對(duì)教材一道練習(xí)題的生活化微設(shè)計(jì)

李丹霞，周新雅

江西師范大學(xué)物理與通信電子學(xué)院，南昌 330022

1 問題的引入

電學(xué)知識(shí)是初中物理學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，其中的電路設(shè)計(jì)又是電學(xué)的重要組成部分，也是近年來中考的熱點(diǎn)。盡管電路設(shè)計(jì)如此重要，但大多數(shù)學(xué)生處理簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)時(shí)依然只會(huì)紙上談“電”，在解決與生活緊密聯(lián)系的習(xí)題過程中表現(xiàn)得尤為突出。現(xiàn)以蘇科版九年級(jí)物理教材綜合實(shí)踐活動(dòng)“設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電路”的一道課后練習(xí)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(shí)，能用下面的開關(guān)S1開燈，上了樓梯以后，能用上面的開關(guān)S2關(guān)燈；下樓梯時(shí)，能用S2開燈，用S1關(guān)燈。試畫出電路圖，并用電池作為電源制作一個(gè)電路模型，看看能否滿足要求[1]。

這類習(xí)題教學(xué)的關(guān)鍵是如何引出單刀雙擲開關(guān)。因此，教師在設(shè)計(jì)物理習(xí)題生活化教學(xué)時(shí)，需要充分考慮讓學(xué)生在解題過程中真正解讀習(xí)題中蘊(yùn)藏的物理知識(shí)，從生活化物理習(xí)題的角度分析和解決現(xiàn)實(shí)問題，有目的地尋找生活與物理的契合點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容與生活因素接軌，把學(xué)生熟悉的生活場(chǎng)景與物理知識(shí)聯(lián)系起來，創(chuàng)新設(shè)計(jì)“一燈多控”的生活化習(xí)題教學(xué)。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

物理課堂教學(xué)應(yīng)源于生活、走進(jìn)生活、超越生活，才能讓學(xué)生領(lǐng)悟“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的學(xué)習(xí)理念。在傳統(tǒng)的初中物理習(xí)題教學(xué)中，一些教師僅僅結(jié)合物理課本中的理論知識(shí)講解習(xí)題，教學(xué)方式單一，課堂氛圍沉悶。只有當(dāng)物理與學(xué)生的生活接軌時(shí)，學(xué)生才能感覺到物理是鮮活而有生命的。要實(shí)現(xiàn)“核心素養(yǎng)”目標(biāo)，就需要每位教師設(shè)計(jì)好每一節(jié)課，甚至每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)[2]。如果將生活化的情境融入到物理練習(xí)中成為教學(xué)設(shè)計(jì)的常態(tài)，那就能夠讓學(xué)生通過物理的方式解決熟悉的生活問題，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而積極地加入到物理知識(shí)的練習(xí)中，提高學(xué)生的知識(shí)水平。

2.1 情境生活化，激發(fā)興趣

（1）設(shè)計(jì)活動(dòng)

創(chuàng)設(shè)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(chǎng)景圖

情境1：出門時(shí)，打開樓道燈準(zhǔn)備下樓，下樓后，關(guān)燈。

情境2：進(jìn)臥室時(shí)，利用房門口的開關(guān)打開臥室燈，睡覺時(shí)利用床邊的開關(guān)關(guān)燈；夜間起來時(shí)，利用床邊的開關(guān)可再次開燈；出臥室時(shí)，利用房門口的開關(guān)關(guān)燈。

（2）教師提問

在生活中有時(shí)需要在兩個(gè)不同的地點(diǎn)控制同一盞燈，如何實(shí)現(xiàn)這種雙控呢？

（3）設(shè)計(jì)意圖

通過生活實(shí)例導(dǎo)出本節(jié)課的主題——電路設(shè)計(jì)。同時(shí)，通過生活化情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛。生活是物理的源泉，引導(dǎo)學(xué)生從已有的生活經(jīng)驗(yàn)入手，培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題的習(xí)慣[3]。

2.2 搭建思維臺(tái)階，引出特殊開關(guān)

（1）設(shè)計(jì)活動(dòng)

