從“做中學(xué)”到“創(chuàng)中學(xué)”

楊國平 劉信生

摘 要：《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》倡導(dǎo)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”。這實(shí)際指出了從“做”到“用”再到“創(chuàng)”的進(jìn)階式課堂教學(xué)樣態(tài)。教師應(yīng)把促進(jìn)學(xué)生思維生長作為課堂教學(xué)的重要目標(biāo)，積極引導(dǎo)學(xué)生帶著主題目標(biāo)與飽滿的熱情“動(dòng)手”去做，“動(dòng)嘴”去說，“動(dòng)身”去用，“動(dòng)腦”去創(chuàng)。教學(xué)滬粵版初中物理九年級(jí)下冊(cè)《電磁繼電器與自動(dòng)控制》一課時(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生去“做”、去“用”、去“創(chuàng)”，從“做中學(xué)”到“創(chuàng)中學(xué)”。

關(guān)鍵詞：初中物理；做中學(xué)；用中學(xué)；創(chuàng)中學(xué)；《電磁繼電器與自動(dòng)控制》

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本文系甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度立項(xiàng)重點(diǎn)課題“開展學(xué)生物理自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的策略研究”（編號(hào)：GS［2020］GHBZ 076）的階段性研究成果。

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》于“變革育人方式，突出實(shí)踐”這一基本原則之下，提出了“加強(qiáng)知行合一、學(xué)思結(jié)合，倡導(dǎo)‘做中學(xué)‘用中學(xué)‘創(chuàng)中學(xué)”［1］。我們以為，這實(shí)際指出了從“做”到“用”再到“創(chuàng)”的進(jìn)階式課堂教學(xué)樣態(tài)。教師應(yīng)把促進(jìn)學(xué)生思維生長作為課堂教學(xué)的重要目標(biāo)，積極引導(dǎo)學(xué)生帶著主題目標(biāo)與飽滿的熱情“動(dòng)手”去做，“動(dòng)嘴”去說，“動(dòng)身”去用，“動(dòng)腦”去創(chuàng)。教學(xué)滬粵版初中物理九年級(jí)下冊(cè)《電磁繼電器與自動(dòng)控制》一課時(shí)，我們帶領(lǐng)學(xué)生去“做”、去“用”、去“創(chuàng)”，從“做中學(xué)”到“創(chuàng)中學(xué)”。

一、 “做中學(xué)”：發(fā)現(xiàn)問題

（一） 由生活中的現(xiàn)象引入

教師運(yùn)用多媒體展示一個(gè)完整的家庭電路，提問：“讓電路中的燈泡發(fā)光，該如何控制？”學(xué)生思索后回答：“閉合開關(guān)?！?/p>

教師追問：“在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)、生活中，經(jīng)常會(huì)使用高電壓、強(qiáng)電流的重型設(shè)備，如龍門吊、起重機(jī)等。工人師傅通過按鈕能輕松地操縱這些設(shè)備，這是如何做到的呢？”

教師展示一套高電壓電源、大功率用電器與普通開關(guān)串聯(lián)的電路，讓學(xué)生上講臺(tái)（事先帶上橡膠手套，做好防護(hù)措施）試著閉合開關(guān)，體驗(yàn)一下高壓電器通電工作的狀況。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：在閉合開關(guān)的瞬間，導(dǎo)線接頭處冒出大量電火花（如圖1所示），甚是危險(xiǎn)。

教師在處理現(xiàn)場(chǎng)的過程中提問：“如何正確地解決類似于控制高電壓電路通斷的難題？”

課始，通過用普通開關(guān)控制高電壓電路閉合實(shí)驗(yàn)，暴露出生活、生產(chǎn)中的實(shí)際問題，引起學(xué)生的高度關(guān)注，將學(xué)生置于面對(duì)真實(shí)問題的情境中，通過刺激學(xué)生聽覺與視覺神經(jīng)，激起學(xué)生心靈的震撼，激發(fā)學(xué)生解決問題的強(qiáng)烈愿望，為后面的學(xué)習(xí)積蓄動(dòng)力。

（二） 發(fā)現(xiàn)并提出問題

為了在課堂上展示控制高電壓電路通斷情況，教師使用220V掛壁式家庭迷你版小電風(fēng)扇來模擬高電壓用電器。將迷你電風(fēng)扇的插頭進(jìn)行改裝，用帶鱷魚夾的導(dǎo)線將其接入教室的家庭電路中，模擬高壓電源供電，并用熱熔膠固定在黑板上；出于安全考慮，將零線剪斷后分別露出兩個(gè)接線頭，并且零線電壓為0。此時(shí)，教師提問：“如何讓電風(fēng)扇正常工作呢？”學(xué)生齊答：“在斷開處接上開關(guān)就行了?！?/p>

