初中物理综合实践活动实践案例

赵睿

摘要：开展“制作型”的综合实践活动，在初中物理综合实践活动中难度大、耗时长，很多教师由于受时间、空间及活动形式的限制，少开甚至不开设这类实践活动，仅把物理实验教学局限在课标要求的几个经典实验中。学生缺少了参与实践的过程，就无法获得情感体验，也不能充分发挥实验教学的优势，更不能体会到初中物理的科学性、应用性、趣味性的魅力，从而影响了物理学科核心素养的形成。如何有效开展“制作型”的综合实践活动？本文记录了制作“手动交通信号灯模拟电路”的实践过程，希望能为物理学科综合实践活动开展起到借鉴的作用。

关键词：物理综合实践活动;电路设计;交通信号灯模拟电路

中图分类号：G633.7  文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）24-089

一、活动的背景及主题的确定

随着社会经济的快速发展，交通日益发达，交通的发达，标志着城市的发达，相对交通的管理则显得越来越重要。交通灯是城市交通中的重要指挥系统，它与人们日常生活密切相关。为了更清楚地了解交通灯是如何指挥车辆有序通过十字路口，我们设计了“制作手动交通信号灯模拟电路”的实践活动方案。

二、活动目标

1.通过发现简单电路在生活中的实际运用，经历“从生活到物理”的认知过程。

2.会根据串、并联电路的特点，分析简单电路的结构。

3.通过简单电路模型的设计、制作，培养学生动手能力和创新精神，增强学生的社会责任感，同时体验创造和成功的快乐。

4.通过交流和展示，提高语言表达和自我评价及相互评价的能力。

三、活动实施过程

通常一个综合实践活动大致可以分为活动动员和准备、活动实施、活动小结与评价三个阶段。

1.活动动员和准备

为了使学生积极参与到该项实践活动中，必须先要进行课堂动员，要让学生感受到我们掌握的知识能解决生活中的实际问题，生活中需要各种各样功能的电路，我们要根据电路的功能来设计出符合要求的电路，让学生了解设计简单电路的方法。

（1）展示相关情景：十字路口，车辆川流不息，这些车辆是怎样有序通行的呢？

（2）分小组讨论：十字路口的交通指示灯共有几盏？电路有几种状态？每种状态下哪些指示灯发光，哪些指示灯不发光？

（3）设计电路图：电路共有三种状态：一种是东西方向行驶的车通行、南北方向行驶的车禁行，在这种状态下东西方向的指示灯绿灯亮、南北方向的指示灯红灯亮;另一种是南北方向行驶的车通行、东西方向行驶的车禁行，此时南北方向的指示灯绿灯亮、东西方向的指示灯红灯亮;第三种是上面两种状态的转换，此时东西南北四个方向的指示灯黄灯亮，其余指示灯不亮（这个模拟电路将问题简化，认为四个方向的黄灯同时亮）。学生根据串、并联电路的特点，可设计出如下图-1的电路，我们也可以使用单刀三掷开关（如图-2），使电路的操作更简单方便。

上面的电路同学们容易设计出来，但若要把灯泡放在各自的方位上（如图-3）来连接电路，无形中就增大了难度，如何突破这一难点呢？教师可以引导学生会看图-4，认清该图可帮助学生在焊接电路时理清思路。

2.活动实施

①器材准备

如图-5所示，1毫米厚PCB 双面线路板一个、12个LED 灯（4红、4绿、4黄）、一个限流电阻、开关3个、两节5号电池、电烙铁一个。

②元件摆放

将12个LED发光二极管和限流电阻在线路板上进行插件（如图-6），为焊接电路做准备。需要注意的是，LED发光二极管具有单向导电性，在接入电路时电流要从长脚进、短脚出。为了使发光二极管能正常工作，需要使用限流电阻。我们所选取的发光二极管颜色不同电压也不同，约为2V左右，工作电流在2～20mA，由此可计算出限流电阻的最小阻值为R=U/I=（3V-2V）/20× 10-3A=50Ω。综合考虑电路的安全性及发光二极管的亮度问题，限流电阻可选100Ω左右。

