.

電源電壓3V，絕對安全.

參考文獻：

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（收稿日期：2019-06-15）