20.5 跨学科实践：制作简易直流电动机 教学设计-2025-2026学年物理人教版九年级全一册

该初中物理跨学科实践教案聚焦简易直流电动机制作，核心是通过“半周刮漆”模拟换向器实现线圈持续转动，深化电磁相互作用与能量转化认知。以玩具电动车情境导入，复习磁场对通电导体作用旧知，引出“如何持续转动”核心问题，通过动画演示、结构图解析搭建学习支架，衔接新旧知识。 此资料亮点在于融合项目式学习与STEAM理念，以“小小工程师”角色驱动完整工程实践（设计-制作-调试-展示）。紧扣核心素养：物理观念上，学生理解电动机结构与电能转机械能；科学探究中，经历“假设-制作-优化”全过程，如分组调试时分析“不转因刮漆不当”；科学思维上，用控制变量法推测转速影响因素。提供详细操作指南（线圈绕制、刮漆示范）与问题诊断方案，助教师高效开展实践教学，学生在动手与协作中提升探究能力与创新意识。

《第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机》第1课时教案 基本信息 课题 第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 学科 初中物理 年级 九年级 教材与教学内容 版本：人教版义务教育教科书《物理》九年级全一册 页码：第165–166页，第二十章《电与磁》 课时教材分析 本课是人教版九年级物理第二十章《电与磁》的第五节，属于“跨学科实践”类课程，旨在通过动手制作简易直流电动机，帮助学生深入理解电动机的工作原理。教材从生活实例出发，提出“玩具电动车中的电机如何工作”的问题，引导学生回顾通电导体在磁场中受力的知识，并在此基础上开展项目式学习。通过设计、制作、调试和展示交流四个环节，学生将经历完整的科学探究过程。教材重点介绍了线圈绕制、支架搭建、换向器替代机制（半周刮漆法）等关键技术要点，强调了“持续转动”的实现条件——即利用惯性与分段通电结合的方式模拟换向器功能。该内容不仅巩固了电磁相互作用的核心知识，也体现了物理与工程、技术的融合，契合新课标对实践能力的要求。 课时学情分析 九年级学生已经系统学习了电流的磁效应、磁场对通电导体的作用力以及电动机的基本构造和原理，具备一定的电磁学基础知识。他们对于“电动机为什么会转”已有初步认知，但对换向器的具体作用机制仍存在理解盲区，尤其难以想象其如何实现电流方向的自动切换。此外，学生的动手操作能力和实验观察能力参差不齐，部分学生在面对实际材料组装时容易出现连接错误或结构不稳定的问题。然而，这一阶段的学生好奇心强，乐于参与实践类活动，具有较强的团队协作意识和表现欲。通过亲手制作电动机能极大激发他们的学习兴趣，满足其探索欲望。同时，学生已具备基本的电路连接技能和安全用电常识，能够胜任本节课的操作任务。因此，教师应充分利用学生已有的知识基础和心理特点，以任务驱动方式组织教学，引导他们在“做中学”，提升综合素养。 课时设计思想 本课遵循“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，采用项目式学习（PBL）与探究式教学相结合的模式，围绕“如何让线圈持续转动”这一核心问题展开。设计以真实情境导入，创设“我是小小工程师”的角色体验，让学生化身发明者，亲历“提出问题—分析问题—设计方案—动手制作—调试优化—展示交流”的完整工程实践流程。教学过程中注重跨学科融合，渗透物理、技术、工程与艺术（STEAM）教育思想，强调动手实践与思维发展的统一。通过设置递进式挑战任务，鼓励学生自主探究关键细节（如刮漆方式、线圈匝数、磁体位置），培养创新意识和解决问题的能力。