“神奇的小電動機”實驗改進

夏夢瓊

Experimental Improvement of“Magic Small Motor”

XIA Mengqiong

（Wuhan Optics Valley No.1 Primary School， Wuhan， Hubei 430073）

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.18.044

“神奇的小電動機”主要是通過觀察，與前面學(xué)習(xí)的“電磁鐵”建立聯(lián)系，能基于認識推測小電動機的原理。對于六年級學(xué)生來說，這個目標是有挑戰(zhàn)性的，教師要給學(xué)生搭建清晰簡單的“腳手架”易于他們理解和學(xué)習(xí)。但是，在教材中，有以下不足：實驗原件小而復(fù)雜，小電動機尺寸小而復(fù)雜（8.3 mm×12.9 mm），其中連接部件被遮擋，肉眼無法直接識別；換向器和電刷連接部分沒有完全暴露，學(xué)生很難直觀建立聯(lián)系。模擬的實驗裝置成功率低，教材中的實驗裝置是用皮筋和透明膠組合固定軟質(zhì)的塑料瓶和鐵絲，這些部件穩(wěn)定性差，學(xué)生搭建步驟復(fù)雜，很難成功模擬電動機的轉(zhuǎn)動。

改進思路

細節(jié)最大化：將原理主要作用的零件細節(jié)放大，促進學(xué)生產(chǎn)生聯(lián)想、觸發(fā)思維。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)外顯：換向器、電刷的模擬部分直觀呈現(xiàn)構(gòu)造，降低難度。

材料可拆解組合：材料在本單元內(nèi)容中可以貫穿使用，使學(xué)生的腦海中形成連貫的知識脈絡(luò)，推動其螺旋式上升。

材料容易獲得：使用的器材成本低、可復(fù)制性強；運用身邊的材料建構(gòu)模型，引導(dǎo)學(xué)生利用身邊的材料思考設(shè)計。

基于以上思考，筆者嘗試對原裝置進行改造（如圖1）。

實驗改進

1.梭芯導(dǎo)線圈的改進

在“能量”單元的前面兩課《電磁鐵的磁力（一）》《電磁鐵的磁力（二）》中，對“電磁鐵的磁力與線圈圈數(shù)的關(guān)系”加以研究，用魔術(shù)貼疊加可以直接成倍改變線圈的數(shù)量；在線圈中加入鐵芯時，可以直接插入，不用重新繞線（如圖2）。

2.裝置組裝

改進后的實驗材料，是為了更好地模擬小電動機的內(nèi)部構(gòu)造。教學(xué)時，學(xué)生利用它認識小電動機原理的學(xué)習(xí)過程分為三個步驟：探索電流流向、安裝線圈和讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。

（1）探索電流流向。按照改造后的實驗器材，電流走向為接線柱（羊角釘）—電刷（銅絲）—換向器（銅片）—接線柱（銅絲）—線圈（如圖3）。

（2）安裝線圈。根據(jù)前面利用梭芯導(dǎo)線圈學(xué)習(xí)“電磁鐵”時獲得的概念，學(xué)生將梭芯導(dǎo)線圈模擬小電動機的方向安裝，利用方便拆卸、組合的魔術(shù)膠帶進行固定或重組（如圖4）。

（3）讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。學(xué)生用磁鐵接近通電線圈，模擬磁鐵與電磁鐵的相互作用使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而解開小電動機轉(zhuǎn)動的秘密；同時，紅、藍、白三種顏色的二極管并聯(lián)三個電磁鐵線圈，通過明暗直接反映電流通過的線圈（電磁鐵），從而進一步證明了電流走向。

實驗優(yōu)點

改進后的裝置，能讓學(xué)生充分運用實驗器材深入地認識和研究小電動機的原理，為他們突破難點搭建了良好的“腳手架”。

1.實驗效率提升：教學(xué)效率=質(zhì)量/時間

（1）效果的最大化。小電動機中工作的有效部分約1平方厘米，其中線圈為0.01毫米。要想讓學(xué)生根據(jù)構(gòu)造與電動機的原理建立聯(lián)系，就必須幫助他們攻克“小”的問題，將模擬實驗材料最“大”化，讓他們進一步認清復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能。

（2）節(jié)約時間成本。在模擬實驗材料的選擇上，不斷優(yōu)化，使學(xué)生能較快完成模擬的裝置，將時間充分運用在觀察和思考以及動手改進中；同時，給學(xué)生提供容易成功的實驗材料，讓他們目睹通過自己的實踐使轉(zhuǎn)子快速轉(zhuǎn)動，能大大提升學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)興趣。

2.思維方式提升

在課堂效率提升的基礎(chǔ)上，為學(xué)生的思維培養(yǎng)奠定了較堅實的基礎(chǔ)，同時，靈活組裝的實驗材料，能給學(xué)生充分的空間將他們的“思考”變成“現(xiàn)實”，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，使他們在優(yōu)化迭代的過程中不斷成長！