开发 STEAM 活动项目进行深度复习 ——自动 型路灯的探究与制作

开发 STEAM 活动项目进行深度复习 ——自动 型路灯的探究与制作

翁金武

浙江省温州市 瓯海区仙岩第二中学

一、教学分析

在浙教版《科学》八年级电学内容的学习中，学生已经学习了电流、电压、电阻及欧姆定律知识，能对简单的电路进行初步分析；也学习了“电磁继电器”的应用。“电磁继电器”的电路包含控制电路和工作电路两部分，要理解它的工作原理，需要分析电路的动态变化过程，学生学习有一定的难度。教材中安排了多个活动，如“水位自动报警器”、“温度自动报警电路”的电路设计等，通过这些活动，旨在让学生了解“电磁继电器”在实际生活、生产中的控制原理及应用价值。近几年，也经常有以“汽车转向指示灯电路模型”、“防盗报警装置模型”、“草坪自动注水喷淋系统”等实际应用电路模型为题材，命制与“电磁继电器”应用相关的电路分析试题，主要考查学生对电路动态分析能力。

在通常教学中，学生对电路分析更多的是针对电路图“纸上谈兵”，一旦面对实物电路，学生感觉一片混沌，无从下手。但是，学生要面对的实际生活，绝不会仅是电路图。因此，科学教学应该创造机会，让学生能面对真实情境，解决真实问题，进行真实的学习。

本节课的教学，以“自动控制型路灯”的设计与制作为素材，将STEAM理念融入科学课堂教学，在动手、动脑过程中，促进学生对科学概念、科学原理的理解，加强对知识应用的体验与感悟，激发学习兴趣，活跃学生思维，培养学生合作意识和创新实践能力。

二、学习目标及重难点

基于 STEAM 的学习目标分解

重点与难点

重点：掌握简单电路分析，掌握欧姆定律的应用，理解简单的电磁控制电路的控制原理。

难点：连接实物电路并解决实际问题；学会用流程图方式将分析过程进行科学、逻辑的表达。

三、设计思路：

四、教学过程

（一）创设教学情境

教学情境：连接路灯模型让小灯泡发光，并画出其电路图。（如图1）。

教师提问：生活中的路灯都会自动在晚上点亮白天熄灭，我们的路灯也要具备这样的功能，你们认为可以如何改进电路，并说说改进后的电路的工作原理？

（设计意图：生活中的路灯能根据光线的亮度进行自动控制是学生熟悉的情境，可以激发学生的探究欲望，有利用了知识的学习和理解，同时也让学生体会到所学知识应用生活中的价值）

（二）回忆已学知识、设计创新方案

任务一：设计并画出电路图，使路灯模型能自动在晚上点亮、白天熄灭，并说一说其工作原理(可用流程图方式表达）。

展示学生设计的电路图（学生设计可能如图2、4、5），学生在表达过程中，可用文字表达，教师用流程图帮助他整理逻辑过程，特别注意选择的光敏电阻的阻值如图3中的A型还是B型。

（设计意图：流程图法符合直观教学法的原则，能直观地显示出解题思路，学生通过视脑联系把抽象的分析思路直观化）

图4

2.评价：各种方案中设计的电路有什么优点与缺点？

3.演示：用万用表测量随光照强度变化时光敏电阻的变化 。该光敏电阻A型还是B型？

讨论：我们应该选择图4、图5中的哪个方案，说一说理由？

利用光控模块,动手制作作品

任务二：利用提供的元器件：电源2个、光控开光1个（如图6，其中光敏电阻为A型，电阻随光照强度增大而减小）、导线若干，对路灯模型进行改造，实现自动晚上点亮、白天熄灭。

观察光控开关实物，寻找图6和图7中的5个端口的对应关系，并在任务单上连接好电路图（如图8）。

2.小组合作连接实物电路，并向其他小组展示你的成果。

（设计意图：通过“动手+动脑”的活动，学生加强对电磁继电器工作原理的理解，加强动手连接电路的能力。学生使用的电磁继电器不再是一个模型，而是一个实实在在的光控集成电路，体会到工程、技术在生活中的应用，拓宽了视野，提升了创新意识。）

