創(chuàng)新實驗設(shè)計提高課堂效率

朱新榮

家庭電路與安全用電，這一節(jié)課的知識點多而雜，缺乏明晰的邏輯聯(lián)系，如果不能抓住一條清晰的主線，那么整個課堂就會給學(xué)生一個凌亂的感覺，影響學(xué)習(xí)效果；此外，本節(jié)課涉及的電壓為220 V，對實驗教學(xué)構(gòu)成安全隱患.如何設(shè)計既形象而又安全清晰的實驗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)新實驗設(shè)計，很好地解決了這個問題.

1創(chuàng)設(shè)生活情境，喚醒安全用電意識

本節(jié)內(nèi)容針對家庭電路，雖說緊貼學(xué)生的生活，但是，很多學(xué)生只具有用電器使用的經(jīng)驗，缺乏正確的用電體驗.在這種情況下，直接講授安全用電，必然會降低學(xué)生的興趣點，也無法觸動學(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景的視頻，從進家門開始，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——拖線板插入過多用電器，進而斷電——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)，請學(xué)生觀看視頻，同時開展小組合作，交流自己對于視頻主人公用電行為的看法.學(xué)生的興趣立即被調(diào)動起來，迅速地發(fā)現(xiàn)主人公錯誤的用電行為，并且意識到，錯誤的行為會導(dǎo)致嚴重的后果，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.通過觀察物理現(xiàn)象，形成表象，經(jīng)過思維加工，形成概念，進而發(fā)現(xiàn)規(guī)律.然而，在物理教學(xué)中，有些現(xiàn)象是無法直接給學(xué)生展示，必需借助于模擬或者思維想象.對于初中生而言，他們抽象思維能力較差，如果不經(jīng)過現(xiàn)象呈現(xiàn)，就不易形成表象，更不用說進行思維加工了.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觸電現(xiàn)象的根源.

首先，從判斷進戶線是否有電入手，請學(xué)生思考是用手觸碰還是借助工具？學(xué)生自然想到了測電筆.而后，讓學(xué)生自學(xué)測電筆的使用方法，為了安全起見，教師與學(xué)生合作共同使用.不難發(fā)現(xiàn)，能使測電筆發(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：為什么使用測電筆時接觸了筆尾金屬，教師卻沒有觸電？引導(dǎo)學(xué)生拆解測電筆，發(fā)現(xiàn)測電筆裝有一個高電阻，導(dǎo)致電流很小，而沒有導(dǎo)致觸電.相反，如果電流大到一定程度就會觸電.在不經(jīng)意中，學(xué)生學(xué)會了如何安全地使用測電筆，發(fā)現(xiàn)了觸電的原因.教師順勢啟發(fā)：如果沒有這個高電阻接入電路，結(jié)果會怎樣？

如圖1、圖2所示，教師向?qū)W生展示一個假人（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開關(guān)電源引出兩根導(dǎo)線，模擬火線和零線，同時，在地上放置一個連接到負極的鋁箔板，代表大地.假人站在地面上，在不經(jīng)過高電阻的情況下，一只手接觸火線，此時假人身上的LED燈條發(fā)光.明亮的燈光，學(xué)生立即認識到會觸電，如果在220 V的電壓下，后果很嚴重.然后，請學(xué)生猜想接觸其它導(dǎo)線是否會觸電.學(xué)生的參與熱情立即被調(diào)動起來，迫切想知道：自己的猜想是否正確？怎樣的觸線行為會觸電？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)同時接觸火線和零線或者同時接觸火線和大地時，假人身體上的LED發(fā)光，有一定強度的電流流過，會發(fā)生觸電事故.而直接接火線或者只接觸零線或者同時接觸火線和地線，假人身上的LED沒有發(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的電流通過人體，兩種觸電方式的共同點是接觸了火線，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，更多地采用了驗證性的教學(xué).這種教學(xué)過程讓學(xué)生感到平淡無趣，學(xué)生也不會體會到發(fā)現(xiàn)知識的樂趣.筆者制作了幾塊電路板，每塊電路板都有所差異，有的放置了一個開關(guān)和一個螺口燈座；有的板為兩線插座；有的板為三線插座.粗看電路板平淡無奇，器材也較為常見，但是，細看就可以發(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，接觸不是很好.在充分預(yù)設(shè)之后，向?qū)W生提供了用來模擬火線和零線的12 V直流電源，消除學(xué)生在連接電路過程中的安全隱患.

