初中物理綜合實踐活動實踐案例

趙睿

摘要：開展“制作型”的綜合實踐活動，在初中物理綜合實踐活動中難度大、耗時長，很多教師由于受時間、空間及活動形式的限制，少開甚至不開設這類實踐活動，僅把物理實驗教學局限在課標要求的幾個經典實驗中。學生缺少了參與實踐的過程，就無法獲得情感體驗，也不能充分發揮實驗教學的優勢，更不能體會到初中物理的科學性、應用性、趣味性的魅力，從而影響了物理學科核心素養的形成。如何有效開展“制作型”的綜合實踐活動？本文記錄了制作“手動交通信號燈模擬電路”的實踐過程，希望能為物理學科綜合實踐活動開展起到借鑒的作用。

關鍵詞：物理綜合實踐活動;電路設計;交通信號燈模擬電路

中圖分類號：G633.7? 文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）24-089

一、活動的背景及主題的確定

隨著社會經濟的快速發展，交通日益發達，交通的發達，標志著城市的發達，相對交通的管理則顯得越來越重要。交通燈是城市交通中的重要指揮系統，它與人們日常生活密切相關。為了更清楚地了解交通燈是如何指揮車輛有序通過十字路口，我們設計了“制作手動交通信號燈模擬電路”的實踐活動方案。

二、活動目標

1.通過發現簡單電路在生活中的實際運用，經歷“從生活到物理”的認知過程。

2.會根據串、并聯電路的特點，分析簡單電路的結構。

3.通過簡單電路模型的設計、制作，培養學生動手能力和創新精神，增強學生的社會責任感，同時體驗創造和成功的快樂。

4.通過交流和展示，提高語言表達和自我評價及相互評價的能力。

三、活動實施過程

通常一個綜合實踐活動大致可以分為活動動員和準備、活動實施、活動小結與評價三個階段。

1.活動動員和準備

為了使學生積極參與到該項實踐活動中，必須先要進行課堂動員，要讓學生感受到我們掌握的知識能解決生活中的實際問題，生活中需要各種各樣功能的電路，我們要根據電路的功能來設計出符合要求的電路，讓學生了解設計簡單電路的方法。

（1）展示相關情景：十字路口，車輛川流不息，這些車輛是怎樣有序通行的呢？

（2）分小組討論：十字路口的交通指示燈共有幾盞？電路有幾種狀態？每種狀態下哪些指示燈發光，哪些指示燈不發光？

（3）設計電路圖：電路共有三種狀態：一種是東西方向行駛的車通行、南北方向行駛的車禁行，在這種狀態下東西方向的指示燈綠燈亮、南北方向的指示燈紅燈亮;另一種是南北方向行駛的車通行、東西方向行駛的車禁行，此時南北方向的指示燈綠燈亮、東西方向的指示燈紅燈亮;第三種是上面兩種狀態的轉換，此時東西南北四個方向的指示燈黃燈亮，其余指示燈不亮（這個模擬電路將問題簡化，認為四個方向的黃燈同時亮）。學生根據串、并聯電路的特點，可設計出如下圖-1的電路，我們也可以使用單刀三擲開關（如圖-2），使電路的操作更簡單方便。

上面的電路同學們容易設計出來，但若要把燈泡放在各自的方位上（如圖-3）來連接電路，無形中就增大了難度，如何突破這一難點呢？教師可以引導學生會看圖-4，認清該圖可幫助學生在焊接電路時理清思路。

2.活動實施

①器材準備

如圖-5所示，1毫米厚PCB 雙面線路板一個、12個LED 燈（4紅、4綠、4黃）、一個限流電阻、開關3個、兩節5號電池、電烙鐵一個。

②元件擺放

將12個LED發光二極管和限流電阻在線路板上進行插件（如圖-6），為焊接電路做準備。需要注意的是，LED發光二極管具有單向導電性，在接入電路時電流要從長腳進、短腳出。為了使發光二極管能正常工作，需要使用限流電阻。我們所選取的發光二極管顏色不同電壓也不同，約為2V左右，工作電流在2～20mA，由此可計算出限流電阻的最小阻值為R=U/I=（3V-2V）/20× 10-3A=50Ω。綜合考慮電路的安全性及發光二極管的亮度問題，限流電阻可選100Ω左右。