以第一個(gè)情境為例，設(shè)計(jì)樓道的雙控?zé)綦娐贰?/p>

（2）教師提問

問題一：實(shí)現(xiàn)電路的雙控需要幾個(gè)開關(guān)？開關(guān)與開關(guān)之間的連接方式如何？

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生思考后得出結(jié)論：雙控?zé)綦娐芳确谴?lián)也非并聯(lián)。引導(dǎo)學(xué)生利用4個(gè)開關(guān)自主設(shè)計(jì)符合雙控要求的電路圖。

學(xué)生交流討論并設(shè)計(jì)電路：利用1個(gè)電源、1個(gè)燈泡、4個(gè)開關(guān)和若干導(dǎo)線，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)雙控至少需要4個(gè)開關(guān)。為何實(shí)際生活中的雙控?zé)綦娐分挥?個(gè)開關(guān)？

教師引導(dǎo)學(xué)生分析4個(gè)開關(guān)的雙控電路的問題是難以實(shí)現(xiàn)異地雙控，鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化設(shè)計(jì)好的雙控電路。

學(xué)生觀察、思考、交流后，在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)，樓上或樓下的兩個(gè)開關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn)和刀片是可以合二為一的，合并后就能實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)作兩個(gè)功能[4]，如圖2（c）所示。這種特殊開關(guān)叫單刀雙擲開關(guān)（相當(dāng)于兩個(gè)普通開關(guān)的合體）。

圖2 雙控?zé)綦娐穲D

綜上所述，樓道雙控?zé)綦娐吩O(shè)計(jì)的教學(xué)邏輯如圖3所示。

圖3 雙控?zé)綦娐方虒W(xué)邏輯圖

（3）設(shè)計(jì)意圖

通過搭建思維臺(tái)階，循序漸進(jìn)地引出單刀雙擲開關(guān)，強(qiáng)化單刀雙擲開關(guān)對(duì)“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(guān)的知識(shí)，這樣的設(shè)計(jì)更能讓學(xué)生留下深刻印象，也符合物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。由簡(jiǎn)入難，引導(dǎo)學(xué)生在簡(jiǎn)單電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出復(fù)雜的電路，領(lǐng)悟電路設(shè)計(jì)的真諦，收獲學(xué)習(xí)過程帶來的成就感。通過類比的思想，讓學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)的遷移，從單刀單控開關(guān)到單刀雙控開關(guān)的過渡，實(shí)際上是利用舊知識(shí)去發(fā)現(xiàn)新知識(shí)的過程，結(jié)果使學(xué)生對(duì)這個(gè)元器件的認(rèn)識(shí)超出了器件本身，鍛煉了學(xué)生的思維能力。

2.3 設(shè)計(jì)、分析和驗(yàn)證電路圖

（1）設(shè)計(jì)、分析和驗(yàn)證電路

教師引導(dǎo)學(xué)生分析雙控?zé)綦娐穲D的可行性，交流討論后得出結(jié)論：雙控?zé)綦娐返?個(gè)開關(guān)既可以獨(dú)立控制燈泡，又可以交互控制燈泡，符合雙控?zé)舻脑O(shè)計(jì)原理。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，不僅驗(yàn)證該方案可行，還親身體驗(yàn)雙控?zé)舻钠婷钪帯？梢姡瑔蔚峨p擲開關(guān)可以在兩個(gè)地方控制同一盞燈，在樓道使用方便，可達(dá)到“樓下開燈樓上關(guān)，樓上開燈樓下關(guān)”的效果（圖4）。教師引導(dǎo)學(xué)生完成雙控?zé)綦娐返脑O(shè)計(jì)任務(wù)后，揭秘家庭電路的雙控?zé)糸_關(guān)及布線圖，落實(shí)“從物理走向生活”的教學(xué)理念。

（2）課堂教學(xué)延伸到家庭雙控電路

為實(shí)現(xiàn)課堂真正回歸生活，教師將課堂上的雙控?zé)綦娐吠卣寡由斓郊彝ブ械碾p控?zé)綦娐贰Ｖ販丶彝ル娐分谢鹁€、零線的連接方式，順著學(xué)生的思路，總結(jié)家庭中一燈雙控電路連接方式的口訣：“對(duì)應(yīng)接對(duì)應(yīng)，火線進(jìn)，火線出”，即 L1接 L1，L2接L2，A處的火線進(jìn)，B處的火線出，開關(guān)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(shè)計(jì)教學(xué)邏輯如圖6所示。

