3.4 跨学科实践：电路创新设计展示 教学设计-2025-2026学年教科版物理九年级上学期

该初中物理教学设计以跨学科实践为载体，围绕串并联电路应用构建知识体系，通过小彩灯改进、答题显示器、病房呼叫电路等真实情境，串联“问题需求-电路设计-优化改进”逻辑脉络，帮助学生建立电路知识与实际应用的内在联系。 亮点在于以项目式学习驱动核心素养提升，通过分析彩灯混联方案、设计病房呼叫电路等活动，培养科学探究能力与工程思维，结合AI查询素材、生活实践问题设计，体现科学态度与责任，分层作业与评价体系助力教师精准教学，有效巩固知识并提升学生创新应用能力。

附件： 教学设计 课程基本信息 课题  跨学科实践：电路创新设计展示 课型 新授课 学科  物理 年级  九年级 学段  初中 版本章节  教科版第三章 教学目标 【物理观念】学生能够准确运用所学的电路知识，设计出具有创新性的电路。 【科学思维】在电路创新设计过程中使学生学会电路连接的方法。在电路创新设计过程中进一步体会串并联电路的特点。 【科学探究】通过小组合作的方式进行电路创新设计，培养学生的团队协作能力、问题解决能力和自主探究能力。 【科学态度与责任】培养学生把所学的电路知识应用于实际的水平。激发学生对电学知识的兴趣，培养学生的创新意思和科学精神。   教学重难点  重点：  1.对串联、并联电路以及电路三种状态的应用。 2.能根据实际需求设计并改进实用电路。 难点： 针对电路创新设计过程中出现的问题，进行评价与改进。   学情分析  1.知识储备分析: 学生已掌握串联和并联电路的基本连接方式及特点，初步了解电流、通路和开路的概念，但对于复杂混合电路的分析、故障判断以及如何根据实际需求进行功能性电路设计的知识储备不足，需通过项目式学习和动手实践来建立系统性的电路设计与应用认知。 2.思维能力分析:学生具备基本的电路连接和实验观察能力，能定性分析简单电路中灯泡亮灭的原因，但将电路原理转化为创新设计(如设计双向控制开关分析答题器背后的隐藏逻辑)所需的抽象思维、系统思维和工程思维能力仍较薄弱，需借助电路仿真软件、实物模型和小组讨论等直观与协作方式辅助理解与设计。 3.学习兴趣与态度分析:学生对动手实验和创新设计兴趣浓厚，电路制作与展示活动能有效激发学习动机和参与感，但部分学生对抽象电路功能与实际应用之间的对应关系(如如何用电路实现“判断对错”的逻辑)存在理解困难。   教学准备  教师器材：听话电路（电池、声控灯、开关、铜箔胶带） 学生器材：三种小彩灯、led灯泡、小曲别针、电池、小灯泡、导线、铜箔胶带、kt板等。 教学过程 教学任务 教学内容 设计意图 创新设计（含AI应用）    新课引入                  展示“听话电路” 输入“开灯”、“关灯”指令，小灯亮起来。 提出问题：如何让电路听从安排，满足人们的需求呢？  点出本节课需要解决的主要问题，明确本节课主要任务。  自制创新电路引入，激发学生对创新电路的兴趣。        小组研究展示1：改进小彩灯的连接电路         教师选出相应小组进行课堂展示。（展示流程：问题呈现→电路设计→电路改进→改进效果说明） 需求：教室进行彩灯铺设 展示1：改进小彩灯的连接电路 优点：接线简单，成本较小 缺点：一个灯丝烧断，整串灯都不亮。 优点：一个灯丝烧断，其他灯不受影响。 缺点：1所需电流大，若使用干电池，耗电快。 2．耗材多，成本较大 电路改进1：分组混联 优点：，一组中坏一个，整组不亮，但其他组依然亮。 缺点：接线复杂 电路改进2：真实小彩灯（内部有备用金属丝）的结构图片或视频，解释其“看似串联，实则一根灯丝断路由备用丝导通”的工作原理。 利用实际器材进行探究，鼓励多种改进方案，重在思考的过程，而非唯一答案。 揭示真实小彩灯的工作原理，让学生体会到工程设计的精妙与妥协，理解“理想模型”与“现实产品”的差异，培养实事求是的科学态度。 