16.5 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全一册

该初中物理教学设计聚焦“制作简易调光台灯”，核心围绕滑动变阻器改变电路电流及功率实现调光的原理，通过情景对比导入议题，引导学生梳理物理、数学、美术、劳动等跨学科知识，搭建实践探究的学习支架。 其特色在于跨学科深度融合与完整实践链，以“设计-制作-调试-优化”培养科学探究能力，用废旧材料践行环保体现科学态度，故障排查提升科学思维，助力学生提升实践与协作能力，为教师提供可操作的跨学科教学方案。

16.5跨学科实践:制作简易调光台灯教学设计 一、核心素养目标 1物理观念:融合电路连接、电阻、变阻器等知识,理解调光台灯的工作原理,明确滑动变阻器调节电流与灯光亮度的关联。 2科学探究与实践:经历“设计—制作—调试—优化”的完整实践流程,提升电路连接、故障排查等实操能力,培养工程设计与创新思维。 3跨学科思维:整合物理电路知识、数学比例计算、美术造型设计、劳动实践技能,建立多学科融合解决实际问题的逻辑。 4社会责任:体会物理知识的实用价值,增强安全用电意识与环保理念,培养动手实践能力和团队协作精神。 二、教学重难点 1重点:简易调光台灯的电路设计与连接;滑动变阻器在调光电路中的作用与正确使用;跨学科知识的融合应用。 2难点:解决实践中出现的电路故障(如短路、接触不良、调光失效等);平衡台灯的实用性与美观性;跨学科任务的协同推进。 三、教学过程 (一)议题导入:创设情景,提出核心议题 1情景呈现:展示市场上不同款式的调光台灯,演示调光功能,对比普通台灯与调光台灯的差异。提问:调光台灯为何能实现亮度调节?它的内部电路包含哪些元件?如果让你制作一款简易调光台灯,需要用到哪些学科的知识?2核心议题提出:围绕“如何融合多学科知识,制作一款功能可行、造型美观的简易调光台灯”展开跨学科实践探究。3师生互动:引导学生分组讨论,梳理制作调光台灯需涉及的学科知识——物理(电路连接、变阻器原理)、数学(电阻与电流的比例计算)、美术(造型设计、色彩搭配)、劳动(裁剪、组装),明确各学科的核心任务,激发实践兴趣。 (二)跨学科知识整合:夯实实践基础 1物理知识回顾:①核心原理:调光台灯的本质是通过滑动变阻器改变电路中的电流,进而改变小灯泡的实际功率,实现亮度调节。②电路组成:电源、开关、滑动变阻器、小灯泡、导线,各元件串联连接,滑动变阻器需遵循“一上一下”接线规则。③安全提示:强调使用低压电源(如3-6V电池组),避免使用家庭电路电源;连接电路时开关断开,调试前检查电路是否存在短路。2跨学科知识关联:①数学:根据电源电压和小灯泡额定参数,计算所需滑动变阻器的最大阻值,确保调光范围合理。②美术:指导学生设计台灯造型,需兼顾实用性(如灯罩角度、底座稳定性)与美观性(色彩协调、造型简洁)。③劳动:讲解常用工具(剪刀、胶水、螺丝刀)的正确使用方法,强调手工操作安全。3师生互动:分组完成“知识梳理清单”,明确各学科知识在实践中的应用要点,教师抽查点评,补充遗漏的关键知识点(如滑动变阻器规格选择、电路故障排查方法)。 (三)实践探究一:设计简易调光台灯方案 1提出任务:每组需完成简易调光台灯的设计方案,包含电路设计图、材料清单、造型设计图、分工安排。2方案设计指导:①电路设计:引导学生画出串联电路原理图,标注各元件符号,明确滑动变阻器的接线方式。教师展示规范电路图,提醒学生注意元件连接顺序(电源正极 开关 滑动变阻器 小灯泡 电源负极)。