③焊接電路

焊接電路時可以按照圖-4的電路先完成三種狀態中的一種狀態的連接，調試成功后再進行后面的焊接。初次焊接常會遇到下面的問題，需要引起同學們的重視。

“搭錫”——短路。在電路元件的焊接中，有種錯誤叫做“搭錫”，就是焊接時焊錫誤將元件的兩個引腳直接搭牢，這樣電流就不會從元件中流過，元件被短接，相當于元件“短路”。

“虛焊”——斷路。在焊接時，由于各種原因，造成元件引腳和線路板接點間看似已經焊接連通了，但實際卻沒有真正連接上，這種故障叫做“虛焊”。虛焊時，電路會出現斷路或間歇性斷路，元件不能正常工作。造成虛焊的主要原因，一方面是元件的引腳“不吃錫”，這是由于元件引腳表面有污漬而造成的，另一方面是電烙鐵的溫度不夠高，焊錫未熔化，導致虛假焊接。

本制作中還需注意：LED焊接時間不允許過長，一般每個焊點不超過3秒鐘，否則容易損壞發光二極管。

④教師小結，提出如下的設計思路：

模擬仿真這一步需要同學們課后動手完成，給學生留充足的時間分小組進行制作。

3.活動小結與評價

一個月后，在課堂上進行展示和匯報。下圖是學生的一些作品

學生以小組為單位，匯報總結在實踐活動中遇到的困難和解決辦法，采取自我評價、各組之間相互評價的形式，討論本組作品的優點和不足。展示過程中，可以發現，同學們用了各種不同的開關，有的用按鈕開關，有的用撥動開關，還有的把家里壞了的復讀機的開關拆下來用;還有同學提出：設計的簡單交通燈電路不能滿足使用需求，性能上有不足之處，如實際的交通燈，紅燈變綠燈時，黃燈是不亮的;主干道通行時間長且燈狀態的轉換是自動的，不需要手動;沒有語音提示不利于盲人過馬路;沒有倒計時功能等。的確，要實現上面的全部功能，還要了解更多的知識。討論中，學生體會到要把原理轉換成技術，還有更長的路要走。本次活動，學生既學會了設計電路又學會了焊接電路，還增進了對交通行業的了解，提升了學習物理的興趣，當成果出現時，還能看到學生發自內心的成功喜悅。

四、活動反思

初中物理綜合實踐活動的核心是學生的經驗、社會實踐以及社會需要，通過活動能有效培養學生的動手實驗能力、解決問題的能力和探究精神。本次活動是“制作型”的綜合實踐活動，在開展此類活動時，首先要從需要出發，激發學生的興趣，在實踐過程中要重視學生的“困難”和“發現”，適時為學生活動指明方向。在活動小結與評價環節中，開放的過程能夠更加有效地培養學生的創新意識。本次活動中學生設計出來的方案和理想的主案仍有差距，學生現有的知識和能力也是有限的，延時開關、數字電路、自動控制等學生并沒有接觸過，對此有興趣的小組，可以在課后進一步去學習、探索、研究。在這里播下種子，在學生心里生根發芽，讓我們靜待花開……

參考文獻：

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[3]丁云峰.基于初中物理學科素養的教學設計——以“時間的測量及應用”為例[J].中學物理教學參考，2020（2）.

【本文系2019年陜西省中小學教學能手專項研究課題《有效利用綜合實踐活動拓展初中物理實驗》研究成果，課題編號 GZZ1819158.】

（作者單位：西安市第一中學，陜西 西安 710082）