③焊接电路

焊接电路时可以按照图-4的电路先完成三种状态中的一种状态的连接，调试成功后再进行后面的焊接。初次焊接常会遇到下面的问题，需要引起同学们的重视。

“搭锡”——短路。在电路元件的焊接中，有种错误叫做“搭锡”，就是焊接时焊锡误将元件的两个引脚直接搭牢，这样电流就不会从元件中流过，元件被短接，相当于元件“短路”。

“虚焊”——断路。在焊接时，由于各种原因，造成元件引脚和线路板接点间看似已经焊接连通了，但实际却没有真正连接上，这种故障叫做“虚焊”。虚焊时，电路会出现断路或间歇性断路，元件不能正常工作。造成虚焊的主要原因，一方面是元件的引脚“不吃锡”，这是由于元件引脚表面有污渍而造成的，另一方面是电烙铁的温度不够高，焊锡未熔化，导致虚假焊接。

本制作中还需注意：LED焊接时间不允许过长，一般每个焊点不超过3秒钟，否则容易损坏发光二极管。

④教师小结，提出如下的设计思路：

模拟仿真这一步需要同学们课后动手完成，给学生留充足的时间分小组进行制作。

3.活动小结与评价

一个月后，在课堂上进行展示和汇报。下图是学生的一些作品

学生以小组为单位，汇报总结在实践活动中遇到的困难和解决办法，采取自我评价、各组之间相互评价的形式，讨论本组作品的优点和不足。展示过程中，可以发现，同学们用了各种不同的开关，有的用按钮开关，有的用拨动开关，还有的把家里坏了的复读机的开关拆下来用;还有同学提出：设计的简单交通灯电路不能满足使用需求，性能上有不足之处，如实际的交通灯，红灯变绿灯时，黄灯是不亮的;主干道通行时间长且灯状态的转换是自动的，不需要手动;没有语音提示不利于盲人过马路;没有倒计时功能等。的确，要实现上面的全部功能，還要了解更多的知识。讨论中，学生体会到要把原理转换成技术，还有更长的路要走。本次活动，学生既学会了设计电路又学会了焊接电路，还增进了对交通行业的了解，提升了学习物理的兴趣，当成果出现时，还能看到学生发自内心的成功喜悦。

四、活动反思

初中物理综合实践活动的核心是学生的经验、社会实践以及社会需要，通过活动能有效培养学生的动手实验能力、解决问题的能力和探究精神。本次活动是“制作型”的综合实践活动，在开展此类活动时，首先要从需要出发，激发学生的兴趣，在实践过程中要重视学生的“困难”和“发现”，适时为学生活动指明方向。在活动小结与评价环节中，开放的过程能够更加有效地培养学生的创新意识。本次活动中学生设计出来的方案和理想的主案仍有差距，学生现有的知识和能力也是有限的，延时开关、数字电路、自动控制等学生并没有接触过，对此有兴趣的小组，可以在课后进一步去学习、探索、研究。在这里播下种子，在学生心里生根发芽，让我们静待花开……

参考文献：

[1]刘炳昇.在物理课程中设置“综合实践活动”的意义和教学建议——以“苏科版”物理教材中的综合实践活动为例[J].物理之友，2015（1）.

[2]王亚娟.利用综合实践活动拓展初中物理实验教学[J].课程教学研究期刊，2014（6）.

[3]丁云峰.基于初中物理学科素养的教学设计——以“时间的测量及应用”为例[J].中学物理教学参考，2020（2）.

【本文系2019年陕西省中小学教学能手专项研究课题《有效利用综合实践活动拓展初中物理实验》研究成果，课题编号 GZZ1819158.】

（作者单位：西安市第一中学，陕西 西安 710082）