第十六章 电压 电阻 第5节：跨学科实践：制作简易调光台灯（教学设计）----2025-2026学年人教版物理九年级上学期

该初中物理教学设计聚焦“制作调光台灯”跨学科实践，核心为理解“改变电阻→改变电流→改变亮度”原理。以长信宫灯传统文化导入，衔接现代调光台灯，结合滑动变阻器旧知，铺垫分段与无级调光电路设计及电位器应用，构建知识支架。 特色在于跨学科融合与完整探究，通过对比分段/无级调光培养科学思维，经历“原理-设计-制作-调试”过程提升科学探究能力，AI生成视频辅助教学。长信宫灯导入强化文化自信，助力学生提升动手与问题解决能力，为教师提供可操作的实践方案与评价工具。

教学设计 课程基本信息 课题 跨学科实践：制作调光台灯 课型 新授课 学科 初中物理 年级 九年级 学段 初中 版本章节 九年级物理（全一册）人教版2024 教学目标 · 物理观念：1.能观察台灯调光现象，说出调光核心原理（改变电阻→改变电流→改变亮度）；2.了解电源、电位器、小灯泡（或 LED）的作用，掌握串联电路连接方法，能正确区分 LED 正负极（长正短负）和电位器接线方案。 · 科学思维：1.通过对比 “分段调光” 与 “无级调光” 的差异，分析两种方案的优缺点（如分段调光简单但亮度不连续，无级调光连续但需电位器）；2.在设计台灯结构时，能结合稳定性、材料易得性等因素解决实际问题。 · 科学探究：经历 “原理分析→电路图设计→元件选择→结构设计→动手制作→调试优化” 的完整过程，明确电位器在电路中的作用，能独立完成简单调光电路的连接与台灯组装，尝试解决制作中出现的接触不良、亮度不调节等问题。 · 科学态度与责任：1.通过了解 “长信宫灯” 的环保设计与国宝价值，建立文化自信；2.在实践中养成实事求是的科学态度（如如实记录调试问题），增强安全操作意识（如使用工具时防割伤、防短路），体会物理知识在生活中的实际应用。 教学重难点 · 重点：1. 调光原理：理解 “改变电阻→改变电流→改变亮度” 的逻辑关系；2. 电路设计：能画出分段调光和无级调光的串联电路图；3. 电位器应用：掌握电位器的两种接线方案及与亮度的关系。 · 难点：1. 电位器的正确接线（避免接错导致亮度不调节或电阻不变）；2. 台灯结构的稳定性设计（底座不晃、支架支撑灯泡牢固）；3. 制作中突发问题解决（如 LED 接反不亮、导线接触不良）。 学情分析 · 教材分析：本节是2024人教版九年级全一册16.5节跨学科实践内容，承接变阻器知识，聚焦“电路设计-制作-调试”完整过程。实践融合多学科知识，是新课标跨学科要求的具体体现。 · 学生分析：本次“制作调光台灯”实践面向初三学生，他们已掌握串并联电路等核心知识，熟悉滑动变阻器原理及电表使用，具备基础电路搭建经验。动手能力较强，对实物制作兴趣浓厚，能初步分析电路故障。但抽象逻辑转化仍需强化，对“电阻-电流-亮度”关联理解不深，工程思维薄弱，故障排查依赖盲目尝试。部分学生实操技能分化，小组活动易出现参与不均问题，需通过具象演示与分层任务引导提升。 教学准备 （一）教师准备 1.多媒体课件：包含长信宫灯高清图片、现代调光台灯实物图、调光原理动画、电路图示例、电位器连接视频； 实物教具：长信宫灯模型（或 3D 打印模型）、分段调光 / 无级调光台灯样品、电位器（带接线柱标注）、小灯泡、LED、干电池（2 节 / 3 节）、导线、开关、木板 / 小木盒（底座示例）、PVC 管 / 竹棒（支架示例）、纸杯（灯罩示例）； 2. 工具与表格：电路图模板、项目评价表（课件版）、展评评分表、“问题解决卡”。 （二）学生准备 1.分组：4-5 人一组，确定组长（负责分工协调）、记录员（记录设计方案和问题）、操作员（负责电路连接）、制作员（负责底座 / 支架 / 灯罩制作）； 材料收集（提前 1 周布置）： 2.电路类：小灯泡（2.5V 或 3.8V）或 LED、电位器（1kΩ）、干电池（2-3 节）、电池盒、导线（带剥线钳）、开关； 3.结构类：底座材料（小木盒、硬纸板、塑料盒）、支架材料（竹棒、吸管、PVC 小管）、灯罩材料（纸杯、方便面桶、卡纸）； 4.