评价方面采用过程性评价与成果展示评价相结合的方式，关注学生在合作、表达、反思等方面的表现，促进核心素养全面发展。 教学目标 物理观念： 1. 能准确描述直流电动机的基本组成结构，理解线圈在磁场中受力转动的本质是电能转化为机械能的过程。 2. 掌握简易电动机实现持续转动的关键机制——通过“半周刮漆”方式实现周期性通断电，模拟换向器功能，使线圈在惯性作用下连续旋转。 科学思维： 1. 能运用控制变量法分析影响电动机转速的因素（如电压大小、线圈匝数、磁场强度等），并进行合理推测。 2. 能基于实验现象逆向推理故障原因（如不转、卡顿、反转），形成逻辑严密的问题诊断能力。 科学探究： 1. 经历完整的科学探究过程，包括提出假设、设计实验方案、动手制作装置、观察记录现象、分析数据、得出结论。 2. 在调试环节中主动尝试多种改进策略，发展批判性思维与迭代优化能力。 科学态度与责任： 1. 在小组合作中表现出积极沟通、分工协作、尊重他人意见的良好品质，增强团队责任感。 2. 养成严谨求实的科学态度，在实验中注意用电安全，爱护器材，树立环保节能意识。 教学重难点 【教学重点】 1. 理解并掌握简易直流电动机的工作原理，特别是“半周刮漆”实现周期性通电的技术要点。 2. 成功完成电动机的组装与调试，确保线圈能够在磁场中持续转动。 【教学难点】 1. 深刻理解“换向器”的作用机制，并能解释为何“左端全刮、右端半刮”可以实现单向连续转动。 2. 在实践中准确判断电动机无法启动或转动异常的原因，并采取有效措施进行调整。 教学课时 1课时（45分钟） 教学策略 采用“情境—问题—探究—创造”为主线的教学策略，融合项目式学习（PBL）、合作探究法、任务驱动法与讲授演示法。以“制作一台会转的电动机”为总任务，分解为多个子任务，引导学生在真实问题情境中开展自主探究。教师作为引导者与支持者，适时提供脚手架式指导，鼓励学生大胆试错、不断优化。注重生生互动与师生对话，通过展示交流环节促进思维碰撞与经验共享，强化知识建构与迁移应用。 教学准备 教师准备：多媒体、实物投影仪、成品简易电动机模型、条形磁铁、马蹄形磁铁、电池盒（带导线）、漆包线、金属支架材料、小刀、砂纸、开关等演示器材。学生分组实验器材包（每组一套）：直径约0.8mm的漆包线1米、强磁体（条形或马蹄形）1块、1.5V干电池2节（配电池盒）、硬金属丝支架2根、绝缘底板（硬纸板或塑料板）、小刀、镊子、导线若干。 教学过程 教学环节 教学活动 设计意图 教师活动 学生活动 导入新课 （5分钟） 一、情境设问，激发兴趣 1. 教师手持一个小型玩具电动车，轻轻推动使其前进，随后拆开外壳露出内部电机，提问：“同学们，你们知道是什么力量让这辆小车跑起来的吗？” 2. 学生回答后，教师继续追问：“这个小小的电动机是怎么工作的？它里面有什么秘密？”接着展示一张电动机内部结构简图（含定子、转子、换向器、电刷），指出这是复杂电动机的构造。 3. 引出课题：“今天，我们就来当一回‘小小工程师’，用最简单的材料，亲手制作一台能转动的简易直流电动机！看看谁能最先让它转起来！” 二、回顾旧知，铺垫新知 1. 提问复习：“还记得我们学过的‘磁场对通电导体的作用’吗？如果一段导线放在磁场中并通电，会发生什么现象？” 2. 利用动画演示矩形线圈在磁场中通电后的受力情况，强调“左手定则”判断方向，并指出线圈会转动但无法持续——因为它会停在平衡位置。 3. 抛出核心问题：“那真正的电动机是怎么做到一直转下去的呢？关键就在于‘换向器’。