教师提供以下器材： 1、市面上常见的一些彩灯产品： 2、查询网络素材（百度或AI） 要求重点分析其连接方式，并评估其中可能存在的优缺点。（从工程学角度分析：耗材成本、线路连接、使用寿命）      小组研究展示2：“回答问题正确”显示器              请为晚会设计一个“回答问题正确”显示器。 提供器材：曲别针、kt板、电池、灯泡、导线、铜箔胶带等。 需求：提问者把接线头一段连接左侧一个曲别针，代表选择一个问题，回答者把接线头另一侧连接右侧一个曲别针，代表选择一个答案，只有答案选择正确，灯泡才亮起，选择错误则不亮。 设计1： 分析：灯泡亮，说明电路接通，那么问题与答案直接必然有一根导线连接。 设计2： 改进说明：答案选择正确，绿灯亮起，选择错误则红灯亮。 总结： 1、功能：正确则通路 2、核心：问题与答案的电路配对 拓展功能：电路黑箱问题  将抽象功能需求转化为具体物理模型的关键训练。使用广告kt板、曲别针等简易材料，降低制作门槛，让学生更专注于逻辑本身。 学生设计问题将本章重点知识点和易错知识点进行回顾整理。      小组研究展示3：病房呼叫电路              病房里的病人需要呼叫护士时，护士如何能快速知道是哪个床位的呼叫？ 提供器材： kt板、电池、灯泡、导线、铜箔胶带、蜂鸣器等 需求：分析病房呼叫电路需要实现的功能：①病人按下开关；②护士站有对应指示灯亮 设计：每张床边都安装了一个开关，每个开关与值班室里的一只灯泡相对应。某一床位的病人按下开关后，值班室中对应的灯泡就会亮，护士就知道哪一位病人需要护理，并及时到来。 改进1：请同学们考虑，如果在值班室，当病人呼叫时，不仅有灯光显示，还需要声音呼叫，我们的设计应当怎样改进？ 改进说明：只需在干路上串联一个电铃即可。 需求：某些重症患者在出现紧急情况时没有办法按动开关。 改进2：在原呼叫开关的基础上，加装一个身体状况监测开关，紧急情况时，该开关可以自动闭合，也可以通知护士站的护士。 改进说明： 采取将按钮开关与身体检查开关并联，当任意一个开关闭合，都接通电路。  通过分析病人和护士的不同需求，让学生感受到科技的温度，培养其利用所学知识服务社会、关爱他人的责任感。 通过真实的生活情境，引导学生建立“生活需求——电路设计”的对应关系，将抽象问题具体化，落实，落实“从生活走向物理”的课程理念。   在原有的设计上添加身体状况监测开关，实现多重控制。     争当设计师：密码箱电路设计              情境设计： 科创队有一个机密保险箱，保险箱有三把钥匙，代表三把开关，当钥匙插入表示开关闭合，当电路接通时电动机启动将保险箱打开。请按照要求帮科创队设计出正确的电路。 学生分析需求，选择电路连接方式，设计对于电路图，并进行讲解。 1.三把钥匙同时插入（即开关同时闭合），保险箱打开。 2、三把钥匙中任意一把钥匙插入，即可开启保险箱。 引导学生进行问题分析，画出电路设计图，对学生画出的电路图进行评价总结。 总结：1开关连接中存在的关系。 “和”——串联 “或”——并联 3、队长的主钥匙A插入，同时队员的任意一把副钥匙B或C插入，保险箱打开。 4、为了防盗，保险箱装有报警装置（用电铃表示），如果没有钥匙强行开锁时，报警开关被断开，报警装置启动。  通过问题保险箱问题情境，让学生更进一步掌握电路设计的基本思路。 以密码箱设计情境将几个常见的开关连接融合在一起，提升讲课效率的同时，让学生更好的理解开关连接的关系。   解决生活实践问题              视频播放：电动车骑行过程中的意外事故。 学生分析需求，选择电路连接方式，设计对于电路图，并进行讲解。 （1）为引导市民文明出行，规范佩戴头盔，共享电动车研发了三道开关。使用时先用手机扫描二维码解锁（开关S1闭合），然后才能取下头盔（S2闭合），最后转动右手把手（S3闭合）使车开动。 （2）很多共享电动车没有转向尾灯，这为安全行驶带来了极大隐患，请为它设计一个转向灯电路：转向开关是一个单刀双掷开关，当骑行者向上按开关，左转向灯亮，向下按开关，右转向灯亮。  