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课题 20.5 跨学科实践：制作简易直流 主编教师 复核教师
授课时数 1 课型 授新课 授课方法 多媒体 授课时间
学习目标 1. 原理应用：能将“磁场对通电导线/线圈有力的作用”及“换向器改变电流方向”的原理。2. 工程制作：选择合适的工具和材料，制作能够持续转动的简易直流电动机模型。3. 评估优化：对制作的电动机进行测试，分析其转动效果，并能诊断问题、尝试改进。
教学重点 简易电动机的设计、制作与调试。
教学难点 1. “换向器”（本模型中为半环刮漆法）的制作与调试，确保其能可靠地改变电流方向。2. 转子线圈的绕制、平衡调节与支架的稳定安装。
一、 情境·任务启【师生活动】1. 发布“挑战令”： 播放一段由微型直流电动机驱动的小车或风扇的炫酷视频。 教师宣布：“我们刚刚学习了电动机的原理。今天，你们将从‘原理的学习者’转变为‘模型的创造者’。我们的挑战任务是——用最基础的材料，亲手制作一个能持续转动的简易直流电动机！”2. 明确任务与成果： 核心任务：以小组为单位，利用提供的材料包，设计并制作一个简易直流电动机模型。 成功标准：接通电源后，电动机的转子能自行启动并持续朝一个方向转动。 成果形式：可运转的电动机实物，及一份简单的《制作与调试记录》。 分发材料包：漆包线、强力钕磁铁（圆形）、回形针、电池与电池盒、导线、砂纸、螺丝刀、胶带、硬纸板（底座）。自然过渡：挑战令人兴奋，但成功不能靠运气。在动手之前，我们必须成为自己设计的“总工程师”。让我们首先回顾核心原理，并构思我们的“电动机”将如何实现这些原理。二、 重温·原理析【师生活动】1. 关键原理回顾： 通过提问，引导学生回顾上节课核心知识： “电动机转动的根本原因是什么？”（磁场对通电线圈有力的作用） “要让线圈持续转动，必须解决什么关键问题？”（线圈到达平衡位置后，需要改变电流方向） “真实电动机中，由哪个部件负责自动改变电流方向？”（换向器）2. 设计思路引导： 展示几种简易电动机的参考设计图（如单线圈+两片弧形换向器、或“偏心轮”式设计）。 引导学生分析材料如何对应电动机部件： 磁铁 → 定子（提供磁场）。 漆包线绕制的线圈 → 转子。 回形针制作的支架 → 轴承/电刷支架。 线圈两端引线刮漆处理 → 简易“换向器”。 电池 → 电源。3. 设计讨论：小组内讨论，确定本组的基本设计思路（如线圈形状、大小、匝数；磁铁摆放位置；支架如何制作等）。自然过渡：蓝图已在心中，原理已了然于胸。现在，让我们化身巧手工匠，将手中的材料，变成会旋转的机械！制作环节，现在开始。三、 巧手·模型成【师生活动】1. 制作阶段一：转子线圈： 指导学生在圆柱形笔杆上绕制漆包线线圈（如20-30匝），两端留出适当长度的引线。 关键步骤：线圈绕成后，用胶带或细线捆扎固定形状，并小心取下。将两端的引线在线圈的对侧固定，既作转轴，也作通电引线。用砂纸将一端的全部漆皮刮掉，另一端只刮掉半周（这是实现“换向”的核心技巧）。2. 制作阶段二：支架与定子： 用回形针制作两个“L”形或“U”形支架，固定在硬纸板底座上。支架顶端弯出小环，用于支撑线圈引线（转轴）。 将圆形强力磁铁吸附在底座中心，位于线圈下方。3. 制作阶段三：组装与初调： 将线圈的引线（转轴）架在两个支架的小环上。调整支架高度和间距，使线圈能灵活转动且与下方磁铁有适当间隙。 用导线将电池盒连接至两个支架（即电刷）。4. 教师巡视与安全指导：重点指导刮漆技巧、支架制作的稳定性、电路连接的正確性。强调避免电池短路。自然过渡：我们的电动机“样机”组装完毕了！