但我们没有现成的换向器，能不能想办法自己‘造’一个效果？” 1. 观察教师展示的玩具车及其内部电机，思考并回答电动机是动力来源。 2. 回忆并说出“通电导体在磁场中会受到力的作用”。 3. 观看动画，理解线圈受力转动但不能持续的原因。 4. 对“如何实现持续转动”产生强烈好奇，进入探究状态。 通过贴近生活的实物引入，迅速吸引学生注意力，建立物理与生活的联系；复习旧知为新知奠基，制造认知冲突（为何不能持续转动），引发探究动机；明确角色定位（工程师），增强参与感与使命感。 新知探究 （25分钟） 1、 解析项目，明确任务 1. 展示教材图20.5-2“简易电动机”示意图， 2、 引导学生识别各部件：线圈（转子）、磁体（定子）、电池（电源）、支架（支撑兼导电）。 2. 解读材料清单表格内容，逐一介绍每种材料的作用，特别说明“漆包线”表面有绝缘漆，必须处理才能导电。 3. 明确本节课三大任务： ① 绕制一个3cm×2cm的矩形线圈，两端留出约2cm作转轴； ② 安装支架并连接电路； ③ 处理线圈引线漆皮，实现“左端全刮、右端半周刮”。 二、示范操作，突破难点 1. 现场演示绕线技巧：用铅笔作芯绕8–10匝，两端拉直作为转轴，保持线圈平面平整。 2. 重点讲解“刮漆工艺”： （1）取小刀轻刮左端转轴上的漆皮，要求全部刮净，确保始终导电； （2）右端只刮去下半周的漆皮（即朝下的半圈），上半周保留绝缘层，这样当线圈转动时，只有下半周接触支架才通电，上半周断电。 3. 结合动态示意图解释原理：当下半周通电时，线圈受力加速转动；转过平衡位置后，由于惯性继续前行，此时右端绝缘部分接触支架，电路断开，不受反向力阻碍；待再次转回下半周时重新通电，获得推动力，从而实现连续单向旋转。 三、分组制作，动手实践 1. 分发实验器材包，提醒安全事项：避免短路、勿长时间通电以防电池发热。 2. 巡视指导各小组操作，重点关注： （1）线圈是否绕得整齐、对称； （2）支架高度是否一致、能否平稳支撑线圈； （3）刮漆是否规范，尤其是右端是否仅刮半周； （4）磁体放置位置是否在线圈正下方，磁场方向是否合适。 3. 鼓励学生先不通电，用手拨动线圈检查是否转动顺畅，排除机械阻力。 1. 观察结构图，对照实物认识各组成部分及其功能。 2. 记录任务步骤，明确操作流程。 3. 动手绕制线圈，注意匝数与形状控制。 4. 使用小刀小心刮除漆皮，严格按照“左全右半”要求处理。 5. 安装支架并将线圈置于其上，连接电池正负极。 6. 小组成员分工合作：一人绕线，一人刮漆，一人安装，一人调试。 7. 初次通电失败时不气馁，主动查找原因并尝试调整。 通过可视化手段降低理解门槛，清晰呈现制作流程；教师示范关键动作，有效突破“半周刮漆”这一技术难点；强调安全规范，保障课堂秩序；小组合作促进交流与互助，培养学生动手能力和团队精神；允许试错，鼓励迭代，体现科学探究本质。 成果展示与交流 （10分钟） 一、组织展示，分享经验 1. 邀请已完成且成功转动的小组上台演示，利用实物投影放大画面，让全班清晰看到线圈旋转状态。 2. 提问：“你们是怎么做到让线圈持续转动的？刮漆时有什么诀窍？” 3. 鼓励其他同学观察并提问：“为什么有的组转得快，有的慢？有没有反转的情况？可能是什么原因？” 二、引导反思，深化理解 1. 总结常见问题及解决方案： （1）不转 → 检查电路是否连通、刮漆是否到位、磁体是否靠近； （2）只晃不动 → 可能是摩擦太大或初始推力不足，可轻推启动； （3）反转 → 检查电池正负极接反或磁极方向颠倒； （4）转几圈停下 → 刮漆不对称或接触不良。 2. 