對教材一道練習題的生活化微設計

李丹霞，周新雅

江西師范大學物理與通信電子學院，南昌 330022

1 問題的引入

電學知識是初中物理學習的難點，其中的電路設計又是電學的重要組成部分，也是近年來中考的熱點。盡管電路設計如此重要，但大多數學生處理簡單的電路設計時依然只會紙上談“電”，在解決與生活緊密聯系的習題過程中表現得尤為突出。現以蘇科版九年級物理教材綜合實踐活動“設計簡單電路”的一道課后練習為例。

題目：在樓道中安裝電燈，要求在樓梯的上下兩端都能控制它：上樓梯時，能用下面的開關S1開燈，上了樓梯以后，能用上面的開關S2關燈；下樓梯時，能用S2開燈，用S1關燈。試畫出電路圖，并用電池作為電源制作一個電路模型，看看能否滿足要求[1]。

這類習題教學的關鍵是如何引出單刀雙擲開關。因此，教師在設計物理習題生活化教學時，需要充分考慮讓學生在解題過程中真正解讀習題中蘊藏的物理知識，從生活化物理習題的角度分析和解決現實問題，有目的地尋找生活與物理的契合點，將教學內容與生活因素接軌，把學生熟悉的生活場景與物理知識聯系起來，創新設計“一燈多控”的生活化習題教學。

2 教學設計

物理課堂教學應源于生活、走進生活、超越生活，才能讓學生領悟“從生活走向物理，從物理走向社會”的學習理念。在傳統的初中物理習題教學中，一些教師僅僅結合物理課本中的理論知識講解習題，教學方式單一，課堂氛圍沉悶。只有當物理與學生的生活接軌時，學生才能感覺到物理是鮮活而有生命的。要實現“核心素養”目標，就需要每位教師設計好每一節課，甚至每一個教學環節[2]。如果將生活化的情境融入到物理練習中成為教學設計的常態，那就能夠讓學生通過物理的方式解決熟悉的生活問題，調動學生的學習熱情，從而積極地加入到物理知識的練習中，提高學生的知識水平。

2.1 情境生活化，激發興趣

（1）設計活動

創設生活情境，PPT播放樓梯燈和臥室燈的生活片段視頻（圖1）。

圖1 生活場景圖

情境1：出門時，打開樓道燈準備下樓，下樓后，關燈。

情境2：進臥室時，利用房門口的開關打開臥室燈，睡覺時利用床邊的開關關燈；夜間起來時，利用床邊的開關可再次開燈；出臥室時，利用房門口的開關關燈。

（2）教師提問

在生活中有時需要在兩個不同的地點控制同一盞燈，如何實現這種雙控呢？

（3）設計意圖

通過生活實例導出本節課的主題——電路設計。同時，通過生活化情境激發學生的學習興趣，活躍課堂氣氛。生活是物理的源泉，引導學生從已有的生活經驗入手，培養學生善于發現問題、探究問題、解決問題的習慣[3]。

2.2 搭建思維臺階，引出特殊開關

（1）設計活動

以第一個情境為例，設計樓道的雙控燈電路。

（2）教師提問

問題一：實現電路的雙控需要幾個開關？開關與開關之間的連接方式如何？

在教師的引導下，學生思考后得出結論：雙控燈電路既非串聯也非并聯。引導學生利用4個開關自主設計符合雙控要求的電路圖。

學生交流討論并設計電路：利用1個電源、1個燈泡、4個開關和若干導線，設計符合雙控要求的電路圖，如圖 2（a）（b）所示。

問題二：一般來說，實現雙控至少需要4個開關。為何實際生活中的雙控燈電路只有2個開關？

教師引導學生分析4個開關的雙控電路的問題是難以實現異地雙控，鼓勵并引導學生優化設計好的雙控電路。

學生觀察、思考、交流后，在教師的引導下發現，樓上或樓下的兩個開關的動觸點和刀片是可以合二為一的，合并后就能實現一個動作兩個功能[4]，如圖2（c）所示。這種特殊開關叫單刀雙擲開關（相當于兩個普通開關的合體）。

圖2 雙控燈電路圖

綜上所述，樓道雙控燈電路設計的教學邏輯如圖3所示。

圖3 雙控燈電路教學邏輯圖

（3）設計意圖

通過搭建思維臺階，循序漸進地引出單刀雙擲開關，強化單刀雙擲開關對“一燈雙控”電路不可替代的作用。比起直接灌輸單刀雙擲開關的知識，這樣的設計更能讓學生留下深刻印象，也符合物理學科核心素養的要求。由簡入難，引導學生在簡單電路的基礎上設計出復雜的電路，領悟電路設計的真諦，收獲學習過程帶來的成就感。通過類比的思想，讓學生學會知識的遷移，從單刀單控開關到單刀雙控開關的過渡，實際上是利用舊知識去發現新知識的過程，結果使學生對這個元器件的認識超出了器件本身，鍛煉了學生的思維能力。

