趙睿

摘要：開(kāi)展“制作型”的綜合實(shí)踐活動(dòng)，在初中物理綜合實(shí)踐活動(dòng)中難度大、耗時(shí)長(zhǎng)，很多教師由于受時(shí)間、空間及活動(dòng)形式的限制，少開(kāi)甚至不開(kāi)設(shè)這類(lèi)實(shí)踐活動(dòng)，僅把物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)局限在課標(biāo)要求的幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中。學(xué)生缺少了參與實(shí)踐的過(guò)程，就無(wú)法獲得情感體驗(yàn)，也不能充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，更不能體會(huì)到初中物理的科學(xué)性、應(yīng)用性、趣味性的魅力，從而影響了物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。如何有效開(kāi)展“制作型”的綜合實(shí)踐活動(dòng)？本文記錄了制作“手動(dòng)交通信號(hào)燈模擬電路”的實(shí)踐過(guò)程，希望能為物理學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)開(kāi)展起到借鑒的作用。

關(guān)鍵詞：物理綜合實(shí)踐活動(dòng);電路設(shè)計(jì);交通信號(hào)燈模擬電路

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1992-7711（2020）24-089

一、活動(dòng)的背景及主題的確定

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通日益發(fā)達(dá)，交通的發(fā)達(dá)，標(biāo)志著城市的發(fā)達(dá)，相對(duì)交通的管理則顯得越來(lái)越重要。交通燈是城市交通中的重要指揮系統(tǒng)，它與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)。為了更清楚地了解交通燈是如何指揮車(chē)輛有序通過(guò)十字路口，我們?cè)O(shè)計(jì)了“制作手動(dòng)交通信號(hào)燈模擬電路”的實(shí)踐活動(dòng)方案。

二、活動(dòng)目標(biāo)

1.通過(guò)發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單電路在生活中的實(shí)際運(yùn)用，經(jīng)歷“從生活到物理”的認(rèn)知過(guò)程。

2.會(huì)根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，分析簡(jiǎn)單電路的結(jié)構(gòu)。

3.通過(guò)簡(jiǎn)單電路模型的設(shè)計(jì)、制作，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，同時(shí)體驗(yàn)創(chuàng)造和成功的快樂(lè)。

4.通過(guò)交流和展示，提高語(yǔ)言表達(dá)和自我評(píng)價(jià)及相互評(píng)價(jià)的能力。

三、活動(dòng)實(shí)施過(guò)程

通常一個(gè)綜合實(shí)踐活動(dòng)大致可以分為活動(dòng)動(dòng)員和準(zhǔn)備、活動(dòng)實(shí)施、活動(dòng)小結(jié)與評(píng)價(jià)三個(gè)階段。

1.活動(dòng)動(dòng)員和準(zhǔn)備

為了使學(xué)生積極參與到該項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)中，必須先要進(jìn)行課堂動(dòng)員，要讓學(xué)生感受到我們掌握的知識(shí)能解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，生活中需要各種各樣功能的電路，我們要根據(jù)電路的功能來(lái)設(shè)計(jì)出符合要求的電路，讓學(xué)生了解設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電路的方法。

（1）展示相關(guān)情景：十字路口，車(chē)輛川流不息，這些車(chē)輛是怎樣有序通行的呢？

（2）分小組討論：十字路口的交通指示燈共有幾盞？電路有幾種狀態(tài)？每種狀態(tài)下哪些指示燈發(fā)光，哪些指示燈不發(fā)光？

（3）設(shè)計(jì)電路圖：電路共有三種狀態(tài)：一種是東西方向行駛的車(chē)通行、南北方向行駛的車(chē)禁行，在這種狀態(tài)下東西方向的指示燈綠燈亮、南北方向的指示燈紅燈亮;另一種是南北方向行駛的車(chē)通行、東西方向行駛的車(chē)禁行，此時(shí)南北方向的指示燈綠燈亮、東西方向的指示燈紅燈亮;第三種是上面兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，此時(shí)東西南北四個(gè)方向的指示燈黃燈亮，其余指示燈不亮（這個(gè)模擬電路將問(wèn)題簡(jiǎn)化，認(rèn)為四個(gè)方向的黃燈同時(shí)亮）。學(xué)生根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)出如下圖-1的電路，我們也可以使用單刀三擲開(kāi)關(guān)（如圖-2），使電路的操作更簡(jiǎn)單方便。

上面的電路同學(xué)們?nèi)菀自O(shè)計(jì)出來(lái)，但若要把燈泡放在各自的方位上（如圖-3）來(lái)連接電路，無(wú)形中就增大了難度，如何突破這一難點(diǎn)呢？教師可以引導(dǎo)學(xué)生會(huì)看圖-4，認(rèn)清該圖可幫助學(xué)生在焊接電路時(shí)理清思路。

2.活動(dòng)實(shí)施

①器材準(zhǔn)備

如圖-5所示，1毫米厚PCB 雙面線路板一個(gè)、12個(gè)LED 燈（4紅、4綠、4黃）、一個(gè)限流電阻、開(kāi)關(guān)3個(gè)、兩節(jié)5號(hào)電池、電烙鐵一個(gè)。

②元件擺放

將12個(gè)LED發(fā)光二極管和限流電阻在線路板上進(jìn)行插件（如圖-6），為焊接電路做準(zhǔn)備。需要注意的是，LED發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?，在接入電路時(shí)電流要從長(zhǎng)腳進(jìn)、短腳出。為了使發(fā)光二極管能正常工作，需要使用限流電阻。我們所選取的發(fā)光二極管顏色不同電壓也不同，約為2V左右，工作電流在2～20mA，由此可計(jì)算出限流電阻的最小阻值為R=U/I=（3V-2V）/20× 10-3A=50Ω。綜合考慮電路的安全性及發(fā)光二極管的亮度問(wèn)題，限流電阻可選100Ω左右。

