創新實驗設計提高課堂效率

朱新榮

家庭電路與安全用電，這一節課的知識點多而雜，缺乏明晰的邏輯聯系，如果不能抓住一條清晰的主線，那么整個課堂就會給學生一個凌亂的感覺，影響學習效果；此外，本節課涉及的電壓為220 V，對實驗教學構成安全隱患.如何設計既形象而又安全清晰的實驗成為許多教師研究的課題.據此，筆者以用電安全為主線，創新實驗設計，很好地解決了這個問題.

1創設生活情境，喚醒安全用電意識

本節內容針對家庭電路，雖說緊貼學生的生活，但是，很多學生只具有用電器使用的經驗，缺乏正確的用電體驗.在這種情況下，直接講授安全用電，必然會降低學生的興趣點，也無法觸動學生.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——使用接觸不好的導線——濕布擦臺燈，斷電——把銅絲接入熔斷器中——浴室用電吹風.作為課堂的引入環節，請學生觀看視頻，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.學生的興趣立即被調動起來，迅速地發現主人公錯誤的用電行為，并且意識到，錯誤的行為會導致嚴重的后果，諸如觸電和火災等.隨即，筆者啟發學生：為什么會發生這些事故？如何避免發生這樣的事故？從而引入課題.

2模擬人體觸電，規范安全用電行為

觀察和思考是學習物理的兩種重要方法.通過觀察物理現象，形成表象，經過思維加工，形成概念，進而發現規律.然而，在物理教學中，有些現象是無法直接給學生展示，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，如果不經過現象呈現，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象的方法，既能保證安全又能形象地揭示常見觸電現象的根源.

首先，從判斷進戶線是否有電入手，請學生思考是用手觸碰還是借助工具？學生自然想到了測電筆.而后，讓學生自學測電筆的使用方法，為了安全起見，教師與學生合作共同使用.不難發現，能使測電筆發光的為火線，不能發光的即為零線.但是學生心中產生了疑問：為什么使用測電筆時接觸了筆尾金屬，教師卻沒有觸電？引導學生拆解測電筆，發現測電筆裝有一個高電阻，導致電流很小，而沒有導致觸電.相反，如果電流大到一定程度就會觸電.在不經意中，學生學會了如何安全地使用測電筆，發現了觸電的原因.教師順勢啟發：如果沒有這個高電阻接入電路，結果會怎樣？

如圖1、圖2所示，教師向學生展示一個假人（預先在假人身上裝有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開關電源引出兩根導線，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燈條發光.明亮的燈光，學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，請學生猜想接觸其它導線是否會觸電.學生的參與熱情立即被調動起來，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.可以發現，當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發光，有一定強度的電流流過，會發生觸電事故.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沒有發光，學生也理解了零線與大地之間的電壓為零的原因.學生在醒目的現象中，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充分預設，抓住生成，形成安全用電準則

在家庭電路組成的教學中，通常采用講授式教學，即告知學生家庭電路的組成，然后闡述這些設備的作用.而在設備火災的根源的教學中，更多地采用了驗證性的教學.這種教學過程讓學生感到平淡無趣，學生也不會體會到發現知識的樂趣.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，細看就可以發現，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.在充分預設之后，向學生提供了用來模擬火線和零線的12 V直流電源，消除學生在連接電路過程中的安全隱患.

關于燈泡和開關的連接，學生由于缺乏安全意識，認為只要連接完整，燈泡發光就行.如圖3、圖4所示，是學生連接的電路.閉合開關，燈泡都能正常發光.啟發思考：哪種連接方式更安全？斷開開關，更換燈泡時會不會觸電？你能用測電筆判斷嗎？學生檢測的結果現象如圖3所示，測定筆發光了.盡管斷開了開關，但是燈泡依然與火線相通.此時，學生很容易認識到，如果站在地面上的人接觸燈泡螺旋就會導致觸電.由此說明，連接電路的規范非常重要，按照規范操作，就可以避免安全事故的發生.進而形成用電規范：控制燈泡的開關一定要與火線相連.在這樣的設計中，學生親自操作，在操作中發現問題，在探索中解決問題，在交流中獲取知識.

在連接電路過程中，一個小組出現了一個令學生感到意外的現象.閉合開關，電路中的鋁箔起火，如圖5所示.學生顯得驚慌失措.然而，直面錯誤行為導致的后果，學生接受了震撼的教育，對安全用電有了深刻的認識.學生心中充滿著好奇：發生什么事？經過觀察發現，火線和零線之間沒有經過用電器，直接用一根導線連接在一起，發生短路.教師啟發思考：短路為什么引起火災？怎么才能避免火災的發生？學生進行小組交流，思考，不難發現：短路導致電流過大，根據焦耳定律，在電阻和時間一定時，電流過大，產生熱量過多，引起火災.那么，如何避免火災的發生？能否在電流過大時切斷電路？學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，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（規格12 V 40 W）的個數，鋁箔又起火了，如圖6所示.有了前面的經驗，此時學生沒有過多的緊張，只是疑惑：燈泡個數增多為什么也會起火？經過小組交流發現：并聯的用電器過多，總功率過大，在干路中，電流較大，根據焦耳定律可知，產生熱量過多，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.安全準則：嚴禁過載.

有的同學，連接好電路，在通電一段時間之后，教師用一根火柴接觸導線接頭處，“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.根據焦耳定律，在電流和時間一定的情況下，導體的電阻越大產生的熱量越多.被引燃的火柴和明亮的火焰，就像一盞明燈照亮學生思維的天空，驅散了學生關于接觸不良引發火災的陰霾.

最后，用測電筆接觸沒有接地的電水壺金屬外殼，測電筆發光了.有了前面學習的基礎，學生很快知道，這樣會導致觸電，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，呼應開頭，相信學生對安全用電一定有了更深刻的理解.

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

總之，通過創新實驗設計，本節課取得了良好的教學效果，達到了教學目的.在實驗過程中，把預設和生成相結合，激發了學生的學習興趣，豐富了感官認識，提高了安全用電意識.在平時的教學中，教師要不斷地創新實驗設計，從不可視向可視化轉變，從抽象向形象轉變，從復雜化向簡單化轉變，由淺入深，由易到難，循序漸進，那么物理實驗教學就一定能更上一層樓.