摘 要：情境教學(xué)是具有一定情感氛圍的教學(xué)活動(dòng)。本文將抽象的電路設(shè)計(jì)教學(xué)融入到參觀博物館的場(chǎng)景中，通過(guò)任務(wù)設(shè)置及角色扮演的方式，激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)電路的內(nèi)在動(dòng)力，讓學(xué)生化身“電路設(shè)計(jì)工程師”，完成博物館的電路設(shè)計(jì)工程。在教學(xué)過(guò)程中，教師通過(guò)布置設(shè)計(jì)電路、評(píng)價(jià)電路、完善電路的一系列任務(wù)，能夠讓學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，從而有效提升他們的深度思維能力。

關(guān)鍵詞：情景教學(xué)；綜合實(shí)踐；電路設(shè)計(jì)

1 前言

蘇科版物理教材九年級(jí)上冊(cè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)教材）的第十三章“電路初探”的“綜合實(shí)踐活動(dòng)”的“設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電路”中，讓學(xué)生設(shè)計(jì)病房呼叫電路、選答器電路、樓梯燈電路、交通信號(hào)燈電路。^［1］這些實(shí)踐活動(dòng)都源于生活又相互獨(dú)立。如果教師僅讓學(xué)生按照課本流水賬似的設(shè)計(jì)一個(gè)又一個(gè)電路，教學(xué)就會(huì)缺少整體性、連貫性和情境性。筆者曾思考是否能讓學(xué)生只設(shè)計(jì)一個(gè)生活中的電路，比如電吹風(fēng)或者交通信號(hào)燈內(nèi)部的電路，并將其研究透徹。然而，實(shí)際生活中的電吹風(fēng)或交通信號(hào)燈的內(nèi)部電路涉及半導(dǎo)體芯片、數(shù)控電路等復(fù)雜知識(shí)，這對(duì)于初學(xué)電路設(shè)計(jì)的中學(xué)生而言過(guò)于困難?；谶@樣的實(shí)際情況，“電路設(shè)計(jì)”的教學(xué)情境設(shè)計(jì)面臨著挑戰(zhàn)。

“不憤不啟，不悱不發(fā)，舉一隅不以三隅反，則不復(fù)也。”孔子的這段話，在肯定啟發(fā)式教學(xué)作用的情況下，尤其強(qiáng)調(diào)了學(xué)生在接受教師啟發(fā)之前主動(dòng)進(jìn)入學(xué)習(xí)情境的重要性。營(yíng)造良好的教學(xué)情境能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，啟發(fā)學(xué)生思維，開(kāi)發(fā)學(xué)生智力，是提高中學(xué)學(xué)科教學(xué)實(shí)效的重要方法。教學(xué)情境是課堂教學(xué)的基本要素，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境是教師的一項(xiàng)常規(guī)教學(xué)工作，創(chuàng)設(shè)有價(jià)值的教學(xué)情境則是教學(xué)改革的重要追求。

在教學(xué)中，教師可以創(chuàng)設(shè)以下幾種情境。

（1）生活展現(xiàn)情境：教師把學(xué)生帶入社會(huì)生活和自然場(chǎng)景中，利用圖片和語(yǔ)言描繪情境，從而建立情境與教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)性。

（2）實(shí)物演示情境：以特定實(shí)物為中心，適當(dāng)配置必要的背景元素，并將實(shí)物及其背景相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)完整的教學(xué)整體，以此來(lái)模擬并演示特定情境。

（3）問(wèn)題情境：以特定問(wèn)題為核心，將該問(wèn)題作為學(xué)習(xí)的起點(diǎn)、方向、主線和催化劑，促使學(xué)生因問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生學(xué)習(xí)行為。

（4）背景情境：借助背景創(chuàng)設(shè)情境，將“物理學(xué)史”“中國(guó)古代生產(chǎn)勞動(dòng)文化”“歷史典故”“新聞時(shí)事”等與教學(xué)相關(guān)的內(nèi)容融入課堂，作為引人入勝的背景資料。

綜上所述，筆者以2023年淮安市“圓明園獸首展”新聞為導(dǎo)引，并以“參觀博物館”為情境線索，結(jié)合教材內(nèi)容，提出一種“電路設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)方案。