教師拿出一個(gè)用木板制作的、放大版的單刀開關(guān)，將其置于電風(fēng)扇導(dǎo)線斷開處的左側(cè)，用熱熔膠將其固定在黑板上，再將自制開關(guān)上、下兩端的鱷魚夾分別夾在斷開導(dǎo)線的接線頭處，連接好高壓電路（如圖2所示）。閉合開關(guān)，電源接通，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。

教師提問：“從剛才演示的高壓放電現(xiàn)象看，我們現(xiàn)在能用手直接關(guān)閉高壓開關(guān)嗎？”學(xué)生回答：“不能，太危險(xiǎn)了！”教師順勢(shì)布置“做中學(xué)”任務(wù)：想辦法使電風(fēng)扇正常工作。學(xué)生分組交流討論。

教師巡視，收集學(xué)生反饋。發(fā)現(xiàn)有兩種解決問題的想法：一是用干燥的長木棒來撥弄單刀開關(guān)，接通電路；另一種方法是依據(jù)上節(jié)課學(xué)習(xí)的電磁鐵知識(shí)，組裝電磁鐵電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電路的控制。教師指導(dǎo)學(xué)生分別展開嘗試，并匯報(bào)活動(dòng)感受。

一個(gè)小組使用長木棒撥弄單刀開關(guān)接通電路后發(fā)現(xiàn)：這種方法太笨拙，棒子越長，靈活性越差。另一個(gè)小組使用四節(jié)干電池、開關(guān)與導(dǎo)線將實(shí)驗(yàn)室已有的24010型電磁鐵（漆包線1000匝并帶有鐵芯）通電，發(fā)現(xiàn)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的木桿并沒有被磁鐵吸引下來而閉合電路。學(xué)生自然產(chǎn)生疑惑：怎么會(huì)這樣呢？深入思考，發(fā)現(xiàn)原因在于電磁鐵不會(huì)吸引木頭。于是，學(xué)生嘗試在繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的木條上（電磁鐵正上方）固定一塊鐵片，問題得以解決。學(xué)生上臺(tái)展示成果（如圖3所示）。

用色彩鮮艷的小電風(fēng)扇作為用電器，容易吸引學(xué)生的注意力；用220V（已經(jīng)超出人體的安全電壓）家庭電路來模擬高電壓電路，降低危險(xiǎn)性；用木板作為支架（預(yù)設(shè)制作電磁繼電器用）自制最簡單的單刀開關(guān)接入高壓電路，照顧學(xué)生已有的認(rèn)知特點(diǎn)。以此作為思維的出發(fā)點(diǎn)與落腳點(diǎn)，逐層設(shè)置問題障礙，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，為逐步完善電磁繼電器的使用功能做好鋪墊，助力學(xué)生在“做中學(xué)”中實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階。通過開放性地解決問題，學(xué)生思維活躍；通過兩種閉合高壓電路的方法比較，學(xué)生主動(dòng)對(duì)比、取舍。此外，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，要通過電磁鐵來實(shí)現(xiàn)高壓電路的閉合，必須在橫梁木條上固定一塊鐵片作為銜鐵，來解決無法吸引木頭的問題。學(xué)生在“做中學(xué)”往往會(huì)遇到意想不到的困難，在想辦法解決的過程中，能有效培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提升耐挫折品質(zhì)。

二、 “用中學(xué)”：解決問題

師 剛剛我們解決了高壓電路的閉合問題，那要斷開高壓電路的開關(guān)，該怎么辦呢？

生 將電磁鐵斷電。

（教師將電磁鐵斷電，發(fā)現(xiàn)開關(guān)無法斷開，電風(fēng)扇仍然在轉(zhuǎn)動(dòng)。）

師 這是為什么呢？

生 電磁鐵斷電后，木桿與鐵片仍然受到重力的作用。在沒有其他外力的情況下，木桿不會(huì)自動(dòng)彈起。

師 那怎么解決這個(gè)問題呢？

生 如果能夠在木桿轉(zhuǎn)軸的另一側(cè)施力，就可以將木桿彈起，實(shí)現(xiàn)高壓電路的斷開。

師 那怎么實(shí)現(xiàn)呢？同學(xué)們可以閱讀課本上的材料，獲取靈感。

（學(xué)生通過閱讀教材發(fā)現(xiàn)，可以在轉(zhuǎn)軸的左側(cè)裝上復(fù)位彈簧來解決這個(gè)難題。學(xué)生分組選取長度適宜的彈簧并調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)：電磁鐵通電，高壓電路正常工作；電磁鐵斷電，高壓電路停止工作。此時(shí)的成品如圖4所示。）

師 現(xiàn)在我們可以在黑板上通過閉合與斷開電磁鐵電路中的開關(guān)實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的工作與停止了，那么，同學(xué)們想在座位上就能控制電風(fēng)扇的工作嗎？

