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通电的绳子

创客手工 物理 小学高年级

教学目标

为小学高年级学生设计的,把复杂又看不见的知识,借助模型和推导进行讲解,用“动手+ 动脑”的方式帮助学生为学习电流打下基础
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中国科技教育杂志

引题

随着社会的发展,人类的进步,现在家家户户都用上了电灯,电话等现代化家用电器。晚上上街到处是灯火通明,五颜六色,美丽极了。你知道小灯泡是怎样亮起来的吗?(提问,学生举手回答)没错,是因为有电流的存在。


介绍学习内容

询问学生对电流的了解,以判断他们现有的知识水平,在活动过程中要对学生的这些想法和概念进行回顾。(大家知道电流的哪些知识呢?可以让学生思考1分钟,然后让大家举手发言,亦可点名发言,并对学生的回答进行总结。)

引出实验

引出实验:既然大家都对电流有一些了解但都没见过,那么让我们来做一个实验来感受一下电流在我们生活中的存在吧!


进行实验一

材料准备:

  • 2 个一样大小的玻璃杯。

  • 1 瓶饮用水。

  • 2 根吸管:一细一粗,长度相同;或者粗细相当, 长短不同(相差4 〜5cm)。

  • 1 根尼龙绳(两端用胶带粘在一起),长度需够所有学生同时握住,每个学生之间的间隔为0.5 〜1 m(可以使用晾衣绳)。

  • 分别标有电池、开关和灯泡的纸板。

  • 为分组实验准备的材料包:C 型电池1 节;电线2 根,粗细和长度相同,剥掉两头的绝缘外层;开关; 小灯泡。


将学生分为3 人1 组,每组发1 节电池、1 个灯泡和2 根电线。给学生5 分钟时间熟悉实验材料,然后让学生试着将灯泡点亮。有的组会成功点亮灯泡。


让我们看看有哪些同学做成功了呢?(表扬成功的设计,让学生对成功的设计进行讨论。)介绍电源(电池)、电子和闭合电路的概念。启发学生思考,提出问题:在灯泡发亮的过程中电池和电线分别起了什么作用呢?引导学生举手回答,是电池通过电线将能量输送到灯泡使其发亮的。


原理介绍

接下来向学生介绍电子。(教师说明:有这些神奇的反应其实都是因为有了电子,电子发现于1897 年, 在电池中,它从正极流向负极。要强化这一概念,即电池可以储存能量,并具有使电子流过电线的势能。但是,在线路闭合之前电子并不运动。)


进行实验二

我们可以用以下活动展示势能这一概念的含义

将一个黏土球举过头顶,然后松手让球落下,重复几次。


师:为什么松手后球会下落?

生:是因为有重力。


再次将球举过头顶,并向学生解释:黏土球下落的运动过程中我们可以用清楚地观察到,但是, 在松手之前,球就已经具有了向下运动的势能。当一松手,球所具有的势能就会转换成动能。球从静止到下落是一个势能到动能的转换过程,这与电子在电线中从静止到流动的过程类似。当线路闭合时,电池中的势能将会使电子在电线中开始运动。并引导学生再做一次点亮灯泡的实验。这一次实验要注意解决上一次出现的问题。


在第二次实验中可以引入开关,加深学生对电子只有在闭合电路中才能流动的印象。将开关的作用与家里的电灯开关联系起来,这样可以进一步与学生的生活建立关联。


进行实验三

师:接下来我们将尼龙绳的两端用胶带粘在一起,大家手握尼龙绳站成一个尽可能大的圈。


你们手里的闭合尼龙绳就代表一个电路,尼龙绳是静止的,现在电路内没有电子在运动。根据之前进行的活动,大家思考一下,还需要什么才能让电子运动起来?(引导学生想到需要电池或者其他形式的电源。)

接下来开始实验,明确了需要电池后,将写着“电池”字样的牌子挂在一个学生身上,并让该学生顺一个方向拉动绳子,此时其他学生要松松地握着绳子,以便让绳子能“流动”起来。这时,可以让学生对于为什么电池能形成电流(电子)提出自己的假设。

图.jpg

让学生们进行讨论能帮助教师对学生的理解程度进行形成性评估。这一过程注意观察:①学生是否能够清楚表述是电源中的势能引起了电子的运动;②学生是否理解只有在闭合电路中能量才能流动。


给另外两个学生分别戴上写着“开关”和“灯泡”的牌子。在电路闭合绳子流动时,代表“灯泡”的学生要睁大眼睛张大嘴表示灯泡被点亮。依次移除电池或断开开关(解开绳子的接头),在这两种情况下,电流都将停止流动(即绳子停止流动),因为在开放电路中或者在没有能量来源时,电子不在流动,此时代表“灯泡”的学生要合眼闭嘴表示灯泡熄灭。


在“电池”工作状态下,可以利用这一时机向学生解释,为什么电池并没有“制造”电路中的电子。这是一个常见的错误概念。电路中的电子是存在于电线而不是电池之中。

引导学生们开心的扮演电线中的电子, 让他们每个人都能参与其中,并亲身体验能量是如何流动的。在活动中,学生可以轻轻地发出“嗡嗡”声扮演流动中的电子,并在取下电池或断开开关时停止“嗡嗡”声。教师可以站在圈中,随时提问,像“能量为什么能流动?”“线路断开时能量会怎么样?”等等。可以用前面的黏土球势能展示活动启发学生,帮助他们理解尼龙绳活动中电子与电池的关系及运动原理。


课堂原理总结

只要正负电荷间不平衡就会产生电流。只有在电压出现从而制造了势能差异的情况下,电流才会在电路中流动。只要电路闭合,电源持续提供电势差,电流就会一直流动。尼龙绳活动是使不可见的电流具象化的方式。


课堂结束词

时间过得真快,这节课就要和大家说再见了。今天我们认识了电流的存在和他们流动的原理,并自己体验了电流的工作原理!希望大家课后积极思考,创新并应用电流的原理制作小电路,老师可是会奖励一朵小红花的哦!好了,下课!


教学总结

电流是一个复杂的概念,需要从多个角度切入,以便使学生能够将这一新主题与他们之前在直觉层面已经理解的概念结合起来。本文提到的活动帮助学生 建立起科学模型和画面,并涉及《K-12 年级科学教育框架》中有关能量和物质的跨领域概念:流动、循环和守恒。使用具象化的方法向学生 展示抽象概念,能够使学生更好地理解物理科学的大概念。