2 巧設(shè)情境——抓住熱點(diǎn)新聞

2023年9月至12月，淮安市博物館展出了圓明園獸首（見(jiàn)圖1）。此次展出弘揚(yáng)了中國(guó)的傳統(tǒng)文化，展示了中國(guó)古代精益求精的工匠精神。走進(jìn)博物館，在聲、光、電科技的輔助下，獸首及其他文物栩栩如生，讓人在聯(lián)想到還有其他獸首漂流海外的同時(shí)，心中還會(huì)涌起一股強(qiáng)烈的愛(ài)國(guó)之情。教師通過(guò)播放新聞的方式，帶領(lǐng)學(xué)生一起“走進(jìn)”博物館，讓學(xué)生身臨其境，為接下來(lái)“電路設(shè)計(jì)”的教學(xué)創(chuàng)設(shè)情境。

博物館教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)形象具體，使學(xué)生身臨其境。這樣的情境能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們化身為“工程師”與“設(shè)計(jì)師”，成為學(xué)習(xí)的主人。這樣的情境展示了學(xué)科知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用價(jià)值，幫助學(xué)生深刻理解學(xué)科知識(shí)的內(nèi)涵，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的動(dòng)力和熱情，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷，有效地實(shí)現(xiàn)了教育的育人功能。

3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)——電路設(shè)計(jì)

“電路設(shè)計(jì)”的核心環(huán)節(jié)是方案設(shè)計(jì)。在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)，按照他們自身的思維模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并引領(lǐng)他們經(jīng)歷反思、再設(shè)計(jì)的螺旋上升過(guò)程。通過(guò)這一過(guò)程，學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)自我質(zhì)疑、自我建構(gòu)和自我生長(zhǎng)。

3.1 任務(wù)一：設(shè)計(jì)博物館入口通道閘門(mén)電路

設(shè)計(jì)要求：所有游客先刷身份證（身份開(kāi)關(guān)）再進(jìn)行人臉識(shí)別（刷臉開(kāi)關(guān)），認(rèn)證成功后通道閘門(mén)才能打開(kāi)（見(jiàn)圖2）。

教師讓學(xué)生思考需要哪些器材，并讓其畫(huà)出電路。

教師利用白板投屏展示學(xué)生設(shè)計(jì)的通道閘門(mén)電路圖（見(jiàn)圖3）。

師：為什么兩個(gè)開(kāi)關(guān)是串聯(lián)的？

生：同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)開(kāi)關(guān)閉合的條件，電動(dòng)機(jī)才能工作。

師：將兩個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)可以嗎？

生：若兩個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)，刷臉或者刷身份證就能讓通道閘門(mén)打開(kāi)，不夠安全。

師：還有哪里有類(lèi)似的通道閘門(mén)？

生：高鐵站、飛機(jī)場(chǎng)等。

設(shè)計(jì)意圖：按照參觀博物館的順序，學(xué)生首先“來(lái)到”的就是通道閘門(mén)處。通道閘門(mén)需要在滿(mǎn)足刷身份證和人臉識(shí)別的雙重條件下才能打開(kāi)。在這一任務(wù)中，學(xué)生需要思考通道閘門(mén)開(kāi)關(guān)的連接方式，這一任務(wù)鍛煉了他們對(duì)串聯(lián)、并聯(lián)電路知識(shí)的應(yīng)用能力。另外，通過(guò)聯(lián)系生活實(shí)際，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何將一個(gè)問(wèn)題遷移到同一類(lèi)問(wèn)題，這一過(guò)程鍛煉了學(xué)生的知識(shí)遷移能力。

3.2 任務(wù)二：設(shè)計(jì)展廳呼叫電路

背景：擁擠的展廳可能會(huì)發(fā)生安全事故，游客可通過(guò)求助開(kāi)關(guān)向安保室尋求幫助。

設(shè)計(jì)要求1：在某一展廳按下求助開(kāi)關(guān)后，安保室燈亮鈴響。

教師展示學(xué)生設(shè)計(jì)的電路圖（見(jiàn)圖4）。

設(shè)計(jì)要求2：展廳由一個(gè)變?yōu)槎鄠€(gè)，在已有電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。