通过生活情境导入，增强安全意识的同时，让学生进一步体会物理服务生活的应用，增强学习沉浸感，激发创新探索的兴趣。   课堂小结                本节课的收获有哪些？ 电路设计思路：分析需求 → 选择连接方式 → 设计→测试→优化设计         继续解决生活实践问题              某同学在昏暗的楼道绊倒，于是想设计一个楼道灯。要求如下： 设计1： 楼道灯只能在晚上有声响时自动亮。已知光控开关S1在光线暗时自动闭合，光线亮时自动断开；声控开关S2在有声响时自动闭合。 设计2： 利用两个单刀双掷开关在楼上或楼下都可以开灯或关灯。 从生活情境出发，进一步让学生体会物理服务于生活应用，利用物理解决生活问题，激发学生继续创新探索的欲望。   作业设计   1.某品牌AI睡眠关怀系统有两项贴心功能：①起夜时，体感传感器检测到人体靠近，S1自动闭合，触发起夜夜灯亮起。②当打鼾传感器检测到用户打鼾时，S2自动闭合，触发抬升电动机抬起床被头部，调整头部角度；若要实现这两个功能，下列电路图能实现该需求的是（ ） A B   2.请同学们设计一个“冰淇淋自动售货机”的创意电路。该作品可以通过扫码（即该开关闭合）或投币（即该开关闭合）完成自动出售服务；当光线较暗时，光控开关闭合，还可以提供照明。下列电路图能实现该需求的是（ ） A.   B． C． D． 3.如图1所示的电动自行车，只要将图中车钥匙插入锁孔并顺时针旋转一下，车子就通电了，路宽窄均可，速度可大可小。 （1）这车钥匙实质相当于一个 ，给电动车充电时，电瓶相当于 （选填“电源”或“用电器”）； （2）图2是电动车的充电插口，内有金属插脚，在使用过程中绝不能拿硬币、手等去触碰；图3是电动车的局部电路图，其中控制器是指电动车利用蓄电池工作的所有用电器。如果硬币碰到充电插口的两个金属插脚，可能会造成 （选填“蓄电池”、“控制器”或“充电插口”）损坏；如果人体触碰蓄电池两极，人 （选填“有”或“无”）危险； （3）电动自行车两刹车手柄（如图4）中各有一只开关S1和S2；在行驶中用任一只手柄刹车时，该手柄上的开关立即断开，电动机停止工作，（如图5）电路符合要求的是 ； （4）电动自行车的左转向灯坏了，发现右转向灯闪烁，这两个灯的连接方式是 。 4.设计一个班级植物角的简易装置，要同时实现“手动控制LED补光”和“土壤干了自动亮提醒灯”功能（共用1个电源，两个功能互不影响）。请完成： （1）. 写出装置的1个核心使用场景（比如阴天、周末离校）及对应功能（例：阴天时，能手动开补光灯给植物补光）。 （2）. 画电路草图，标注电源、LED灯、手动开关、提醒灯、湿度传感器、导线，确保两个功能互不干扰。 （3）. 简单回答：①选干电池还是充电锂电池当电源？为什么？②土壤干了提醒灯不亮，说1个可能的电路故障（比如导线断了）。 答案： 1.B 2.D 3.（1）开关 用电器 （2）蓄电池 有 （3）D （4）并联 4.略 板书设计/课堂小结  3.4 跨学科实践：电路创新设计展示 一、改进小彩灯的连接电路 二、“回答问题正确”显示器 三、病房呼叫电路 四、开关连接 “和”——串联 “或”——并联   教学反思  本堂课的第一个重点是展示学生的创新设计，可以展示出设计者们如何以别出心裁的巧思，攻克了一个个问题瓶颈，最终呈现出一个个的创新设计。这节课这不仅仅是一次课堂电路创新设计展示交流，更重要的是，通过这次展示活动让学生在多个维度实现了素养的提升。在物理观念方面，学生能够准确运用所学电路知识，设计出具有创新性的电路；科学思维上，学生学会电路连接方法，进一步体会串并联电路特点；科学探究中，学生通过小组合作进行电路创新设计，培养了团队协作、问题解决和自主探究能力；科学态度与责任层面，学生将电路知识应用于实际，激发了对电学知识的兴趣，培养了创新意识和科学精神。       学科网（北京）股份有限公司 $