工具类：剪刀、双面胶、扎带、小刀（钝头，避免割伤）、铅笔、橡皮。 教学过程 教学任务 教学内容 设计意图 创新设计（含AI应用） 第 1 课时：原理分析与方案设计 环节 1：情景导入 —— 从 “国宝” 到 “实践”（5 分钟） 教师活动： 展示长信宫灯图片 / 模型，讲解：“这是西汉的长信宫灯，国宝级文物，它的宫女衣袖是‘虹管’，能吸收油烟，既环保又美观 —— 这是古代人的智慧。” 再展示现代调光台灯（如卧室调光台灯、学习调光台灯），提问：“这些台灯能调节亮度，方便我们看书或休息。大家有没有想过：它们是怎么实现调光的？今天我们就来挑战 —— 自己制作一盏调光台灯！” 学生活动： 观察长信宫灯和现代台灯，思考教师问题，激发实践兴趣。 结合传统文化，培养文化自信，同时通过生活实例引出项目，衔接物理知识与实际应用。 AI生成视频 环节 2：温故知新 —— 铺垫调光原理（3 分钟） 教师活动： 引导回忆旧知：“之前我们学过，改变小灯泡亮度的方法有哪些？（学生回答后补充）比如换更多电池（改变电压）、串联电阻（改变电阻）。生活中台灯不能频繁换电池，所以核心方法是 —— 改变电阻！” 学生活动： 小组讨论后举手回答，明确 “改变电阻” 是调光的关键。 设计意图：衔接旧知，为新授内容铺垫，降低原理理解难度。 预先布置任务： AI搜索改变小灯泡亮度的新方法 环节 3：探究新知 —— 调光原理与电路设计（25 分钟） （1）调光原理：分段 VS 无级（8 分钟） 教师活动： 讲解“调光台灯分两类 —— 分段调光（比如按开关切换‘亮→较亮→最亮’）和无级调光（旋转旋钮，亮度连续变化）。它们的核心都是改变电阻，但方式不同。” 用简笔画演示： 分段调光：电源→开关→定值电阻 R1/R2（通过开关切换）→灯泡（电阻不同，电流不同，亮度分段变化）；无级调光：电源→开关→电位器（连续改变电阻）→灯泡（电流连续变化，亮度连续调节）。 提问：“分组讨论：分段调光和无级调光各有什么优点和缺点？” 学生活动： 分组讨论 2 分钟，小组代表发言（如 “分段调光简单，不用电位器；无级调光更方便，亮度能随便调”），教师总结点评。 （2）电路图设计：画一画，评一评（10 分钟） 教师活动： 分发电路图模板，讲解绘制要求：“用规范的元件符号（电源、开关、电阻、灯泡、电位器），画串联电路。分段调光要画出两个定值电阻和切换开关；无级调光要画出电位器。” 巡视指导，重点纠正 “元件符号错误”“未画串联” 等问题。 选择 2-3 组的电路图展示，引导全班点评：“这组的分段调光电路，开关能切换 R1 和 R2 吗？电位器的符号画对了吗？” 学生活动： 分组绘制两种电路图，记录员记录设计思路，展示后听取点评，修改错误。 （3）元件选择与结构设计：定方案，列清单（7 分钟） 教师活动： 元件选择指导： 光源：“优先选 LED（省电，不易坏），注意 LED 正负极 —— 长引脚是正极，短引脚是负极，接反会不亮；也可以选小灯泡，注意电压匹配（如 3.8V 灯泡用 3 节干电池 4.5V，避免烧坏）。” 变阻器：“滑动变阻器太大，不好装在台灯上，所以用‘电位器’（展示实物），小巧易固定，旋转旋钮就能变电阻。” 结构设计引导：“台灯需要底座、支架、灯罩。底座要稳（比如用重一点的木盒），支架要支撑灯泡（比如竹棒），灯罩要反光（比如纸杯，内壁涂银色更亮）。分组讨论：你们组打算用什么材料做这三部分？” 学生活动： 分组讨论，确定元件规格和结构材料，记录员列出 “材料清单”（如 “电源：3 节干电池；底座：小木盒；支架：竹棒；灯罩：纸杯”）。 设计意图：通过对比 “分段调光” 与 “无级调光” 的差异，分析两种方案的优缺点。制定无级调光设计方案，准备好实验材料。让学生熟悉整个分析-设计-制作的流程。 预先布置任务：利用AI比较市面上台灯支架新型材料 环节 4：课堂小结与作业（2 分钟） 教师活动： 总结本节课核心：“我们明确了调光原理是‘改变电阻→改变电流→改变亮度’，画了两种电路图，确定了材料清单。下节课我们就动手制作！” 学生作业： 检查材料是否齐全，补充缺少的材料；组长协调好下节课的分工。 设计意图：总结原理，学生明确下一步任务。 