教師展示學(xué)生的作品（見(jiàn)圖5）。

學(xué)生評(píng)價(jià)1：圖5（a）的方案不知道是哪個(gè)展廳報(bào)警的。

學(xué)生評(píng)價(jià)2：圖5（b）的方案可行。但是電路中的電鈴太多，如果多展室同時(shí)報(bào)警，安保廳會(huì)很吵。

學(xué)生評(píng)價(jià)3：圖5（c）的方案雖然解決了安保室吵的問(wèn)題，但是只要電鈴損壞，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)呼叫電路癱瘓，因此電路需要經(jīng)常檢修。

綜上所述，圖5（b）及圖5（c）的方案均符合要求。如果將電路設(shè)計(jì)情境遷移到設(shè)計(jì)病房呼叫電路，床位很多的情況，圖5（c）的方案更好些。

設(shè)計(jì)意圖：為了降低設(shè)計(jì)難度，教師將博物館展廳的呼叫電路設(shè)計(jì)分層次展開(kāi)，為學(xué)生搭建思維臺(tái)階。同時(shí)，教師將展廳呼叫電路與病房呼叫電路相結(jié)合，讓學(xué)生辯證地思考圖5（b）及圖5（c）方案的優(yōu)缺點(diǎn)，避免學(xué)生陷入“唯課本論”的局限。

3.3 任務(wù)三：設(shè)計(jì)展廳的雙控吊燈電路

接下來(lái)，教師帶著學(xué)生一起“來(lái)到”寬敞的展廳，展廳中間有一盞大吊燈，展廳的前后各有一個(gè)能獨(dú)立控制燈光的開(kāi)關(guān)。

教師演示：前方開(kāi)關(guān)閉合吊燈亮起、后方開(kāi)關(guān)斷開(kāi)吊燈熄滅；后方開(kāi)關(guān)閉合吊燈亮起，前方開(kāi)關(guān)斷開(kāi)吊燈熄滅（見(jiàn)圖6）。

教師引導(dǎo)：若提供兩個(gè)開(kāi)關(guān)、一個(gè)燈泡、電源與導(dǎo)線，該如何設(shè)計(jì)電路？

教師投屏學(xué)生所繪制的電路圖（見(jiàn)圖7）。

師：將兩個(gè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)控制同一燈泡，如圖7（a）所示能實(shí)現(xiàn)要求嗎？

生：不能。當(dāng)某一開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，另一開(kāi)關(guān)無(wú)論怎么閉合，燈泡都不會(huì)工作。

師：那將兩個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)控制同一燈泡，如圖7（b）所示，能實(shí)現(xiàn)要求嗎？

生：也不能。當(dāng)某一開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，另一開(kāi)關(guān)無(wú)論閉合還是斷開(kāi)，燈泡都無(wú)法熄滅。

教師在黑板上進(jìn)行演示，將兩個(gè)鱷魚(yú)夾分別夾在同一根金屬桿的兩端，以此來(lái)模擬兩個(gè)普通開(kāi)關(guān)串聯(lián)的情形。若將一只鱷魚(yú)夾與金屬桿分開(kāi)，則電路發(fā)生斷路。接著，教師再加入一根金屬桿，使兩根金屬桿平行排布在黑板上。若兩個(gè)鱷魚(yú)夾分別夾在不同金屬桿的一端時(shí)（見(jiàn)圖8），這相當(dāng)于兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)的刀片分別連接在不同導(dǎo)線的兩端，此時(shí)電路處于斷路狀態(tài)；若兩個(gè)鱷魚(yú)夾夾在同一根金屬桿的兩端時(shí)（見(jiàn)圖9），這相當(dāng)于兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)的刀片接在相同導(dǎo)線上，此時(shí)電路處于通路狀態(tài)。

教師向每組學(xué)生分發(fā)兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，請(qǐng)學(xué)生根據(jù)黑板上的演示電路，動(dòng)手設(shè)計(jì)電路，從而實(shí)現(xiàn)燈泡的雙控效果。

設(shè)計(jì)意圖：首先，教師通過(guò)雙控?zé)艚叹叩难菔炯ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而進(jìn)一步提高學(xué)生的求知欲；然后，學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)出兩種電路，并經(jīng)過(guò)分析、質(zhì)疑、評(píng)價(jià)后，學(xué)生的思路陷入僵局；最后，教師使用兩根金屬桿平行排放搭建出兩條電流路徑，巧妙地引出單刀雙擲開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生豁然開(kāi)朗。