③焊接電路

焊接電路時(shí)可以按照?qǐng)D-4的電路先完成三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)的連接，調(diào)試成功后再進(jìn)行后面的焊接。初次焊接常會(huì)遇到下面的問(wèn)題，需要引起同學(xué)們的重視。

“搭錫”——短路。在電路元件的焊接中，有種錯(cuò)誤叫做“搭錫”，就是焊接時(shí)焊錫誤將元件的兩個(gè)引腳直接搭牢，這樣電流就不會(huì)從元件中流過(guò)，元件被短接，相當(dāng)于元件“短路”。

“虛焊”——斷路。在焊接時(shí)，由于各種原因，造成元件引腳和線路板接點(diǎn)間看似已經(jīng)焊接連通了，但實(shí)際卻沒(méi)有真正連接上，這種故障叫做“虛焊”。虛焊時(shí)，電路會(huì)出現(xiàn)斷路或間歇性斷路，元件不能正常工作。造成虛焊的主要原因，一方面是元件的引腳“不吃錫”，這是由于元件引腳表面有污漬而造成的，另一方面是電烙鐵的溫度不夠高，焊錫未熔化，導(dǎo)致虛假焊接。

本制作中還需注意：LED焊接時(shí)間不允許過(guò)長(zhǎng)，一般每個(gè)焊點(diǎn)不超過(guò)3秒鐘，否則容易損壞發(fā)光二極管。

④教師小結(jié)，提出如下的設(shè)計(jì)思路：

模擬仿真這一步需要同學(xué)們課后動(dòng)手完成，給學(xué)生留充足的時(shí)間分小組進(jìn)行制作。

3.活動(dòng)小結(jié)與評(píng)價(jià)

一個(gè)月后，在課堂上進(jìn)行展示和匯報(bào)。下圖是學(xué)生的一些作品

學(xué)生以小組為單位，匯報(bào)總結(jié)在實(shí)踐活動(dòng)中遇到的困難和解決辦法，采取自我評(píng)價(jià)、各組之間相互評(píng)價(jià)的形式，討論本組作品的優(yōu)點(diǎn)和不足。展示過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)，同學(xué)們用了各種不同的開(kāi)關(guān)，有的用按鈕開(kāi)關(guān)，有的用撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，還有的把家里壞了的復(fù)讀機(jī)的開(kāi)關(guān)拆下來(lái)用;還有同學(xué)提出：設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單交通燈電路不能滿(mǎn)足使用需求，性能上有不足之處，如實(shí)際的交通燈，紅燈變綠燈時(shí)，黃燈是不亮的;主干道通行時(shí)間長(zhǎng)且燈狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是自動(dòng)的，不需要手動(dòng);沒(méi)有語(yǔ)音提示不利于盲人過(guò)馬路;沒(méi)有倒計(jì)時(shí)功能等。的確，要實(shí)現(xiàn)上面的全部功能，還要了解更多的知識(shí)。討論中，學(xué)生體會(huì)到要把原理轉(zhuǎn)換成技術(shù)，還有更長(zhǎng)的路要走。本次活動(dòng)，學(xué)生既學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)電路又學(xué)會(huì)了焊接電路，還增進(jìn)了對(duì)交通行業(yè)的了解，提升了學(xué)習(xí)物理的興趣，當(dāng)成果出現(xiàn)時(shí)，還能看到學(xué)生發(fā)自?xún)?nèi)心的成功喜悅。

四、活動(dòng)反思

初中物理綜合實(shí)踐活動(dòng)的核心是學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)、社會(huì)實(shí)踐以及社會(huì)需要，通過(guò)活動(dòng)能有效培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、解決問(wèn)題的能力和探究精神。本次活動(dòng)是“制作型”的綜合實(shí)踐活動(dòng)，在開(kāi)展此類(lèi)活動(dòng)時(shí)，首先要從需要出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的興趣，在實(shí)踐過(guò)程中要重視學(xué)生的“困難”和“發(fā)現(xiàn)”，適時(shí)為學(xué)生活動(dòng)指明方向。在活動(dòng)小結(jié)與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中，開(kāi)放的過(guò)程能夠更加有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。本次活動(dòng)中學(xué)生設(shè)計(jì)出來(lái)的方案和理想的主案仍有差距，學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)和能力也是有限的，延時(shí)開(kāi)關(guān)、數(shù)字電路、自動(dòng)控制等學(xué)生并沒(méi)有接觸過(guò)，對(duì)此有興趣的小組，可以在課后進(jìn)一步去學(xué)習(xí)、探索、研究。在這里播下種子，在學(xué)生心里生根發(fā)芽，讓我們靜待花開(kāi)……

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳昇.在物理課程中設(shè)置“綜合實(shí)踐活動(dòng)”的意義和教學(xué)建議——以“蘇科版”物理教材中的綜合實(shí)踐活動(dòng)為例[J].物理之友，2015（1）.

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[3]丁云峰.基于初中物理學(xué)科素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“時(shí)間的測(cè)量及應(yīng)用”為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020（2）.

【本文系2019年陜西省中小學(xué)教學(xué)能手專(zhuān)項(xiàng)研究課題《有效利用綜合實(shí)踐活動(dòng)拓展初中物理實(shí)驗(yàn)》研究成果，課題編號(hào) GZZ1819158.】

（作者單位：西安市第一中學(xué)，陜西 西安 710082）