變阻器設計師創(chuàng)新實驗及教學設計

《變阻器設計師》實驗說課河北省保定市高陽縣宏潤中學史艷石一、使用教材人教版九年級物理第十六章第4節(jié)《變阻器》。二、實驗器材演示實驗器材：水位測試儀（一物多用）、熱成像儀、電流電壓傳感器。學生實驗器材：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、導電漆筆、鉛筆、A4紙、LED燈、小電動機、碳膠、燒杯、電水壺、鹽水、水等三、實驗創(chuàng)新要點 由師本課堂改進為生本課堂滑動變阻器是初中物理電學實驗器材的重要組成部分，它的構造、使用方法較其他電學元件難度太大，機械的講授學生不易理解。本課采用熱成像手段，使學生直觀觀察有效電阻部分；同時帶領學生成為變阻器設計師，體驗滑動變阻器制作改進過程，達到“做中學”“樂中學”目的。四、實驗設計思路以制作滑動變阻器為主線，經(jīng)歷“我設計→我使用→我創(chuàng)新→我應用”幾個環(huán)節(jié)。五、實驗教學目標物理觀念：引導學生理解滑動變阻器的原理、構造、使用方法。科學思維：培養(yǎng)學生質疑精神，能從不同角度思考問題，追求科技創(chuàng)新；培養(yǎng)學生通過科學推理，發(fā)現(xiàn)問題并提出改進建議的能力。實驗探究：通過對滑動變阻器制作改進過程，培養(yǎng)學生交流反思、優(yōu)化實驗方案并對實驗現(xiàn)象進行解釋的能力；培養(yǎng)主動與他人合作的團隊意識?？茖W的態(tài)度與責任：通過“做中學”培養(yǎng)持之以恒的探究精神和嚴謹認真的科學態(tài)度。六、實驗教學內(nèi)容1.滑動變阻器構造：體驗設計師的對滑動變阻器制作改進過程，理解滑動變阻器的構造，突出重點。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。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，拓展延伸。4.滑動變阻器創(chuàng)新改進：液體變阻器、紙片變阻器、面團變阻器等，從不同角度思考問題，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。5.滑動變阻器的應用：水位測試儀、風力測試儀、電壓力秤、油量表等滑動變阻器的應用，體會物理服務于生活。七、實驗教學過程(一)情境引入請學生演示：向水位測試儀水箱中注水，同學觀察現(xiàn)象“為什么向水箱中倒水，水位計、小燈泡會有感應？”同學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)學生的學習興趣，此時，抓住學生的興趣點。布置了一個任務：我們來設計滑動變速器吧。順利進入下一環(huán)節(jié)(二)探索發(fā)現(xiàn)(1)我設計學生們在任務驅動的引領下先選材，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，同學們不斷的設計改進，再設計，再改進。經(jīng)歷長變短、斷變續(xù)、通電與絕緣的設計改進過程。（如圖2）圖2學生設計滑動變阻器盡可能創(chuàng)造真實的場景，給學生更多的發(fā)現(xiàn)問題并設法解決問題的機會。創(chuàng)造認知沖突，印象會更為深刻。層層遞進，環(huán)環(huán)相扣。此時，學生對滑動變阻器的結構了然于胸，那么這就很順利的進入到下一個環(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)的基礎之上，我先請學生代表以設計者的身份向大家介紹滑動變阻器的使用說明。其他同學評價補充后達成一致意見。教師使用涂有感溫材料的變阻器，按照同學們的說法連入電路來驗證學生想法是否正確。同學們可以清晰直觀的同學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行了改進，利用自制的發(fā)熱導線連入電路，效果很好（如圖3）。至此，學生們對滑動變阻器本身的結構以及連接方法都有了較深刻的印象。那么，趁熱打鐵，讓學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？這個實驗操作步驟多，記錄數(shù)據(jù)多，學生們往往顧此失彼，為了采集到連續(xù)直觀的實驗數(shù)據(jù)，我們采用了電流電壓傳感器進行實驗（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)字傳感器收集實驗數(shù)據(jù)(4)我創(chuàng)新課堂時間有限，但是同學們的探究熱情無限，所以我布置了適應雙減的作業(yè)：嘗試設計創(chuàng)新滑動變阻器。課外延時服務活動中我們對同學們的創(chuàng)新設計進行了實驗交流（如圖5）。經(jīng)過一段時間的師生共同準備，我們在課后延時服務中進行了變阻器創(chuàng)新實驗的交流。①帶標尺變阻器。后來我們把帶有標尺的這種滑動變阻器真的應用到了探究電流與電阻關系的實驗中，減少了頻繁更換電阻帶來的麻煩，大大提高了實驗效率。圖5帶標尺變阻器②紙片變阻