變阻器設(shè)計(jì)師創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及教學(xué)設(shè)計(jì)

《變阻器設(shè)計(jì)師》實(shí)驗(yàn)說課河北省保定市高陽縣宏潤中學(xué)史艷石一、使用教材人教版九年級物理第十六章第4節(jié)《變阻器》。二、實(shí)驗(yàn)器材演示實(shí)驗(yàn)器材：水位測試儀（一物多用）、熱成像儀、電流電壓傳感器。學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材：鎳鉻合金絲0.3mm（無絕緣漆）、鎳鉻合金絲0.5mm（絕緣漆）、puc管、砂紙、滑動變阻器、導(dǎo)電漆筆、鉛筆、A4紙、LED燈、小電動機(jī)、碳膠、燒杯、電水壺、鹽水、水等三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn) 由師本課堂改進(jìn)為生本課堂滑動變阻器是初中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的重要組成部分，它的構(gòu)造、使用方法較其他電學(xué)元件難度太大，機(jī)械的講授學(xué)生不易理解。本課采用熱成像手段，使學(xué)生直觀觀察有效電阻部分；同時帶領(lǐng)學(xué)生成為變阻器設(shè)計(jì)師，體驗(yàn)滑動變阻器制作改進(jìn)過程，達(dá)到“做中學(xué)”“樂中學(xué)”目的。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路以制作滑動變阻器為主線，經(jīng)歷“我設(shè)計(jì)→我使用→我創(chuàng)新→我應(yīng)用”幾個環(huán)節(jié)。五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)物理觀念：引導(dǎo)學(xué)生理解滑動變阻器的原理、構(gòu)造、使用方法?？茖W(xué)思維：培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑精神，能從不同角度思考問題，追求科技創(chuàng)新；培養(yǎng)學(xué)生通過科學(xué)推理，發(fā)現(xiàn)問題并提出改進(jìn)建議的能力。實(shí)驗(yàn)探究：通過對滑動變阻器制作改進(jìn)過程，培養(yǎng)學(xué)生交流反思、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案并對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋的能力；培養(yǎng)主動與他人合作的團(tuán)隊(duì)意識?？茖W(xué)的態(tài)度與責(zé)任：通過“做中學(xué)”培養(yǎng)持之以恒的探究精神和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容1.滑動變阻器構(gòu)造：體驗(yàn)設(shè)計(jì)師的對滑動變阻器制作改進(jìn)過程，理解滑動變阻器的構(gòu)造，突出重點(diǎn)。2.滑動變阻器連接：通過熱成像儀直觀演示有效電阻部分，突破難點(diǎn)。3.滑動變阻器調(diào)節(jié)電路：數(shù)字傳感器采集數(shù)據(jù)，分析電路中電流電壓的變化特點(diǎn)，拓展延伸。4.滑動變阻器創(chuàng)新改進(jìn)：液體變阻器、紙片變阻器、面團(tuán)變阻器等，從不同角度思考問題，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。5.滑動變阻器的應(yīng)用：水位測試儀、風(fēng)力測試儀、電壓力秤、油量表等滑動變阻器的應(yīng)用，體會物理服務(wù)于生活。七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程(一)情境引入請學(xué)生演示：向水位測試儀水箱中注水，同學(xué)觀察現(xiàn)象“為什么向水箱中倒水，水位計(jì)、小燈泡會有感應(yīng)？”同學(xué)們看到小燈泡亮度有明顯變化時，就很容易聯(lián)想到這個電路當(dāng)中電阻變化，從而揭示課題：變阻器。（如圖1）圖1利用自制水位測試儀引入新課意圖：通過自制教具很容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，此時，抓住學(xué)生的興趣點(diǎn)。