3.4 任務(wù)四：設(shè)計(jì)博物館展品防盜報(bào)警器電路

背景：博物館展品文物具有重要的歷史文化價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為保障其安全，需配備防盜報(bào)警裝置。

設(shè)計(jì)要求：有異常人員接近和搬動(dòng)文物時(shí)，電鈴響起。

師：報(bào)警開(kāi)關(guān)應(yīng)該在展廳、展柜、展品的哪些位置安裝？

生：在展廳進(jìn)門(mén)處、在展柜門(mén)處、在文物的底部等位置。

師：具體在什么情況下，報(bào)警開(kāi)關(guān)會(huì)被啟動(dòng)？

生：夜晚進(jìn)展廳的時(shí)候、展柜門(mén)被打開(kāi)的時(shí)候、文物脫離展臺(tái)的時(shí)候等。

教師展示學(xué)生的電路圖設(shè)計(jì)方案（見(jiàn)圖10）。

學(xué)生評(píng)價(jià)1：圖10（a）的方案在閉合開(kāi)關(guān)S2后，電鈴短路且會(huì)燒壞電源，除非加保護(hù)電阻。

學(xué)生評(píng)價(jià)2：圖10（b）的方案中，電鈴一直在工作，起不到報(bào)警作用。

學(xué)生評(píng)價(jià)3：圖10（c）的方案在閉合開(kāi)關(guān)S1后，電鈴短路。當(dāng)展柜門(mén)被打開(kāi)或者文物被搬起時(shí)，開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)，電鈴開(kāi)始工作，起到報(bào)警作用。

設(shè)計(jì)意圖：文物保護(hù)電路的設(shè)計(jì)更具開(kāi)放性，只要學(xué)生言之合理即可，能充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。教師先展示學(xué)生的設(shè)計(jì)電路圖，然后讓學(xué)生經(jīng)歷從設(shè)計(jì)到評(píng)價(jià)、從評(píng)價(jià)到改進(jìn)、從改進(jìn)到優(yōu)化的遞進(jìn)過(guò)程。這一過(guò)程有助于學(xué)生形成深度思維、提升關(guān)鍵能力、養(yǎng)成必備品格，從而全面提升科學(xué)素養(yǎng)。文物保護(hù)電路的設(shè)計(jì)可讓學(xué)生充分感受到學(xué)科知識(shí)在生活中的意義與價(jià)值。

4 動(dòng)手操作——從設(shè)計(jì)到實(shí)踐

物理學(xué)是一門(mén)需要實(shí)際操作的學(xué)科，許多物理現(xiàn)象需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。沒(méi)有經(jīng)歷體驗(yàn)過(guò)程的知識(shí)，難以轉(zhuǎn)化為個(gè)體品質(zhì)。^［2］學(xué)生通過(guò)實(shí)踐操作，能夠體驗(yàn)自身所設(shè)計(jì)電路的功能。這一過(guò)程不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，還能有效激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐成品如圖11和圖12所示。

實(shí)踐1：動(dòng)手連接雙控?zé)綦娐罚ㄒ?jiàn)圖11）。

設(shè)計(jì)意圖：“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行?！彪m然本節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)，但是實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生只有動(dòng)手連接電路，才能真正地掌握單刀雙擲開(kāi)關(guān)的使用方法。另外，教師引導(dǎo)學(xué)生將自己設(shè)計(jì)的雙控?zé)?、?bào)警器電路制作出來(lái)，可以增強(qiáng)學(xué)生的成就感。

5 歸納總結(jié)——電路設(shè)計(jì)的步驟

根據(jù)本節(jié)課的教學(xué)過(guò)程，筆者總結(jié)的電路設(shè)計(jì)步驟如下。

（1）根據(jù)需要，明確要達(dá)到的目的。

（2）分析所需電路元件。

（3）根據(jù)要求設(shè)計(jì)出合理的電路（在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，合理巧用串并聯(lián)、多功能開(kāi)關(guān)、局部短路）。

