创新实验设计提高课堂效率

朱新荣

家庭电路与安全用电，这一节课的知识点多而杂，缺乏明晰的逻辑联系，如果不能抓住一条清晰的主线，那么整个课堂就会给学生一个凌乱的感觉，影响学习效果；此外，本节课涉及的电压为220 V，对实验教学构成安全隐患.如何设计既形象而又安全清晰的实验成为许多教师研究的课题.据此，笔者以用电安全为主线，创新实验设计，很好地解决了这个问题.

1创设生活情境，唤醒安全用电意识

本节内容针对家庭电路，虽说紧贴学生的生活，但是，很多学生只具有用电器使用的经验，缺乏正确的用电体验.在这种情况下，直接讲授安全用电，必然会降低学生的兴趣点，也无法触动学生.因此，笔者和同事一起拍摄了一段在家庭生活中用电场景的视频，从进家门开始，依次有：洗手——湿手插电饭锅插头——使用冰箱；插入两线插头——电烤箱；电线破皮——拖线板插入过多用电器，进而断电——更换熔丝——硬拽插头线——使用接触不好的导线——湿布擦台灯，断电——把铜丝接入熔断器中——浴室用电吹风.作为课堂的引入环节，请学生观看视频，同时开展小组合作，交流自己对于视频主人公用电行为的看法.学生的兴趣立即被调动起来，迅速地发现主人公错误的用电行为，并且意识到，错误的行为会导致严重的后果，诸如触电和火灾等.随即，笔者启发学生：为什么会发生这些事故？如何避免发生这样的事故？从而引入课题.

2模拟人体触电，规范安全用电行为

观察和思考是学习物理的两种重要方法.通过观察物理现象，形成表象，经过思维加工，形成概念，进而发现规律.然而，在物理教学中，有些现象是无法直接给学生展示，必需借助于模拟或者思维想象.对于初中生而言，他们抽象思维能力较差，如果不经过现象呈现，就不易形成表象，更不用说进行思维加工了.于是，笔者采取了模拟触电现象的方法，既能保证安全又能形象地揭示常见触电现象的根源.

首先，从判断进户线是否有电入手，请学生思考是用手触碰还是借助工具？学生自然想到了测电笔.而后，让学生自学测电笔的使用方法，为了安全起见，教师与学生合作共同使用.不难发现，能使测电笔发光的为火线，不能发光的即为零线.但是学生心中产生了疑问：为什么使用测电笔时接触了笔尾金属，教师却没有触电？引导学生拆解测电笔，发现测电笔装有一个高电阻，导致电流很小，而没有导致触电.相反，如果电流大到一定程度就会触电.在不经意中，学生学会了如何安全地使用测电笔，发现了触电的原因.教师顺势启发：如果没有这个高电阻接入电路，结果会怎样？

如图1、图2所示，教师向学生展示一个假人（预先在假人身上装有LED电路，一条路从左手到右手，另一条路从右手到双脚），从12 V开关电源引出两根导线，模拟火线和零线，同时，在地上放置一个连接到负极的铝箔板，代表大地.假人站在地面上，在不经过高电阻的情况下，一只手接触火线，此时假人身上的LED灯条发光.明亮的灯光，学生立即认识到会触电，如果在220 V的电压下，后果很严重.然后，请学生猜想接触其它导线是否会触电.学生的参与热情立即被调动起来，迫切想知道：自己的猜想是否正确？怎样的触线行为会触电？然后分别演示：把假人的一只手接触火线，另一只手接触零线；只用右手接触火线；只接触零线；站在地上接触零线.可以发现，当同时接触火线和零线或者同时接触火线和大地时，假人身体上的LED发光，有一定强度的电流流过，会发生触电事故.而直接接火线或者只接触零线或者同时接触火线和地线，假人身上的LED没有发光，学生也理解了零线与大地之间的电压为零的原因.学生在醒目的现象中，深切地理解了家庭电路触电的根源在于有较强的电流通过人体，两种触电方式的共同点是接触了火线，并且知道在生活中，要避免接触火线.

3充分预设，抓住生成，形成安全用电准则

在家庭电路组成的教学中，通常采用讲授式教学，即告知学生家庭电路的组成，然后阐述这些设备的作用.而在设备火灾的根源的教学中，更多地采用了验证性的教学.这种教学过程让学生感到平淡无趣，学生也不会体会到发现知识的乐趣.笔者制作了几块电路板，每块电路板都有所差异，有的放置了一个开关和一个螺口灯座；有的板为两线插座；有的板为三线插座.粗看电路板平淡无奇，器材也较为常见，但是，细看就可以发现，同样的电路元件，有些放置的顺序却不一样，有些只有两根线，有些火线上多接了一条铝箔纸，有些连接线较细，接触不是很好.在充分预设之后，向学生提供了用来模拟火线和零线的12 V直流电源，消除学生在连接电路过程中的安全隐患.

