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探究电路知识和开关设计南宁市第十中学物理组韩咏雪关键词：电路开关物理设计相关学科：物理创新设计活动类型：实验探究活动对象：小学低年级（六岁以上学生）活动人数：20人活动时间：60分钟一、活动简介每天我们都离不开电灯、电视机等电器，电是现代生活的重要组成部分，可是人们对于电路的知识了解的又有多少呢？如果给你一个干电池、一只小灯泡、一根导线，你能把小灯泡点亮吗？别看这个问题很简单，可令人想不到的是，有些小学生就是摸索不出门道，不仅如此，就连忍不住赶来帮忙的家长也不能让小灯泡发光。到底是有些操作上的细节没把握，还是电路的知识没掌握？这就是我们的活动要探究的问题。我们的活动称为“探究电路知识与开关设计”，以如何点亮小灯为主线，设置有梯度的问题，开展一系列的探究性实验，并且进行讨论，从而引出电路的组成、导体与绝缘体、用电安全等的知识，最后让学生设计各式各样的开关，启发学生的开拓性思维，让学生体会创新的乐趣。二、活动目标（一）知识与技能1.了解电路的组成、导体与绝缘体、用电安全的知识。2.了解开关在电路中的作用与各式各样的开关。（二）过程与方法1.通过设置有梯度的问题，引导学生观察、动手操作、分析、表达，培养探究物理知识的能力，进一步养成科学思维的方法。2.培养学生的动手操作能力和创新能力。（三）情感态度与价值观1.培养学生探究知识的精神，激发学生的学习兴趣。2.培养学生的创新意识。三、教学重点、难点（一）活动重点1.通过点亮小灯泡的探究实验总结出规律。2.设计各式各样的开关。（二）教学难点通过点亮小灯泡的探究实验总结出电路的有关规律和知识。四、活动准备1.组织准备：22人一组，共分10组一人主要负责实验操作，另一人负责记录活动情况和实验数据，并且作时间控制。2.器材准备：（每组一套器材，每套器材包括以下用具）干电池（3号电池、两个）电池盒（两个）小灯泡（“2.5V0.3A”、一个）灯座（一个）导线（若干）铁丝（一根）铝丝（一根）棉线（一根）塑料线（一根）透明胶（一卷）剪刀（一把）曲别针（大号、若干）图钉(若干)小块薄木板（一块、约10cm×7cm）PPT课件《电路知识》五、活动过程1.激趣导入启发思维【教师引导】同学们每天都离不开电，晚上打开电灯看书，看电视了解新闻。可是你知道电灯是怎么发光的吗？家里的电路电压大，我们不能随意地伸手去接触；干电池的电压小，我们可以随意的动手操作去体会电路的规律。现在桌子上摆着电池、小灯泡、导线等用具，同学们动手试试，大约用5-10分钟，你能把小灯泡点亮吗？怎样做才能让小灯泡发光呢？2.实验探究发现规律【学生活动】动手实验，尝试着怎样用导线把小灯泡与电池相连能让小灯泡发光。不同的小组，思维方式不同，有些很快就成功地让小灯泡亮了起来；有些组不停摸索都找不到门道。对实验成功的小组，教师引导填写附录的表一（实验报告）；对实验困难的小组，教师可给予适当的启发，并指导填写表一。【反馈与交流】请各小组长谈谈本组的探究体会。可按以下思路来谈。（1）本组在操作中能让小灯泡发光吗？（2）具体地说你是怎么操作的？做一个示范。（3）试着分析你的操作能（不能）让小灯泡发光的原因。【教师总结与启发】一边示范一边讲解。首先，我们认识一下电池，电池有两极，顶部的凸起部分叫正极，底部叫负极。像这样，取一个电池、一根导线、一只小灯泡，将导线的一端压在电池的底部（负极），导线的另一端缠绕小灯泡的金属圈，将小灯泡的底部凸起与电池正极接触，看，小灯泡就亮起来了。为什么这样做，小灯泡就会亮了呢？原来电池的两极之间有电压，可以给小灯泡提供电流，电流类似水流，当电流能够从电池正极流出，顺利地通过小灯泡，然后流回电池负极，这样小灯泡就会发光了。电池、导线、灯泡组成了一个简易的电路。刚才A组没能使灯泡发光，他们的操作是：导线的上端没有与小灯泡的金属圈接触，而是接触到了小灯泡的底部凸起，然后一并摁到电池的正极，这样电流并没有真正地通过小灯泡（没有从底部突起流入，经过内部灯丝，再从金属圈流出），所以小灯泡不亮。