但它能否“心脏起搏”，成功运转？是骡子是马，现在就来“通电解试”。测试，是检验设计的唯一标准。四、 实测·效能验【师生活动】1. 功能测试： 各小组接通电源，观察现象。可能出现的情况： A. 成功：线圈持续转动。 B. 部分成功：线圈抖动、不启动或只转半圈。 C. 不成功：毫无反应。2. 诊断分析与优化： 引导学生像工程师一样进行系统性诊断： 电路问题：检查是否通路？刮漆点是否接触良好？ 磁场与受力问题：磁铁极性是否使线圈初始位置受力？线圈平面与磁感线是否平行？（可轻推一下线圈启动） 机械问题：转轴是否灵活？线圈是否平衡（重心在转轴上）？ “换向”时机问题：刮漆的半周位置是否准确？（应在线圈位于平衡位置时切换接触） 优化迭代：小组根据诊断，尝试调整：重新刮漆、调整线圈形状、增减匝数、微调支架、改变磁铁位置或尝试反转电池极性等。3. 记录与反思：在《制作与调试记录》上简要记录测试现象、诊断分析和采取的改进措施。自然过渡：经过紧张的调试与优化，每个小组的电动机都拥有了自己的“生命”和故事。现在，让我们举办一场“简易电动机成果博览会”，分享我们的智慧、汗水与喜悦。五、 展评·匠心汇【师生活动】1. 成果博览会： 各小组展示本组的电动机作品，并从“设计思路”、“制作亮点”、“调试过程中遇到的主要问题及解决方法”、“最终效果展示”等方面进行介绍。 现场演示电动机运转，可比较不同设计的转速、稳定性。2. 评价与总结升华： 知识整合：教师引导学生总结，本次制作成功应用了“磁场对电流的作用力”和“换向”两大核心原理。刮掉半周漆皮的方法巧妙地模拟了换向器的功能。 工程思想升华：强调今天经历的正是“明确需求-原理指导-设计-实施-测试-优化”的微型工程实践。过程中的挫折与解决，比最终的成功更为珍贵。 评价表使用：结合全过程观察、记录和展示情况，进行综合评价。3. 拓展与展望： 展示更精密的电动机模型或介绍无刷电机等新技术，开阔学生视野。 鼓励学生思考如何改进自己的设计（如增加线圈匝数、使用更强磁铁、制作多组线圈等）。【课堂小结寄语】 从漆包线的缠绕到磁场的吸引，从灵感的火花到转动的实现，你们用双手验证了原理，用智慧克服了困难。这台小小的电动机，是知识与实践碰撞的火花。愿这份亲手创造的力量，驱动你们在科学的道路上永远好奇，永远探索。 1. 迭代作业：根据课堂展示获得的启发，进一步优化你的电动机，尝试提高其转速或稳定性，并记录改进方法。2. 调查作业：调查家中一件使用电动机的电器，了解其电动机的类型（交流/直流）、功率和大致作用，思考其设计与我们自制模型的异同。 设计意图个性化修改【设计意图】以富有吸引力的视频和直接的“创造者”挑战切入，快速激发学生的实践热情和好胜心。明确具体的、可观察的成功标准（持续转动），使目标清晰。提供基础材料包，限定条件的同时激发创造力。这是项目式学习的经典启动方式。【设计意图】设计意图：本环节是连接理论与实践的“设计图”阶段。避免学生盲目动手，引导他们在原理指导下进行设计。回顾关键原理，特别是“换向”的必要性，是制作成功的思维基础。将抽象部件与具体材料对应，帮助学生将知识转化为可操作的方案。小组设计讨论初步培养了工程规划和合作能力。【设计意图】这是实践的核心环节，将设计方案转化为实物。“刮漆法”是实现简易换向器的关键技术，需详细演示和指导。分阶段制作（转子-定子/支架-组装）使任务清晰。学生在此过程中将遇到真实的工程问题（线圈不对称、支架不稳、刮漆不精确等），这正是培养解决问题能力、耐心和精细操作能力的契机。教师的角色是“技术顾问”。