布置了一個任務(wù)：我們來設(shè)計(jì)滑動變速器吧。順利進(jìn)入下一環(huán)節(jié)(二)探索發(fā)現(xiàn)(1)我設(shè)計(jì)學(xué)生們在任務(wù)驅(qū)動的引領(lǐng)下先選材，然后發(fā)現(xiàn)一根長長的電阻絲不方便使用，怎么辦？（纏繞在絕緣筒）纏繞后的電阻絲連接到電路當(dāng)中。又出現(xiàn)了燈泡亮度斷斷續(xù)續(xù)。怎么辦？密纏。密纏之后果然如我們所愿嗎？事實(shí)上，電阻絲已經(jīng)被短路，根本沒有變阻作用。又該如何辦？......這樣，通過問題串的形式，同學(xué)們不斷的設(shè)計(jì)改進(jìn)，再設(shè)計(jì)，再改進(jìn)。經(jīng)歷長變短、斷變續(xù)、通電與絕緣的設(shè)計(jì)改進(jìn)過程。（如圖2）圖2學(xué)生設(shè)計(jì)滑動變阻器盡可能創(chuàng)造真實(shí)的場景，給學(xué)生更多的發(fā)現(xiàn)問題并設(shè)法解決問題的機(jī)會。創(chuàng)造認(rèn)知沖突，印象會更為深刻。層層遞進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣。此時，學(xué)生對滑動變阻器的結(jié)構(gòu)了然于胸，那么這就很順利的進(jìn)入到下一個環(huán)節(jié)，滑動變速器的連接及使用。(2)我使用在上一個環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)之上，我先請學(xué)生代表以設(shè)計(jì)者的身份向大家介紹滑動變阻器的使用說明。其他同學(xué)評價補(bǔ)充后達(dá)成一致意見。教師使用涂有感溫材料的變阻器，按照同學(xué)們的說法連入電路來驗(yàn)證學(xué)生想法是否正確。同學(xué)們可以清晰直觀的同學(xué)們很直觀的感受到有效電阻是哪段。但是這種溫變材料顏色變化較慢，且受環(huán)境溫度影響。有同學(xué)提到，疫情期間醫(yī)院使用的熱成像儀，使溫度看得見，我們嘗試對原有器材進(jìn)行了改進(jìn)，利用自制的發(fā)熱導(dǎo)線連入電路，效果很好（如圖3）。至此，學(xué)生們對滑動變阻器本身的結(jié)構(gòu)以及連接方法都有了較深刻的印象。那么，趁熱打鐵，讓學(xué)生們按要求把滑動變阻器連入電路。并通過調(diào)節(jié)滑動變阻器觀察電流表的示數(shù)變化和小燈泡的亮度變化，學(xué)生再次體會成功的喜悅。圖3熱成像儀效果演示(3)我發(fā)現(xiàn)滑動變阻器對電路中的電流會產(chǎn)生影響，那對電壓是否有影響呢？這個實(shí)驗(yàn)操作步驟多，記錄數(shù)據(jù)多，學(xué)生們往往顧此失彼，為了采集到連續(xù)直觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們采用了電流電壓傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（如圖4）。分別收集了滑動變阻器兩端的電壓、定制電阻兩端的電壓和電源電壓。分析圖像可以得到，在滑動變阻器阻值變小的過程中電流變大。但是，各部分電壓變化情況不盡相同：而滑動變阻器的電壓會隨著電阻的變小而變小，定值電阻的電壓會隨著電阻的變小而變大。這到底是什么原因呢？這為下節(jié)課我們將要探究的歐姆定律事先埋下了伏筆。圖4數(shù)字傳感器收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(4)我創(chuàng)新課堂時間有限，但是同學(xué)們的探究熱情無限，所以我布置了適應(yīng)雙減的作業(yè)：嘗試設(shè)計(jì)創(chuàng)新滑動變阻器。課外延時服務(wù)活動中我們對同學(xué)們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)交流（如圖5）。經(jīng)過一段時間的師生共同準(zhǔn)備，我們在課后延時服務(wù)中進(jìn)行了變阻器創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的交流。①帶標(biāo)尺變阻器。后來我們把帶有標(biāo)尺的這種滑動變阻器真的應(yīng)用到了探究電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，減少了頻繁更換電阻帶來的麻煩，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。圖5帶標(biāo)尺變阻器②紙片變阻