可是B组连接小灯泡的操作正确了，也没使小灯泡发光，原来他们是用导线的塑料包装3皮跟灯泡、电池接触。导线由内部的铜丝和外部的塑料包装皮组成，铜丝能让小灯泡发光，B组同学用塑料包装皮没能让小灯泡发光，其他的组行吗？下面请每一个组都动手，用导线的塑料包装皮重复刚才的电路连接，看看小灯泡能发光吗？【学生活动】用导线的塑料包装皮接触电池、灯泡，重复刚才的电路连接。填写表一。（学生回答：不能）【教师引导】如果用桌子上的塑料线代替导线，重复刚才正确的电路连接，能让小灯泡发光吗？【学生活动】按问题连接电路，填写表一。（学生回答：不能）【教师引导】桌子上有铁丝、铝丝、棉线，请试着分别取用，代替导线重复正确的电路连接，看哪种丝线能使小灯泡发光，哪些丝线不能。除了桌子上现成的各类丝线外，你还可以试试用别的东西代替导线，看能不能让灯泡发光。例如：用曲别针串成的链、钥匙（全金属钥匙）、纸条等等。【学生活动】用各类丝线连接小灯泡和电池，观察灯泡是否发光，填写表一。【反馈与交流】请小组长谈谈实验的情况，观察到的现象。为什么会有这样的现象？【教师总结】铁丝、铝丝、钥匙（全金属钥匙）、曲别针串成的链子这些物体能让小灯泡发光，因为它们允许电流通过，也就是可以导电，善于导电的物体叫做导体。除了以上提到的，还有铜线、金、银等金属都是导体，自来水也是导体。而塑料线、棉线、纸条这些物体不能让小灯泡发光，因为它们不允许电流通过，也就是不导电，不善于导电的物体叫做绝缘体。除了这些，干燥的木头、陶瓷、橡胶等也是绝缘体。经过了一系列的实验，同学们对小灯泡发光原理的认识又进了一步，谁能说说，按他的理解，怎样做小灯泡才会发光呢？学生讨论发言。【教师总结】有电池提供电压，有导线（导体）能够导电，用导线将电池和小灯泡接成联通的电路，小灯泡就能发光了。3.创新设计发散思维【播放媒体录像】在家庭电路中，电流是靠远方电厂中的发电机来维持的，发电机相当于实验用的电池，提供电压。提供电压的装置叫电源。家里的电线相当于实验用的导线，比导线粗。家里的电灯相当于实验中的小灯泡，电灯、电视机、电饭锅等统称为用电器。想想看家庭电路中还多了一个什么是我们实验中的简易电路没有的？【学生回答】开关。【教师引导】没错。开关起到联通或断开电路的作用。所以，电路的组成有四大部分：电源、用电器、导线、开关。开关只要能起到控制电路的作用就行，形式可以多样化，生活中我们就见到了各式各样的开关，现在同学们能不能利用桌子上的曲别针试着设计开关呢？下面就请同学们动手设计开关，运用曲别针，同时可以运用其它的器材辅助设计。为了操作简便，可以把电池放入电池盒，把小灯泡拧入灯座后连线。【学生活动】设计开关，填写表一。通常学生的设计会有以下可能：（1）在小块薄木板上摁下两枚图钉，其中一枚钉上曲别针的一端，俩图钉分别接导线联入电路，拨动曲别针，另一端接触另一枚图钉时，电路联通，灯亮；拨开曲别针，灯灭。（2）与（1）的方法类似，但是把曲别针展开后弯成S型，钩住图钉时，灯亮。（3）与（1）的方法类似，但是把曲别针翘起，摁下碰到图钉时，灯亮。（4）分别用两枚曲别针与导线相连，俩曲别针互夹时，灯亮。（5）用一枚曲别针把俩导线夹起，电路联通，灯亮。【反馈与交流】请学生展示创新设计成果，谈谈本组的设计。主要谈谈设计的思路，开关的特点，类似生活中的哪种开关等等。4.总结升华安全教育刚才同学们通过设计各种开关体会了生活中形式各样的开关的原理。生活中家庭电路的4连接可以通过今天的实验进行模拟从而了解到其中的原理。电源、用电器、导线、开关，构成电路的组成。今天我们已经了解到怎样能使小灯泡发光，现在大家再思考一个问题：如果想要小灯泡更亮一些，应该怎么办呢？【学生活动】猜想：用两节电池。学生动手实验：（1）两节干电池首尾相接，用透明胶固定。（2）把电池装入电池盒，两个首尾相接串联。【教师总结】将两节电池首尾相接串联，就可以加大电压，使灯泡更亮，如果再接一个电池，灯泡发光超过限度，会烧坏。