生 想。

師 可以怎么做？

生 找來足夠長的導(dǎo)線，將其串聯(lián)在電磁鐵電路中，再將開關(guān)接入導(dǎo)線的末端來控制電磁鐵電路的通斷，就可以了。

師 很好！讓我們實(shí)際動(dòng)手用起來。

（學(xué)生活動(dòng)。）

師 現(xiàn)實(shí)生活中，這樣的裝置叫作電磁繼電器，請(qǐng)閱讀課本上的相關(guān)內(nèi)容，學(xué)習(xí)使用電磁繼電器。

（教師分發(fā)實(shí)驗(yàn)室電磁繼電器等器材，讓學(xué)生展開分組實(shí)驗(yàn)，完成練習(xí)用電磁繼電器控制紅、綠燈交替工作的簡單電路。教師巡視指導(dǎo)。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后舉手示意。教師組織全班交流討論實(shí)驗(yàn)體會(huì)。）

這里，學(xué)生在使用物理模型的過程中，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的不足之處，針對(duì)真實(shí)問題不避讓、不退縮，迎難而上地解決。在原有模型中補(bǔ)充復(fù)位彈簧，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，建構(gòu)出電磁繼電器模型。將杠桿平衡條件知識(shí)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)裝置中，實(shí)現(xiàn)了思維的正遷移，提升了科學(xué)探究能力和動(dòng)手操作技能。

三、 “創(chuàng)中學(xué)”：“創(chuàng)造”問題

通過以上一系列的情境創(chuàng)設(shè)與主題任務(wù)驅(qū)動(dòng)實(shí)踐活動(dòng)后，教師再利用問題串引出教學(xué)內(nèi)容：“同學(xué)們?cè)诩依镉秒姶爬^電器來控制家用電器嗎？”“既然家庭電路很少用到電磁繼電器，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作難度大，為什么有些電路中還要使用呢？”學(xué)生在深度思考后，在教師的引導(dǎo)下總結(jié)出電磁繼電器在電路中的作用：用低電壓、弱電流電路（即控制電路）來控制高電壓、強(qiáng)電流電路（即工作電路）的通斷。

教師運(yùn)用多媒體展示電磁繼電器對(duì)工廠里的重型機(jī)械、礦山爆破、醫(yī)院拍CT或X光片以及執(zhí)行爆炸物處理、偵察、營救等任務(wù)的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的場(chǎng)景。

學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，真正的電磁繼電器由動(dòng)觸點(diǎn)與上、下兩個(gè)靜觸點(diǎn)組成，可以分別控制兩個(gè)相互獨(dú)立的并聯(lián)工作電路。

教師引導(dǎo)學(xué)生利用電磁繼電器與溫控開關(guān)，在黑板上完成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)電路連接。提供的實(shí)驗(yàn)器材為：電風(fēng)扇模型與空調(diào)模型（用小燈泡代替）、電池組、導(dǎo)線若干，裝有Arduino IDE軟件系統(tǒng)的數(shù)字顯示的溫控開關(guān)。其中，溫控開關(guān)的工作特性是：當(dāng)周圍環(huán)境的溫度升高到26℃以上時(shí)，溫控開關(guān)的電阻值劇增，電路中的電流銳減，電磁鐵很快就失去磁性，銜鐵上的動(dòng)觸點(diǎn)與其上方的靜觸點(diǎn)連接；反之，當(dāng)周圍環(huán)境的溫度降低到26℃及以下時(shí)，電路中的電流較大，電磁鐵的磁性較強(qiáng)，銜鐵上的動(dòng)觸點(diǎn)與其下方的靜觸點(diǎn)連接。設(shè)計(jì)要求如下：“夏天很熱，教室里會(huì)開空調(diào)。為了節(jié)約電能，當(dāng)教室內(nèi)的溫度低于或等于設(shè)定的溫度時(shí)，只要求接通電風(fēng)扇給教室通風(fēng)降溫；當(dāng)教室內(nèi)的溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，就接通空調(diào)給教室降溫?！?/p>

學(xué)生先分組交流討論，畫出設(shè)計(jì)電路圖；然后走上講臺(tái)，介紹本小組的設(shè)計(jì)理念；在教師的引導(dǎo)下（由于家庭電路電壓高），學(xué)生選取器材，連接電路，進(jìn)行展示。最終成品如圖5所示。

將教材中關(guān)于電磁繼電器應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組和整合，結(jié)合能量觀，強(qiáng)調(diào)裝置在生活中的應(yīng)用價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，在創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中凸顯節(jié)能減排的社會(huì)意義，體現(xiàn)由“物理走向社會(huì)”后最終實(shí)現(xiàn)“社會(huì)回歸物理”的重要理念。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育課程方案（2022年版）［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：5.