（4）檢驗(yàn)電路是否滿(mǎn)足要求。

6 拓展延伸——從物理走向生活

很多學(xué)生展開(kāi)了想象的“翅膀”，設(shè)計(jì)了文物保護(hù)電路，提出在打開(kāi)展柜門(mén)時(shí)報(bào)警、在手伸進(jìn)展柜時(shí)報(bào)警、在將展品搬離展柜時(shí)報(bào)警等多種需求，而傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)并不能滿(mǎn)足這樣的電路設(shè)計(jì)需求。學(xué)生想利用光控、聲控、壓力開(kāi)關(guān)等新型開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)更靈敏、更智能的控制效果。學(xué)生的想法非常出色，但是智能開(kāi)關(guān)的工作原理需要學(xué)生在學(xué)習(xí)完教材的第十四章“歐姆定律”后才能理解。鑒于學(xué)生的真實(shí)需求，教師可以給他們介紹一些原理較為簡(jiǎn)單的智能開(kāi)關(guān)。例如，在生活中使用非常廣泛的干簧管。

視頻介紹：干簧管（磁簧開(kāi)關(guān)）是一個(gè)通過(guò)磁場(chǎng)操作的電開(kāi)關(guān)，干簧管一般是由兩片軟磁性的金屬簧片組成，兩個(gè)簧片密封在玻璃管內(nèi)，簧片中間的間隔很小，如圖13所示。當(dāng)外部有磁場(chǎng)靠近時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化產(chǎn)生不同極性的磁場(chǎng)；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，兩個(gè)簧片就會(huì)吸合到一起，這樣開(kāi)關(guān)就導(dǎo)通了。當(dāng)外部磁場(chǎng)遠(yuǎn)離時(shí)，簧片逐漸退磁斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。因此，干簧管是一個(gè)通過(guò)磁場(chǎng)操作的開(kāi)關(guān)。

小組合作：教師向每組學(xué)生分發(fā)一個(gè)包含磁控干簧管的電路，請(qǐng)學(xué)生將蜂鳴器用銅箔膠帶接入電路，以實(shí)現(xiàn)它的報(bào)警功能。

設(shè)計(jì)意圖：在本節(jié)課的任務(wù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，報(bào)警電路的設(shè)計(jì)是學(xué)生最感興趣且對(duì)文物保護(hù)最具有價(jià)值的任務(wù)，也是最具開(kāi)放性的任務(wù)。學(xué)生在思考的過(guò)程中，可以張開(kāi)想象的“翅膀”，想象小偷作案時(shí)報(bào)警器報(bào)警的情形，從而鍛煉自身思維的廣度和深度。學(xué)生多次表示想要使用光控、聲控等開(kāi)關(guān)，說(shuō)明他們的設(shè)計(jì)思路源于課本又高于課本，更加貼近日常生活?；谶@樣的實(shí)際需求以及學(xué)生暫未學(xué)習(xí)歐姆定律的學(xué)情，教師介紹原理較為簡(jiǎn)單的智能開(kāi)關(guān)——干簧管。教師向每組學(xué)生分發(fā)干簧管實(shí)物，引導(dǎo)他們將磁體靠近或遠(yuǎn)離干簧管來(lái)實(shí)現(xiàn)其閉合、斷開(kāi)的功能，他們對(duì)此感到新奇、有趣，為今后的物理實(shí)踐學(xué)習(xí)打下興趣基礎(chǔ)。

7 結(jié)語(yǔ)

學(xué)生通過(guò)本次綜合實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)習(xí)，在思維層面鍛煉了設(shè)計(jì)電路、評(píng)價(jià)電路、優(yōu)化電路的能力，同時(shí)也在實(shí)踐操作層面提升了動(dòng)手能力和團(tuán)結(jié)合作能力。教師通過(guò)布置一系列任務(wù)，讓學(xué)生在參與中體驗(yàn)，在體驗(yàn)中感悟。此后，無(wú)論面對(duì)多么復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)問(wèn)題，學(xué)生都將有信心去解決。此外，筆者創(chuàng)設(shè)的參觀博物館情境，增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感。學(xué)生紛紛表示要更加努力學(xué)習(xí)，為增強(qiáng)祖國(guó)的綜合國(guó)力而奮斗，同時(shí)期盼漂流海外的圓明園獸首等文化瑰寶早日回歸祖國(guó)。

參考文獻(xiàn)

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