②材料选择:根据设计方案选择材料,核心材料:低压电源(3-6V电池组)、小开关、滑动变阻器(建议10-20 )、小灯泡(与电源电压匹配)、导线;造型材料:硬纸板、塑料瓶、易拉罐等废旧材料(践行环保理念)。③造型设计:结合美术知识,设计台灯底座(保证稳定性)、灯罩(汇聚光线),要求造型简洁、便于操作。④分工安排:每组明确物理操作组(电路设计与连接)、美术设计组(造型制作)、统筹协调组(材料准备与调试),确保各环节有序推进。3方案展示与优化:①各小组展示设计方案,分享电路设计思路、造型创意、材料选择理由。②师生点评:教师从电路可行性、造型实用性、材料环保性等方面点评,提出优化建议(如调整滑动变阻器规格、增强底座稳定性)。③小组完善方案:根据点评意见修改方案,确定最终制作方案。 (四)实践探究二:制作简易调光台灯 1分组制作:①造型制作:美术设计组根据设计图,利用废旧材料制作台灯底座和灯罩,完成裁剪、粘贴、组装,确保底座平稳、灯罩角度合理。②电路连接:物理操作组按照电路图连接电路,步骤:先固定各元件在底座上 连接导线(注意导线连接牢固,避免接触不良) 滑动变阻器“一上一下”接线 检查电路(开关断开,滑片移到最大阻值处)。③统筹协调组:协助准备材料,监督制作进度,及时沟通各小组遇到的问题。2教师指导要点:①电路连接指导:巡视检查各小组电路连接情况,重点纠正滑动变阻器接线错误、导线接触不良、电源正负极接反等问题。②造型制作指导:提醒学生注意手工操作安全,优化造型细节(如打磨边缘、调整灯罩角度)。③安全把控:全程强调低压电源的使用规范,禁止私自更换高压电源,避免触电风险。3初步调试:各小组完成制作后,闭合开关,移动滑动变阻器滑片,观察小灯泡亮度是否变化。若出现调光失效、灯泡不亮等问题,小组内合作排查故障,教师针对性指导故障排查方法(如用导线逐一排查断路位置、检查滑动变阻器滑片是否卡滞)。 (五)实践探究三:调试优化与成果展示 1深度调试:①调光功能调试:移动滑片,观察灯泡亮度变化是否连续、均匀,若调光范围过小,更换更大阻值的滑动变阻器;若亮度变化不明显,检查电路接触情况。②安全性与实用性调试:检查导线连接是否牢固、元件固定是否稳定、开关操作是否顺畅,确保使用安全。2优化完善:根据调试结果,各小组优化作品——电路方面:加固导线连接、更换故障元件;造型方面:美化外观、增强稳定性。3成果展示与评价:①各小组展示成品,演示调光功能,介绍制作过程、跨学科知识应用、遇到的问题及解决方法。②评价标准:从功能可行性(调光正常、开关有效)、造型美观性、跨学科融合度、团队协作、环保理念等方面进行评价。③优秀作品表彰:评选“最佳功能奖”“最佳创意奖”“最佳协作奖”,激励学生实践热情。 (六)重点知识归纳概括 1核心原理:简易调光台灯的调光本质是通过滑动变阻器改变接入电路的电阻,进而改变电路电流,影响小灯泡实际功率,实现亮度调节。2电路核心要点:①电路组成:电源、开关、滑动变阻器、小灯泡串联;②滑动变阻器使用:一上一下接线、接入前滑片移到最大阻值处;③安全关键:使用低压电源,避免短路,连接电路时开关断开。3跨学科融合要点:①物理:电路连接、电阻与电流的关系;②数学:电阻、电流的比例计算,材料尺寸测量;③美术:造型设计、色彩搭配、审美创作;④劳动:手工制作、工具使用、实践操作;⑤环保:利用废旧材料,践行绿色理念。4故障排查方法:①灯泡不亮、无电流:检查开关接触、导线连接、电源正负极、灯泡灯丝;②调光失效:检查滑动变阻器接线、滑片是否卡滞、电阻丝是否损坏;③亮度变化异常:检查电路接触不良、滑动变阻器规格不匹配。