简单电路的设计
——综合实践活动
无锡市山明中学 蒋文远
教材分析：
为了满足学生个性化发展的需求，并为学生提供个性发展的平台，苏科版初中物理教材设置了“综合实践活动”这一栏目。通过为学生提供创新性的研究课题，使学生经历较为完整的探究过程并获得开放性的技术训练，以此培养学生的创新意识，并不断提高实践能力。
《简单电路的设计》综合实践是在学生学习了串并联电路之后，本着“从生活走向物理、从物理走向社会”的理念，提供了四个实例，让学生开展第二课堂，经历电路的设计与制作过程，为学生提供个性化的发展服务，培养动手能力和技术意识。
本课题分2个课时进行。第一课时以“病房呼叫电路的设计”为例，学生在教师的指导下经历设计的全过程，以期达到示范、引领的作用。而第二课时是学生在第一课时的基础上，通过分组合作，自由选择一个拓展活动（选答器、楼梯灯、交通灯电路的设计），在课后完成后集中展评、再改进的过程。
第一课时
学习目标：
1、以病房呼叫电路的设计为载体，主要经历以下环节：根据需求分析电路设计要求；运用所学知识设计电路图；分析评估电路图；制作电路模型；发现问题并不断改进。
2、在评价与交流的过程中能归纳得出技术设计中需要关注科学性、经济性、工艺性、新颖性等要求。
3、在设计的过程中能认同技术设计的流程，懂得技术的重要性，获得设计成功后的喜悦。 教学重点：
1、病房呼叫电路需求的分析与电路图的设计；
2、电路的连接与作品的展示；
3、归纳电路设计的一般流程。
难点：
1、发光二极管与蜂鸣器电路的连接（难在正负接线柱与电流方向的判断）；
2、从实践的角度来评价电路模型的价值。
学习流程：
一、引入新课
演示实验引入：
教师演示“病房呼叫电路模型”，吸引学生，激发兴趣，给出学习任务。
教师：亮出“病房呼叫电路模型”，同时向同学们介绍，这里是护士值班室，有几盏指示灯还有一个电铃；这边是病房，每个病床边都有一个按钮。你知道这个电路是如何工作的？电路又是如何连接的呢？如果讨论不出，再进行提示。
现在护士值班室里，护士发现2号床病人在呼叫，护士是怎么知道的？
学生：因为值班室的电铃在响，2号灯在亮。
教师：（是这样吗？）展开2号病床图片，按下开关，2号灯灭铃不响。
教师：既然灯亮就知道是几号床位了，能不能不要电铃？
学生：不能，护士不能总盯着看吧。
教师：按下3号病床的开关，3号指示灯亮，铃响。则2号、3号灯是串联还是并联？ 学生：并联。
教师：你判断的依据是什么？
学生：可以独立工作。
教师：很好，大家对串并联电路的知识掌握得非常好。今天，我们就用所学到的知识来设计一个病房呼叫电路。
二、新课教学
活动：设计病房呼叫电路
1、设计的需求分析
教师：谈到设计，我们首先要做的一步是进行任务需求分析，换句话说，你和你的团队要懂得你们要设计的这个病房呼叫电路要满足怎样的要求？病人呼叫时要满足怎样的功能？
学生1：病人呼叫，铃响、床号灯亮。
学生2：不同的病人呼叫，铃都响，灯是相应的灯。
学生3：……
2、设计的问题简化
教师：我们在设计问题时常常将复杂问题进行简化，以方便进行初期的设计。现在的医院一个楼层少则一二十个床位，多则五六十个床位，我们从一张床位设计起。
假如只有一张病床，灯和电铃应该如何连接？请设计出你的电路图。
学生：画出电路图。串联： 并联：
教师：进行简短评价，从功能上这样的两种方案都可行。那么如果要你选择，你准备选用哪一个方案？
学生：选择并联，因为万一灯坏了铃还会响。
教师：你突出了安全性，非常好。
3、设计的问题深化
教师：简单的问题解决了，让我们将问题深化一些，2张病床又该如何设计呢？请大家画出电路图。
学生：画出电路图。教师边观察边引导，并联，谁与谁并联？两个灯并联，那么电铃呢？
评价：展示两种方案。通过对比，评价，交流后
确定一种进行制作。
教师：三张病床又该如何设计呢？更多病床的电
路图又是怎样的呢？
4、设计的器材分析
教师：要完成这样的电路，我们需要的器材有哪
学生：1个铃、2个灯、导线、开关、电源
教师：同一种设计原理，由于选择的材料不同，往往制作的过程与结果也会不同。例如，铃是选用电铃还是蜂鸣器？灯是用普通实验室的灯还发光二极管LED灯？电源选择多大的电压，直流还是交流？这些都是考虑的问题。
今天老师给同学们准备了2套器材，一套是电铃与普通小灯泡（展示图片）；另一套是蜂鸣器与发光二极管。这里要注意电流的方向，要从他们的正接线柱流入，负接线柱流出。
5、制作电路模型
根据方案乙用你有的器材连接电路，看看是否符合要求？检测正确后在白板上制作出模型。
教师：老师给你们准备了两种器材，你们根据自己的器材进行电路的连接，检查正确后制作模型。
教师提出注意点：
1、连接电路时开关应该
2、合理选择电源电压
3、发光二极管、蜂鸣器注意正负接线柱。
学生：分组连接电路，制作模型。
6、展示电路模型
这一环节，在教材中是这样描述的“从模型的科学性、设计的新颖性、工艺水平和演示效果等方面进行评价，并找出需要改进的地方。”在课堂上，主要是科学性、是否符合要求？电路连接是否整齐，布局是否合理美观？演示效果如何进行评价。“找出需要改进的地方”是设计的必要环节，要让学生经历从毛坯走向精品的过程。
教师：让学生展示各自的作品，从作品的科学性、演示的效果、制作的成本、制作的精美程度、设计的新颖性等方面进行评价。
学生：根据要求进行评价，并说出理由。
7、小结
通过“病房呼叫电路”的设计，针对电路的设计过程，你
认为哪些环节比较重要？
学生1：任务需求分析、电路图
学生2：制作模型、准备材料
学生3：交流与评估···
教师呈现技术设计流程图（见右图）。
8、作业
每小组任选一个课题，进行实践，两周后进行交流、展评。
课题1：一个问题有两个可供选择的答案（a）和（b），
与它们对应的灯分别由两个开关控制，选择哪一个答案就闭
合哪一个开关，使对应的灯发光。
课题2：在楼道中安装电灯，要求在楼梯的上下两端都能
控制它：上楼梯时，能用下面的开关S1开灯，上了楼梯以后，
能用上面的开关S2关灯；下楼梯时，又能用S2开灯，用S1
关灯。试画出电路图，并用电池作为电源制作一个电路模型，
看看能否满足要求。（提示：楼梯上下两端所用的开关是单刀双掷开关。）
课题3：在十字路口观察交通信号灯的变化规律，并设计一个只有红灯和绿灯的手动交通信号灯模拟电路。（注意人身安全，遵守交通法规！）
第十三章 设计简单电路
设计的流程
1、需求分析 4、连接电路
2、设计电路 5、制作模型
3、准备器材 6、交流改进
附录：参考网址
1、LED发光二极管参数、特点、分类和选型 2、发光二极管360百科 3、蜂鸣器360百科 4、2014年诺贝尔物理学奖揭晓——技术设计的重要性5、拓展课题的电路图：
楼梯灯电路
手动交通信号灯模拟电路