第 2 课时：实践制作与评价拓展 环节 1：复习回顾 —— 明确制作要点（3 分钟） 教师活动： 快速提问：“电位器有两种接线方案，接 A 和 B，向右旋转旋钮，电阻怎么变？亮度怎么变？（学生回答：电阻变小，亮度变亮）接 B 和 C 呢？（电阻变大，亮度变暗）LED 正负极怎么区分？（长正短负）”，强调安全：“用小刀时慢慢切，导线接牢固，别短路！” 学生活动： 集体回答，明确制作要点和安全注意事项。 设计意图：衔接理论，为动手实践做准备。 环节 2：实践制作 —— 分组动手，解决问题（30 分钟） 教师活动： 巡视指导，重点关注： 电路连接：电位器接线是否正确（避免接 A 和 C 导致电阻不变）、LED 正负极是否接反、导线接头是否用扎带固定（防止接触不良）； 结构制作：底座是否稳固（可建议在底座底部贴双面胶或加重物）、支架是否垂直（用扎带固定在底座上）、灯罩是否能罩住灯泡（高度合适，不挡光）； 问题解决：遇到 “LED 不亮”，引导检查正负极；遇到 “亮度不变”，引导检查电位器接线；遇到 “底座晃”，引导加重物。 提醒时间：“前 20 分钟完成电路连接和结构组装，后 10 分钟调试亮度。” 学生活动：分组分工制作： 操作员：连接电路（电源→开关→电位器→LED / 灯泡），调试亮度，确保能连续调节； 制作员：固定底座（将电池盒、电位器用双面胶贴在底座上）、安装支架（用扎带将竹棒固定在底座）、制作灯罩（在纸杯上画图案，剪去底部，套在灯泡外）； 记录员：记录制作中遇到的问题（如 “LED 接反不亮→换正负极后亮了”）和解决方法。 设计意图：学生动手制作，从理论付诸实践。在实践中发现问题，解决问题。 环节 3：评价拓展 —— 展示交流，优化改进（10 分钟） （1）小组展示与互评（7 分钟） 教师活动： 每组派 1 名代表展示台灯，讲解：“我们组的台灯用了什么材料？调光是否顺畅？有什么特色？（如‘灯罩画了故宫图案，结合传统文化’）” 分发 “项目评价表”（如下），引导其他小组评分（打√或 ×），并提出改进建议（如 “底座有点晃，建议加个螺丝加重”）。 学生活动： 展示台灯，听取他组评价，记录改进建议。（参照评价表见附件） （2）拓展思考（3 分钟） 教师活动： 提出进阶问题：“除了今天的机械电位器，我们还能怎么优化台灯？比如用‘数字电位器’（更精准）、用充电宝当电源（不用换电池）、加‘光控开关’（天黑自动亮）、灯罩用凹面镜（聚光，更亮）。大家课后可以试试！” 学生活动： 讨论感兴趣的拓展方向，记录 1-2 个优化想法。 设计意图：通过评价环节，启迪新创意。在友好交流中，促进团队协作意识，增强团队进取精神。 环节 4：作业与总结（2 分钟） 教师活动： 布置作业：结合课堂评价和拓展想法，课余时间优化台灯（如给底座加重、装饰灯罩），下周社团活动进行 “调光台灯展评”，用 “展评评分表”打分。（见附件） 引导总结：“今天我们从设计到制作，完成了调光台灯，不仅学会了‘改变电阻调光’的原理，还锻炼了动手能力。物理就在生活中，希望大家多观察、多实践！” 学生活动： 谈收获。并记录作业要求，整理制作工具和材料。 设计意图：实践优化，增强创新意识。收拾整理提升实践逻辑能力。 利用AI优化结构设计图，美化成品。 作业设计 1、 利用AI进一步优化成品，可从材料、结构、功能等方面进行在设计。 2、 开展社团活动：《我的心愿台灯》，进行评价展示，建立校园展示台。 板书设计/课堂小结 跨学科实践：制作调光台灯 无级调光电路图 电位器的连接 教学反思 1、 需关注学生的动手能力差异，对电路连接不熟练的小组，可提前安排 “小老师”（动手能力强的学生）协助； 2、 2、电位器的接线是难点，下次教学可制作 “接线示意图卡”（标注 A、B、C 接线柱和电流方向），方便学生参考； 3、拓展环节可提供简单的 “光控模块” 样品，让学生直观感受智能调光，进一步激发创新兴趣。 附件 项目评价表： 展评评分表 项目 评分（满分100分） 改进意见 科学性（20） 创新性（20） 材料易收集性（20） 节能环保性（20） 实用性（20） 总分 学科网（北京）股份有限公司 $