圖6 家庭雙控電路的教學(xué)邏輯圖

（3）設(shè)計(jì)意圖

研究活動(dòng)一個(gè)相對(duì)完整的周期以發(fā)現(xiàn)問題和提出問題為起點(diǎn),以解決問題并提出新問題為終點(diǎn)[5]。通過理論推導(dǎo)，化理論為實(shí)踐，可鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，幫助學(xué)生更好地理解雙控?zé)舻脑O(shè)計(jì)原理。同時(shí)，暗示學(xué)生在紙上談“電”與對(duì)家庭電路的認(rèn)知存在很大差距，于是揭秘家庭電路的雙控設(shè)計(jì)，將物理與生活緊密聯(lián)系起來，為后續(xù)三控電路的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

2.4 拓展生活化，學(xué)以致用

（1）教師提問

問題一：雙控?zé)綦娐穼?shí)現(xiàn)“樓下開燈樓上關(guān)，樓上開燈樓下關(guān)”的效果，這種異地控制電路會(huì)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(dǎo)學(xué)生分析雙控電路在生活應(yīng)用上的局限性——只能實(shí)現(xiàn)兩地之間的異地控制。

比如：樓梯燈安裝在2樓，兩個(gè)單聯(lián)雙控開關(guān)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(xù)改進(jìn)，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(lián)雙控開關(guān)的構(gòu)造有什么特點(diǎn)？根據(jù)“單刀雙擲開關(guān)實(shí)則是兩只普通開關(guān)的合體”的知識(shí)鋪墊，學(xué)生立馬想到“雙聯(lián)雙控開關(guān)實(shí)則是兩只單聯(lián)雙控開關(guān)的合體”，事實(shí)也與之相吻合。在現(xiàn)實(shí)生活中，人們更多地使用三控開關(guān)連接電路。例如：臥室燈的電路設(shè)計(jì)實(shí)際上是由三只開關(guān)組成，一側(cè)床頭和房門口各安裝一只單聯(lián)雙控開關(guān)，另一側(cè)床頭安裝一只雙聯(lián)雙控開關(guān)，實(shí)現(xiàn)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(xué)生加深對(duì)家庭一燈三控電路以及布線圖的理解與應(yīng)用，家庭三控電路的教學(xué)邏輯如圖9所示。

圖9 家庭三控電路的教學(xué)邏輯圖

（2）設(shè)計(jì)意圖

三控?zé)羰请p控?zé)舻耐卣古c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(xué)生對(duì)家庭電路的連接方式有一定的了解，體現(xiàn)了“從生活中來，到生活中去”的教學(xué)理念，拉近了物理與生活的距離。

2.5 作業(yè)生活化，鞏固新知

學(xué)以致用，自行選擇家里的某個(gè)房間，畫出該房間的電路布線圖。

3 結(jié)語

整節(jié)課以一道練習(xí)題為起點(diǎn)，設(shè)計(jì)生活化的課堂教學(xué)活動(dòng)。通過物理課堂教學(xué)生活化，架起物理與生活的橋梁，強(qiáng)調(diào)物理與生活的聯(lián)系[3]。通過教師的循循善誘，引導(dǎo)學(xué)生分析“兩地控制一盞燈”的電路原理，并通過實(shí)驗(yàn)感受雙控?zé)舻钠婷钪帯Ｍㄟ^層層鋪墊，循序漸進(jìn)地引出一種特殊的開關(guān)——單刀雙擲開關(guān)，體現(xiàn)了“用教材教，而不是教教材”，符合物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。生活類電路設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)要求較高，解決對(duì)策是創(chuàng)設(shè)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(dǎo)學(xué)生思考并解決雙控電路的設(shè)計(jì)問題，從而順利突破教學(xué)難點(diǎn)。利用所學(xué)物理知識(shí)揭秘家庭電路的“一燈雙控”，深入思考和聯(lián)系實(shí)際后，發(fā)現(xiàn)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(gè)教學(xué)過程體現(xiàn)了“從生活中來，到生活中去”的教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的生活化，以及物理與生活的和諧統(tǒng)一。