關(guān)于燈泡和開關(guān)的連接，學(xué)生由于缺乏安全意識，認為只要連接完整，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？斷開開關(guān)，更換燈泡時會不會觸電？你能用測電筆判斷嗎？學(xué)生檢測的結(jié)果現(xiàn)象如圖3所示，測定筆發(fā)光了.盡管斷開了開關(guān)，但是燈泡依然與火線相通.此時，學(xué)生很容易認識到，如果站在地面上的人接觸燈泡螺旋就會導(dǎo)致觸電.由此說明，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.進而形成用電規(guī)范：控制燈泡的開關(guān)一定要與火線相連.在這樣的設(shè)計中，學(xué)生親自操作，在操作中發(fā)現(xiàn)問題，在探索中解決問題，在交流中獲取知識.

在連接電路過程中，一個小組出現(xiàn)了一個令學(xué)生感到意外的現(xiàn)象.閉合開關(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，直面錯誤行為導(dǎo)致的后果，學(xué)生接受了震撼的教育，對安全用電有了深刻的認識.學(xué)生心中充滿著好奇：發(fā)生什么事？經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，火線和零線之間沒有經(jīng)過用電器，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)生進行小組交流，思考，不難發(fā)現(xiàn)：短路導(dǎo)致電流過大，根據(jù)焦耳定律，在電阻和時間一定時，電流過大，產(chǎn)生熱量過多，引起火災(zāi).那么，如何避免火災(zāi)的發(fā)生？能否在電流過大時切斷電路？學(xué)生自然想到了熔斷器.為什么熔絲能夠保護電路？筆者用打火機給一個銅絲和熔絲加熱，熔絲很快斷了，而銅絲卻完好無損，由此可以說明熔絲的熔點低.把熔絲接入電路，再次閉合開關(guān)，熔絲立即斷了，但是鋁箔卻沒有著火，很好地保護了電路.由此，安全用電準(zhǔn)則就是：家庭電路中，嚴禁短路.

另一個小組實驗時，隨著逐漸增加燈泡（規(guī)格12 V 40 W）的個數(shù)，鋁箔又起火了，如圖6所示.有了前面的經(jīng)驗，此時學(xué)生沒有過多的緊張，只是疑惑：燈泡個數(shù)增多為什么也會起火？經(jīng)過小組交流發(fā)現(xiàn)：并聯(lián)的用電器過多，總功率過大，在干路中，電流較大，根據(jù)焦耳定律可知，產(chǎn)生熱量過多，引燃鋁箔.解決問題的辦法：重新接入保險絲，接通電路，保險絲立即熔斷，切斷了電路.安全準(zhǔn)則：嚴禁過載.

有的同學(xué)，連接好電路，在通電一段時間之后，教師用一根火柴接觸導(dǎo)線接頭處，“刺啦”一聲火柴被點燃（如圖7所示）.問題：火柴起火的原因是什么？接頭太熱了.追問：為什么接頭會過熱？導(dǎo)線為什么不熱？教師展示細銅絲的接頭處，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，用測電筆接觸沒有接地的電水壺金屬外殼，測電筆發(fā)光了.有了前面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，學(xué)生很快知道，這樣會導(dǎo)致觸電，所以，用電器的金屬外殼一定要接地（圖8）.在認識了家庭電路的元件使用方法和安全問題之后，再來認識家庭的電路的組成（圖9），并重新審視視頻主人公的用電行為，呼應(yīng)開頭，相信學(xué)生對安全用電一定有了更深刻的理解.

不遵守安全用電規(guī)則，會導(dǎo)致嚴重后果.如果這個認識只是停留在說教層面，學(xué)生的認識就不會深刻，也不會從物理的層面進行思考，更談不上把物理規(guī)律運用到生活中去.通過充分預(yù)設(shè)，讓學(xué)生見識到短路和過載引起的嚴重后果——火災(zāi)，更能體驗到用已有知識來學(xué)習(xí)新知的快樂.學(xué)生在家庭中的用電行為將會更加理性，更加安全.

總之，通過創(chuàng)新實驗設(shè)計，本節(jié)課取得了良好的教學(xué)效果，達到了教學(xué)目的.在實驗過程中，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，豐富了感官認識，提高了安全用電意識.在平時的教學(xué)中，教師要不斷地創(chuàng)新實驗設(shè)計，從不可視向可視化轉(zhuǎn)變，從抽象向形象轉(zhuǎn)變，從復(fù)雜化向簡單化轉(zhuǎn)變，由淺入深，由易到難，循序漸進，那么物理實驗教學(xué)就一定能更上一層樓.