资源简介

九年级物理20.5《制作简易直流电动机》教学设计
一、课程理念与目标
1. 设计理念
本教学设计以“玩中学、研中悟、创中用”（简称“玩-研-创”）为核心理念，旨在将新课标倡导的跨学科实践落地为一次生动的工程探究之旅
玩（趣味驱动）：通过“让线圈转起来”这一富有游戏感的任务，激发学生最原始的好奇心与动手欲望，让知识在指尖生成。
研（深度探究）：引导学生从“玩”的现象出发，深入探究“为什么会转”“怎样才能转得更好”等科学问题，经历“观察-猜想-验证-归纳”的完整科学思维过程。
创（应用迁移）：鼓励学生在理解原理的基础上，对电动机进行优化、改造或赋予其新的应用场景，实现从“制作产品”到“设计作品”的跨越，培养创新意识与解决真实问题的能力。
2.跨学科融合点
物理：磁场对电流的作用（安培力）、能量转换（电能→机械能+内能）、电路。
工程与技术：结构与功能设计、材料选择、系统调试与优化。
数学：线圈匝数与面积的估算、转速的定性比较。
艺术与劳动：模型的美观性与工艺精度。
3.教学目标
物理观念：通过制作，深刻理解通电线圈在磁场中受力转动的原理，认识换向器（或等效结构）在实现持续转动中的关键作用。
科学思维：能基于实验现象提出可探究的问题，运用控制变量法设计实验，探究影响电动机转速的因素（如磁场强弱、电流大小、线圈形状等）。
科学探究：独立或合作完成简易电动机的制作、调试与优化，能准确记录过程、分析失败原因并提出改进方案。
科学态度与责任：在反复调试中培养耐心、协作和严谨求实的科学态度；通过讨论电动机在生活中的广泛应用，认识科学技术对社会发展的深远影响。
二、教学准备
1.核心材料包（小组）
为体现“创”的开放性，提供基础与可选材料，鼓励学生自主设计。
类别 基础材料（必选） 拓展材料（可选）
导电与支撑 1.5V干电池、带绝缘漆的漆包线（直径约0.3-0.5mm）、回形针（或粗铜线） 不同规格的电池座、鳄鱼夹导线、小木板（作为底座）
磁体 矩形或圆形钕铁硼强磁铁（1-2块） 不同形状与强度的磁铁（蹄形、条形）
工具 剪刀、砂纸（或小刀）、胶带（或热熔胶枪） 尖嘴钳、转速测量贴纸（自制对比用）
创新配件 - 小风扇叶、小轮子、LED灯、轻质材料（用于改造结构）
2.教学资源
多媒体课件：展示电动机在电器、无人机、电动汽车中的应用；动画慢放演示换向器工作原理。
微课视频：录制关键步骤（如线圈绕制、漆皮刮除）的操作示范。
任务与评价单：《“玩-研-创”项目学习手册》（内含任务导引、实验记录表、评价量规）。
三、教学过程设计（共2课时）
第一课时：玩转线圈——制作与初探
环节一：情境导入，任务驱动——“玩”的起点（5分钟）
视频激趣：播放一段从电动玩具、电风扇到工业机器人、电动汽车的混剪视频。
问题聚焦：“这些运动的核心动力是什么？我们能用一个电池、一块磁铁、一根铜线让它动起来吗？”
任务发布：今天，我们都是初级电机工程师。
核心任务：利用提供的材料，制作一个能连续转动的简易直流电动机。
成功标志：线圈能持续旋转10圈以上。
环节二：动手实践，破解密码——“玩”的实践（25分钟）
方案学习与模仿制作：教师展示一种经典的简易电动机模型（如使用回形针支架、刮半周漆皮的结构），解析其基本构成。 学生分组，领取基础材料包，参照指导进行第一步模仿制作。
关键步骤指导：
绕制线圈：在笔杆上绕制5-10匝漆包线，引出两段对称的轴。
刮除漆皮（技术关键）：将一侧轴上的绝缘漆全部刮净；另一侧轴上的绝缘漆只刮除上半周（这是实现“机械换向”的关键）。
搭建结构：用回形针制作支架，固定电池和磁铁，将线圈放于支架上。
调试与“玩”起来：连接电路，学生尝试让线圈转起来。教师巡视，引导解决常见问题（如接触不良、刮漆不彻底、重心不平）。
核心体验：当学生通过轻推或调整，成功让线圈持续转动时，将获得巨大的成就感，这是“玩”的高潮，也是驱动深入“研”的最佳动力点。
环节三：现象初研，提出问题——“研”的萌芽（10分钟）
小组讨论：线圈为什么能转起来？为什么需要刮半周漆皮？不刮或者全刮会怎样？
问题花园：引导学生将观察到的疑问和想尝试的想法写在便签上，贴在教室的“问题花园”板报区。典型问题可能包括：“多加一块磁铁，会转得更快吗？”“线圈绕得更大、匝数更多，会怎样？”“不用刮漆皮，有没有其他办法让它转？”
第二课时：研创进阶——探究与优化
环节一：原理深研，模型建构——“研”的深入（15分钟）
基于问题的原理探究：选取“问题花园”中的典型问题，结合动画，深入讲解。
核心原理：利用动画，分解线圈转动一周的过程，解释刮半周漆皮如何等效实现了换向器“自动改变线圈中电流方向”的功能，从而使线圈获得持续同向的力矩。
因素探究：组织学生针对“影响转速的因素”进行猜想，并设计简单的控制变量实验进行快速验证（例如，只改变磁铁数量或电池数量进行对比）。
思维建模：引导学生用示意图和箭头，画出线圈在磁场不同位置时的受力方向，将动手体验转化为物理模型。
环节二：创意设计，迭代优化——“创”的实践（20分钟）
发布升级挑战：在基础模型成功的基础上，发布“性能优化”或“功能创意”挑战。
挑战一（性能派）：如何让你的电动机转速更快、转动更稳定？（可考虑对称刮漆、优化线圈形状与平衡、增强磁场等）
挑战二（功能派）：能否给你的电动机加上扇叶变成小风扇，或装上轮子变成小车，或让它点亮一个LED？
设计与再制作：小组选择挑战方向，利用拓展材料包，进行方案设计和二次制作。
教师提供“创新补给站”，提供必要的技术支持。
环节三：成果展示，跨界评价——“创”的分享（5分钟）
迷你科技展：各小组展示优化或创意后的电动机作品，并进行简短演示和原理说明。
多维评价：生生互评：从“运行稳定性”“创意新颖性”“原理阐述清晰度”等方面投票。
教师点评：重点关注学生在“玩-研-创”过程中的思维成长、协作表现和工程迭代精神。
作品展示：

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