实验用的小灯泡是不能用到家庭电路上的，家庭电路的电压很大，打个比方，可以说相当于150个电池头尾相连后得到的电压。所以人的手如果接触到电线的金属丝部分，很容易造成触电事故，轻的手麻、手受伤，严重的会失去生命。因此，电线都是有塑料皮包裹着的，插座有塑料外壳等等，日常生活中我们不要用湿的手拔插头，应该把手擦干了再拔。使用电器时只能接触绝缘外壳，千万不要摸电线的金属丝，不要用铁丝捅插座上的插孔等等。通过今天的探究学习，我们不但通过实验了解了电路的原理，而且学会区分导体和绝缘体，最重要的是今后要注意安全用电，防止触电。5.成果展示总结评价（1）实验报告展示（2）各组展示开关的创新设计。（3）学生交流评价，谈活动体会。（4）规划“拓展延伸”的活动方案。六、拓展延伸本次活动结束后,请同学们继续思考、探究以下问题:（1）如果将“探究一”的实验操作颠倒，将小灯泡的底部凸起与电池负极接触，导线的另一端连到正极，小灯泡能发光吗？（2）如果电路中要连接两个小灯泡，怎样连接能使两个灯泡正常发光？有几种连接方式？如果要连接更多的小灯泡呢？（3）当电路中连接了两个小灯泡时，开关是怎样控制小灯泡的？如果想要多接开关，让一个开关控制一个灯泡，将怎样连接电路？七、注意事项(1)由于本活动面对的是低年级的小学生，所以在活动开展过程中重要的是让学生动手操作，亲身体会，加强感性认识，提高学生学科学的兴趣，为以后学习电学的相关物理知识作铺垫，奠定基础。对于相关的概念和定理只要让学生了解即可，尽量避免形成冗长的说教。学生表达时所说的各种器材的名称、概念有可能不够准确，教师不必着急地纠正学生的表达，以免挫伤学生的学习积极性，可以等到活动结束总结时指出纠正或是活动后再个别的指导。（2）教师的语言要尽可能的亲切，引导学生实验和解释原理时要进可能的通俗易懂。在设置探究性实验时要设置有梯度的问题，层层深入，启发思维，对问题的深入切忌生硬搬出，5要尽可能的平缓过渡。要密切关注学生的心理状况、学习兴趣的发展趋势，要用心观察各小组学生在知识基础、动手能力等方面的差异，及时调整教学语言表达的方式。对能力强的小组要督促其完善实验报告，作更进一步的思考；对后进的小组可以适当地多加启发、引导。（3）学生纪律方面的控制和管理可以在活动前说明活动的程序，并且以小组评分、比赛，奖励纪念品的形式让探究、设计活动顺利进行，以促进学生学有所得。八、背景资料[资料1]本活动所涉及的科学原理（电学知识）(1)电路中产生电流的条件：电路两端存在电压、电路中有能够自由移动的电荷、电路是闭合回路。（2）导体和绝缘体的概念。（3）电路的组成：电源、用电器、导线、开关。（4）安全用电常识（5）有关电压的知识：串联电池得到的电池组的电压等于各电池电压之和。家庭电路电压为220伏特。对人体安全的电压为不超过36伏特。[资料2]本活动所涉及的创新设计原理用曲别针设计制作的开关可以做成转式、弹式、夹式等等，运用了力学、几何学的基本原理。每一种创新思路都有自己的特点，制作工艺的精湛或粗糙会影响设计思路的实用性、可行性，让学生反思自己的设计作品，可以帮助学生提高创新思维能力和动手实践能力。[资料3]本活动所涉及的心理学、教育学原理电池的电压只有1.5伏，在人体安全的电压范围内，可以让学生随意地进行实验操作、科学探究。儿童在6岁以后应该接触一些电池、小灯泡之类的器材，增加感性认识，初步了解电学方面的常识，培养动手能力，为以后的物理学习奠定基础。而这个年龄段的学生理性思维还有待发展，应该着重从感性认识入门，逐步在实践中形成概念、推理。感性认识到理性思考的过渡应该是顺水推舟、循序渐进的。6表一：《探究电路知识和开关设计》实验报告表活动名称探究电路知识和开关设计时间年月日午时组别组长记录员实验员探究活动探究一探究二探究三探究四提出问题如何让小灯泡发光?用导线的塑料包装皮跟灯泡、电池接触，连接电路，小灯泡能发光吗?用其它材料代替导线，连接电路，小灯泡能发光吗?如何让小灯泡更亮一些？猜想假设实验器材实验方