关于灯泡和开关的连接，学生由于缺乏安全意识，认为只要连接完整，灯泡发光就行.如图3、图4所示，是学生连接的电路.闭合开关，灯泡都能正常发光.启发思考：哪种连接方式更安全？断开开关，更换灯泡时会不会触电？你能用测电笔判断吗？学生检测的结果现象如图3所示，测定笔发光了.尽管断开了开关，但是灯泡依然与火线相通.此时，学生很容易认识到，如果站在地面上的人接触灯泡螺旋就会导致触电.由此说明，连接电路的规范非常重要，按照规范操作，就可以避免安全事故的发生.进而形成用电规范：控制灯泡的开关一定要与火线相连.在这样的设计中，学生亲自操作，在操作中发现问题，在探索中解决问题，在交流中获取知识.

在连接电路过程中，一个小组出现了一个令学生感到意外的现象.闭合开关，电路中的铝箔起火，如图5所示.学生显得惊慌失措.然而，直面错误行为导致的后果，学生接受了震撼的教育，对安全用电有了深刻的认识.学生心中充满着好奇：发生什么事？经过观察发现，火线和零线之间没有经过用电器，直接用一根导线连接在一起，发生短路.教师启发思考：短路为什么引起火灾？怎么才能避免火灾的发生？学生进行小组交流，思考，不难发现：短路导致电流过大，根据焦耳定律，在电阻和时间一定时，电流过大，产生热量过多，引起火灾.那么，如何避免火灾的发生？能否在电流过大时切断电路？学生自然想到了熔断器.为什么熔丝能够保护电路？笔者用打火机给一个铜丝和熔丝加热，熔丝很快断了，而铜丝却完好无损，由此可以说明熔丝的熔点低.把熔丝接入电路，再次闭合开关，熔丝立即断了，但是铝箔却没有着火，很好地保护了电路.由此，安全用电准则就是：家庭电路中，严禁短路.

另一个小组实验时，随着逐渐增加灯泡（规格12 V 40 W）的个数，铝箔又起火了，如图6所示.有了前面的经验，此时学生没有过多的紧张，只是疑惑：灯泡个数增多为什么也会起火？经过小组交流发现：并联的用电器过多，总功率过大，在干路中，电流较大，根据焦耳定律可知，产生热量过多，引燃铝箔.解决问题的办法：重新接入保险丝，接通电路，保险丝立即熔断，切断了电路.安全准则：严禁过载.

有的同学，连接好电路，在通电一段时间之后，教师用一根火柴接触导线接头处，“刺啦”一声火柴被点燃（如图7所示）.问题：火柴起火的原因是什么？接头太热了.追问：为什么接头会过热？导线为什么不热？教师展示细铜丝的接头处，接触不良，此处的电阻较大.根据焦耳定律，在电流和时间一定的情况下，导体的电阻越大产生的热量越多.被引燃的火柴和明亮的火焰，就像一盏明灯照亮学生思维的天空，驱散了学生关于接触不良引发火灾的阴霾.

最后，用测电笔接触没有接地的电水壶金属外壳，测电笔发光了.有了前面学习的基础，学生很快知道，这样会导致触电，所以，用电器的金属外壳一定要接地（图8）.在认识了家庭电路的元件使用方法和安全问题之后，再来认识家庭的电路的组成（图9），并重新审视视频主人公的用电行为，呼应开头，相信学生对安全用电一定有了更深刻的理解.

不遵守安全用电规则，会导致严重后果.如果这个认识只是停留在说教层面，学生的认识就不会深刻，也不会从物理的层面进行思考，更谈不上把物理规律运用到生活中去.通过充分预设，让学生见识到短路和过载引起的严重后果——火灾，更能体验到用已有知识来学习新知的快乐.学生在家庭中的用电行为将会更加理性，更加安全.

总之，通过创新实验设计，本节课取得了良好的教学效果，达到了教学目的.在实验过程中，把预设和生成相结合，激发了学生的学习兴趣，丰富了感官认识，提高了安全用电意识.在平时的教学中，教师要不断地创新实验设计，从不可视向可视化转变，从抽象向形象转变，从复杂化向简单化转变，由浅入深，由易到难，循序渐进，那么物理实验教学就一定能更上一层楼.