（四）改进作品

任务三：某一路灯傍晚5点钟点亮，为了节约电能，请你改进控制电路，使路灯在傍晚6点钟光线较暗时才点亮，并简述其工作原理。

师提示：原来衔铁5点吸下，改进后6点吸下，那就是说6点的电流与改进前5点的电流相等，也就是控制电路中的吸合电流不变。

学生在任务一的流程图基础上进行修改，表达出思维过程。

（设计意图：再次用流程图法表达出解题思路，应用流程图的能力不是一蹴而就，需要不断练习才能达到熟练应用）

板书设计

课堂实录片段

……

任务一：设计并画出电路图，使路灯模型能自动在晚上点亮、白天熄灭。(可用流程图方式表达）

学生1：设计的电路图图如图2(这也大部分学生所设计的)，工作原理流程如图9：

学生评价：设计图中的电路有什么优点与缺点？

评价1：优点是可以根据光照强度改变小灯泡的亮度。

追问：设计要求光敏电阻的特点是如图3中的A型还B型？

学生1：B型

评价2：缺点是光敏电阻阻值增大，灯光变暗时，电路还是有电流，电路不节能，生活中路灯数量很多，能源浪费很大。

……

学生2：设计的电路图图如图4，工作原理流程如图10：（在图9的基础上修改）

学生3：设计的电路图图如图5，工作原理流程如图11：（在图10的基础上修改）

演示：用万用表测量随光照强度变化时光敏电阻的变化 。该光敏电阻A型还是B型？

讨论：我们应该选择图4、图5中的哪个方案，说一说理由？

学生：应该选择图5方案，分析流程图二与流程图三，可以知道图4中的光敏电阻的阻值随光照变暗而减小，是属于B型，图5中的光敏电阻的阻值随光照变暗而增大，是属于A型的。

……

任务二：利用提供的元器件：电源2个、光控开光1个（如图4，其中光敏电阻为A型，电阻随光照强度增大而减小）、导线若干，对路灯模型进行改造，实现自动晚上点亮、白天熄灭。

……

2.观察光控开关实物，寻找图6和图7中的5个端口的对应关系，并在任务单上连接好电路图（如图8）。

教 师巡视，对连接困难的学生加以指导，选择有连接错误的同学进行展示，让其他学生进行评价。

图13

图12

学生1:图12中的工作电路，处于开路，衔铁无论向上还向下闭合，灯都不会亮。

学生2：图13中，当光照强度增大时，控制电路中电流增大，电磁铁磁性增大，衔铁被吸下，灯会亮起，与设计要求不符合，正确连接方法如图14。

图14

……

任务三：某一路灯傍晚5点钟点亮，为了节约电能，请你改进控制电路，使路灯在傍晚6点钟光线较暗时才点亮，并简述其工作原理。

小组讨论，如学生有困难，教师适当时进行点拔：

提问1：如果不更换电磁继电器，衔铁吸下或向上时所需的动力F1的大小是否改变？

学生1：F1不变。

追问1：此时经过电磁铁线圈的电流是否改变？

学生2：电流I不变。

追问2：在光照变得更暗时，光敏电阻阻值变大，如何才能保持电流不变？

学生3：总电阻不变时，增大电源1的电压。

学生4：电源1的电压不变时，可以减小总电阻。

追问3：减小总电阻，具体如何操作？

学生5：更换成在相同光照下，阻值小一些的光敏电阻。

学生6：最好同时再串联一个变阻器，这样就可以根据需要来调整总电阻的大小了。

思维过程可在图11（流程图三）上进行分析、修改，如图15：

图15

提问2：如果不改变控制电路，根据杠杆平衡条件对电磁继电器部分进行改造？

学生1：因为I变小，F1变小，根据F1*L1=F2*L2,增大L2，也就是增大电磁铁与支点的距离。

学生2：可以增大F1，增加电磁铁线圈的匝数。

学生3：可以减小F2。

学生4：可以减小L2.

思维过程可在图11（流程图三）上进行分析、修改，如图16：

图16

……

15