2.3 設計、分析和驗證電路圖

（1）設計、分析和驗證電路

教師引導學生分析雙控燈電路圖的可行性，交流討論后得出結論：雙控燈電路的2個開關既可以獨立控制燈泡，又可以交互控制燈泡，符合雙控燈的設計原理。

學生分組實驗，不僅驗證該方案可行，還親身體驗雙控燈的奇妙之處。可見，單刀雙擲開關可以在兩個地方控制同一盞燈，在樓道使用方便，可達到“樓下開燈樓上關，樓上開燈樓下關”的效果（圖4）。教師引導學生完成雙控燈電路的設計任務后，揭秘家庭電路的雙控燈開關及布線圖，落實“從物理走向生活”的教學理念。

（2）課堂教學延伸到家庭雙控電路

為實現課堂真正回歸生活，教師將課堂上的雙控燈電路拓展延伸到家庭中的雙控燈電路。重溫家庭電路中火線、零線的連接方式，順著學生的思路，總結家庭中一燈雙控電路連接方式的口訣：“對應接對應，火線進，火線出”，即 L1接 L1，L2接L2，A處的火線進，B處的火線出，開關接火線，燈泡接零線，如圖5所示。

圖5 一燈雙控接線圖

綜上所述，從課堂回歸生活的一燈雙控設計教學邏輯如圖6所示。

圖6 家庭雙控電路的教學邏輯圖

（3）設計意圖

研究活動一個相對完整的周期以發現問題和提出問題為起點,以解決問題并提出新問題為終點[5]。通過理論推導，化理論為實踐，可鍛煉學生的動手能力，幫助學生更好地理解雙控燈的設計原理。同時，暗示學生在紙上談“電”與對家庭電路的認知存在很大差距，于是揭秘家庭電路的雙控設計，將物理與生活緊密聯系起來，為后續三控電路的學習打下良好的基礎。

2.4 拓展生活化，學以致用

（1）教師提問

問題一：雙控燈電路實現“樓下開燈樓上關，樓上開燈樓下關”的效果，這種異地控制電路會給人們的生活帶來諸多便利。那么，這種雙控電路是否有缺陷？教師引導學生分析雙控電路在生活應用上的局限性——只能實現兩地之間的異地控制。

比如：樓梯燈安裝在2樓，兩個單聯雙控開關分別安裝在1樓和2樓，在1樓和2樓之間上、下樓使用樓梯燈很方便。但若要從3樓下樓，想開燈卻辦不到，必須要到2樓開燈。因此，一燈雙控可謂是“比上不足，比下有余”。于是，人們不得不繼續改進，將一燈雙控改為一燈三控，如圖7所示。

圖7 一燈三控接線圖

問題二：雙聯雙控開關的構造有什么特點？根據“單刀雙擲開關實則是兩只普通開關的合體”的知識鋪墊，學生立馬想到“雙聯雙控開關實則是兩只單聯雙控開關的合體”，事實也與之相吻合。在現實生活中，人們更多地使用三控開關連接電路。例如：臥室燈的電路設計實際上是由三只開關組成，一側床頭和房門口各安裝一只單聯雙控開關，另一側床頭安裝一只雙聯雙控開關，實現一燈三控，如圖8所示。

圖8 臥室一燈三控布線圖

綜上所述，利用拓展幫助學生加深對家庭一燈三控電路以及布線圖的理解與應用，家庭三控電路的教學邏輯如圖9所示。

圖9 家庭三控電路的教學邏輯圖

（2）設計意圖

三控燈是雙控燈的拓展與延伸。盡管一燈雙控的異地控制給人們的生活帶來諸多便利，但終究是“比上不足，比下有余”。因此，利用課堂拓展，引入一燈三控電路，通過展示一燈多控的電路圖和布線圖，讓學生對家庭電路的連接方式有一定的了解，體現了“從生活中來，到生活中去”的教學理念，拉近了物理與生活的距離。

2.5 作業生活化，鞏固新知

學以致用，自行選擇家里的某個房間，畫出該房間的電路布線圖。

3 結語

整節課以一道練習題為起點，設計生活化的課堂教學活動。通過物理課堂教學生活化，架起物理與生活的橋梁，強調物理與生活的聯系[3]。通過教師的循循善誘，引導學生分析“兩地控制一盞燈”的電路原理，并通過實驗感受雙控燈的奇妙之處。通過層層鋪墊，循序漸進地引出一種特殊的開關——單刀雙擲開關，體現了“用教材教，而不是教教材”，符合物理學科核心素養的要求。生活類電路設計對學生的生活經驗要求較高，解決對策是創設生活化情境，由樓梯燈和臥室燈的生活片段引出“一燈雙控”，引導學生思考并解決雙控電路的設計問題，從而順利突破教學難點。利用所學物理知識揭秘家庭電路的“一燈雙控”，深入思考和聯系實際后，發現一燈雙控電路的“比上不足，比下有余”，于是自然過渡到一燈三控電路。整個教學過程體現了“從生活中來，到生活中去”的教學理念，實現教學的生活化，以及物理與生活的和諧統一。