追问：“如果我们把右端也全部刮掉，会发生什么？”引导学生预测并验证：线圈来回摆动，无法持续转动，进一步印证“半周通电”的必要性。 3. 补充拓展：“其实这就是早期科学家发明电动机时想到的办法之一，你们现在就是一个个小法拉第！” 1. 上台展示作品，讲述制作过程与成功经验。 2. 观看其他组展示，发现问题并提出改进建议。 3. 参与讨论，分析不同现象背后的物理原理。 4. 尝试改变条件（如调换磁极、反转电池）观察变化，验证猜想。 提供展示平台，增强成就感与自信心；通过互评互学促进深度思考；教师归纳典型问题，帮助学生构建系统性认知；延伸历史背景，激发科学情怀，实现情感升华。 课堂小结与延伸 （5分钟） 一、梳理知识，提炼要点 1. 师生共同总结本节课所学： （1）电动机工作原理：电能→机械能； （2）持续转动的关键：利用“半周刮漆”实现周期性通电+惯性维持运动； （3）影响转速的因素：电压、匝数、磁场强弱。 2. 强调科学方法：观察→假设→实验→验证→改进。 二、拓展延伸，启发创新 1. 提问：“如果想让你的电动机转得更快，你可以怎么做？”引导学生提出增加电池数量、增多线圈匝数、更换更强磁体等方案。 2. 布置开放性挑战：“课后有兴趣的同学可以尝试改进你的电动机，比如加上风扇叶片做成迷你风车，或者连接齿轮带动小车轮子转动，看看谁的设计最有创意！” 1. 跟随教师回顾知识点，完善笔记。 2. 思考提升转速的方法，积极参与讨论。 3. 记录课后挑战任务，激发课外探究兴趣。 帮助学生形成结构化知识体系，强化核心概念；联系实际应用，打开创新思路；设置延伸任务，打通课内外学习通道，延续探究热情。 作业设计 一、基础巩固题 1. 简述简易直流电动机中“左端全刮、右端半周刮”的目的是什么？这样做是如何实现线圈持续转动的？ 2. 如果某组同学制作的电动机线圈只能左右摆动而不能持续旋转，请你列举三种可能导致此现象的原因，并提出相应的解决办法。 二、实践探究题 1. 在原有电动机基础上，尝试改变以下变量，观察转速变化，并填写下表： 实验条件 转速变化（快/慢） 原因分析 增加一节电池（电压升高） 线圈由10匝增至20匝 换用磁性更强的钕磁铁 2. 设计一个微型电动机应用场景，例如驱动一个小风车或带动一个小轮子转动。画出你的改进构想草图，并简要说明工作原理。 三、阅读拓展题 查阅资料了解迈克尔·法拉第在1821年发明的第一个电动机模型（“电磁旋转装置”），比较它与今天我们制作的简易电动机有哪些相似之处和不同之处，写一段150字左右的小短文。 板书设计 制作简易直流电动机 ↓ 核心问题：如何让线圈持续转动？ ↓ 实现机制：周期性通电 + 惯性维持 ↓ 影响因素：电压 ↑、匝数 ↑、磁场 ↑ → 转速 ↑ │ 教学反思 本节课以“制作简易直流电动机”为核心任务，充分调动了学生的学习积极性，绝大多数小组在规定时间内完成了作品并实现了转动，达到了预期教学目标。学生在动手过程中不仅加深了对电动机工作原理的理解，更体会到了“理论指导实践”的科学魅力。特别是在“半周刮漆”这一关键步骤上，通过教师细致示范与巡回指导，大部分学生能够准确操作，有效避免了因刮漆不当导致的失败。但在实施过程中也发现个别小组存在合作分工不均、急于通电忽视检查等问题，今后应在任务分配环节加强引导，明确每人职责。另外，部分学生对“为何必须半周刮漆”仍停留在机械模仿层面，缺乏深层理解，后续可通过增设对比实验（如全刮 vs 半刮）来强化因果关系的认知。整体而言，这是一节成功的跨学科实践课，既锻炼了动手能力，又提升了科学思维水平，值得推广。 学科网（北京）股份有限公司 $