【设计意图】本环节引入工程测试、故障诊断与迭代优化的核心思想。测试是冷酷的考官，失败是宝贵的学习资源。引导学生建立系统性的诊断思维（电路-磁路-机械-换向），而非胡乱尝试。鼓励基于分析的“优化迭代”，让学生体验“设计-制作-测试-改进”的完整工程循环，培养严谨求实的科学态度和坚韧不拔的探索精神。
板书设计： 教学反思教学反思本节跨学科实践课是“电与磁”单元的高潮和综合应用。本设计以“制作一台能转的电动机”为明确目标，驱动学生完成知识内化、技能训练与工程体验。反思如下：1. 任务发布环节（情境·任务启）的设计意图与驱动力：成功的项目式学习始于一个能激发内驱力的挑战。“亲手制作一个能转的电动机”这一目标具体、有趣且富有挑战性，能迅速点燃学生的热情。提供基础材料包限定了探索范围，防止学生无从下手，同时也保留了设计空间（如线圈形状、支架样式）。明确的“持续转动”成功标准，为后续评价提供了客观依据。过渡到设计阶段时，强调“先成为总工程师”，引导学生有思考地行动。2. 设计规划环节（重温·原理析）的设计意图与知识关联：本环节是确保实践活动不沦为“手工课”的关键。引导学生回顾“磁场对电流的作用”和“换向”两大核心原理，是设计制作的理论基石。将电动机的抽象部件（转子、定子、换向器、电刷）与手边的具体材料（漆包线、磁铁、回形针、刮漆点）建立联系，完成了从理论到实物的第一次关键转换。展示参考设计图可以启发思路，但需避免限制学生创意。小组讨论初步培养了规划与合作能力。过渡到制作时，口号明确，富有行动力。3. 制作实施环节（巧手·模型成）的设计意图与技能聚焦：这是培养动手能力和解决问题能力的核心。“刮漆法”是本模型的技术灵魂，也是教学重点和难点。必须详细演示“一端全刮、一端刮半周”的方法及其原理（全刮端始终导电，半周端在转动中交替接触，实现电流换向）。指导学生制作稳固的支架和平衡的线圈，是机械技能的培养。教师巡视时，应提供差异化指导，鼓励学生自己发现并尝试解决问题。安全教育（防短路、工具使用）必须到位。过渡到测试时，以“通电审判”比喻，增加趣味性。4. 测试调试环节（实测·效能验）的设计意图与思维深化：本环节的价值常高于成功的制作。电动机不转或运转不良是常态，这正是培养工程思维和科学态度的最佳时机。引导学生建立系统性的故障排查流程（查电路→查磁场与受力→查机械平衡→查换向时机），而非盲目尝试，这是思维的系统性训练。鼓励记录调试过程，培养实证精神。优化迭代让学生体验“没有最好，只有更好”的工程追求。此环节需要预留充足时间，因为“调试”往往比“制作”更耗时，也更能锻炼人。过渡到展示时，以“博览会”形式提升成果的仪式感。5. 展示评价环节（展评·匠心汇）的设计意图与综合素养：成果展示是对项目全过程的复盘、凝练与表达。要求从多角度介绍，能促进学生进行深度反思。现场演示增强了说服力和观赏性。评价表覆盖了知识理解、实践技能、科学态度、合作交流等多个维度，体现了跨学科实践课程的综合评价导向。教师的总结将活动意义从“做成了一个玩具”升华到“经历了一次完整的工程实践”和“验证了科学原理”，提升了活动的教育价值。拓展与展望将学生的视野引向更广阔的技术世界，保持了探究的开放性。调查作业将课堂学习与日常生活相连。
【教学设计总结】
本设计以“制作一台能持续转动的简易直流电动机”为项目载体，驱动学生综合应用电磁学原理。通过“挑战驱动-原理规划-动手制作-调试优化-展示交流”的完整流程，让学生亲历“知识产品化”的创造过程。注重在解决真实技术问题（如刮漆、平衡、调试）中深化对原理的理解，在工程实践中培养设计思维、动手能力、系统性思维及坚韧品质，充分体现了跨学科实践的综合性、实践性与创造性，是发展学生核心素养的有效途径。

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