用黑色字体突出上述核心知识点,帮助学生梳理实践中的关键知识与方法。 (七)练习巩固 情景材料:某科技社团开展简易调光台灯制作活动,社团成员分为多个小组,利用低压电源、滑动变阻器、小灯泡等元件制作台灯。活动中,部分小组遇到了电路故障,如灯泡不亮、调光失效等问题;还有小组想优化台灯设计,提升调光效果和美观度。 1下列关于简易调光台灯工作原理的说法,正确的是【】 A通过改变电源电压改变灯泡亮度 B通过改变滑动变阻器接入电阻改变电流,进而改变亮度 C通过改变小灯泡的电阻改变亮度 D通过改变电路连接方式改变亮度 2上述情景中,某小组制作的台灯闭合开关后灯泡不亮,电流表无示数,可能的原因是【】 A滑动变阻器接成一上一下接线 B小灯泡被短路 C导线接触不良导致电路断路 D滑动变阻器接入电阻过小 3关于简易调光台灯的电路连接,下列说法正确的是【】 A滑动变阻器应与小灯泡并联 B开关应接在电源负极与小灯泡之间 C滑动变阻器接入电路前,滑片应移到最大阻值处 D电源正负极可以任意连接,不影响电路工作 4某小组选用3V电源、2.5V小灯泡制作台灯,为实现良好调光效果,应选择的滑动变阻器规格合理的是【】 A1 1A B5 1A C50 1A D100 1A 5下列关于制作简易调光台灯的跨学科知识应用,说法错误的是【】 A物理知识:电路连接、变阻器工作原理 B数学知识:元件参数计算、材料尺寸测量 C美术知识:电路设计、故障排查 D劳动知识:手工制作、工具规范使用 6某小组制作的台灯调光效果差,移动滑片灯泡亮度变化不明显,可能的原因是【】 A滑动变阻器阻值过大 B滑动变阻器阻值过小 C小灯泡短路 D开关接触不良 7下列关于制作简易调光台灯的安全注意事项,正确的是【】 A可以使用家庭电路220V电源,提升调光效果 B连接电路时,开关可以处于闭合状态 C选用废旧材料制作造型时,需打磨边缘避免划伤 D调试电路时,可用手直接触摸导线裸露部分检查接触情况 8某小组想优化台灯设计,让台灯兼具调光和调色功能,下列方案可行的是【】 A更换更大阻值的滑动变阻器 B在电路中并联不同颜色的小灯泡 C在小灯泡外侧套不同颜色的可更换灯罩 D改变电源电压的大小 9情景材料:某小组制作简易调光台灯,选用6V电池组、10 滑动变阻器、6V小灯泡,电路为串联连接。闭合开关后,移动滑片,发现灯泡亮度始终很暗,且几乎不随滑片移动变化。小组成员检查了导线连接,发现滑动变阻器接的是瓷筒两端的两个接线柱。 请根据上述情景回答下列问题: (1)灯泡亮度始终很暗的原因是什么? (2)滑动变阻器接瓷筒两端两个接线柱,为什么无法实现调光? (3)请给出解决该问题的具体方案,并说明理由。 (4)若更换成20 的滑动变阻器,调光效果会如何变化?为什么? 10情景材料:某科技社团计划举办简易调光台灯创意大赛,要求作品兼具功能性、美观性、环保性和创新性。某小组想围绕“环保+智能”主题设计作品,选用废旧塑料瓶制作底座和灯罩,计划增加一个“光线感应”功能,让台灯在光线暗时自动亮起,光线亮时自动熄灭。 请根据上述情景回答下列问题: (1)该小组选用废旧塑料瓶制作造型,体现了什么理念?请说明这种理念的意义。 (2)若要实现“光线感应”功能,需要在电路中增加什么元件?该元件的作用是什么? (3)结合跨学科知识,说明实现“环保+智能”主题设计需要融合哪些学科的知识。 (4)请为该小组的作品优化提出一条创新性建议,并说明理由。 (八)课堂小结与拓展 1学生总结:各小组分享实践收获,梳理制作简易调光台灯的核心步骤、跨学科知识应用、遇到的问题及解决方法,总结团队协作的重要性。2教师补充:强化调光台灯的核心原理与电路要点,梳理跨学科实践的核心逻辑——融合多学科知识解决实际问题;强调安全用电和环保理念的践行价值。3拓展延伸:引导学生思考调光台灯的升级方向,如加入充电功能、实现远程控制、设计折叠式造型等,鼓励学生课后继续探索,培养创新思维。4师生互动:通过提问巩固核心知识,如“调光台灯的调光原理是什么?”“滑动变阻器的正确接线方式是什么?”“本次实践融合了哪些学科知识?”,强化实践与理论的关联。 四、练习答案及解析 1答案:B解析:简易调光台灯的核心原理是通过滑动变阻器改变接入电路的电阻,进而改变电路电流,影响小灯泡实际功率,实现亮度调节;无法改变电源电压,也不改变小灯泡自身电阻和电路连接方式,A、C、D错误,B正确。 2答案:C解析:滑动变阻器接一上一下接线是正确接法,不会导致灯泡不亮,A错误;小灯泡短路会导致灯泡不亮但电流表有示数,B错误;导线接触不良导致电路断路,电流无法通过,灯泡不亮、电流表无示数,C正确;滑动变阻器接入电阻过小会导致灯泡过亮,D错误。 3答案:C解析:滑动变阻器应与小灯泡串联,A错误;开关应接在电源正极与用电器之间,便于控制电路通断,B错误;滑动变阻器接入前滑片移到最大阻值处,可保护电路,C正确;电源正负极接反会导致电流方向相反,若为小灯泡电路虽能发光,但不符合规范,且部分元件可能损坏,D错误。 4答案:B解析:3V电源搭配2.5V小灯泡,串联电路中滑动变阻器需分担0.5V电压,根据串联分压规律,滑动变阻器阻值不宜过小(1 分压不足,调光效果差)或过大(50 、100 分压过大,灯泡过暗),5 规格合理,B正确。 5答案:C解析:电路设计、故障排查属于物理知识范畴,美术知识主要应用于造型设计、色彩搭配,C错误;A、B、D对跨学科知识应用的表述均正确。 6答案:B解析:滑动变阻器阻值过小,接入电路后电阻变化范围小,导致电流变化小,灯泡亮度变化不明显,B正确;阻值过大则灯泡过暗,调光范围也小,但亮度变化更不明显的是阻值过小,A错误;小灯泡短路会导致灯泡不亮,C错误;开关接触不良会导致灯泡时亮时灭,D错误。 7答案:C解析:严禁使用家庭电路220V高压电源,存在触电风险,A错误;连接电路时开关应断开,B错误;废旧材料边缘可能尖锐,打磨后可避免划伤,C正确;调试时触摸裸露导线会触电,D错误。 8答案:C解析:更换更大阻值滑动变阻器仅改变调光范围,A错误;并联不同颜色小灯泡无法实现调色(会同时发光),B错误;套不同颜色可更换灯罩,能通过更换灯罩实现调色,方案可行,C正确;改变电源电压会影响灯泡寿命,且不能调色,D错误。 9答案:(1)原因是滑动变阻器接了瓷筒两端的两个接线柱,接入的是最大阻值且固定不变的电阻,电路总电阻过大,根据欧姆定律,电源电压不变时,电流过小,灯泡实际功率过小,故亮度始终很暗。(2)滑动变阻器接瓷筒两端接线柱时,接入电路的是全部电阻丝,电阻固定不变,无法通过移动滑片改变电阻,因此无法改变电路电流,无法实现调光。(3)解决方案:将滑动变阻器的接线改为“一上一下”,即断开瓷筒一端的接线,改接金属杆一端的接线柱。理由:“一上一下”接线时,移动滑片可改变接入电路的电阻丝长度,进而改变电阻和电流,实现调光功能。(4)调光效果会更明显,亮度变化范围更大。理由:20 滑动变阻器的电阻变化范围比10 更大,串联在电路中时,电流变化范围更大,灯泡实际功率变化更明显,因此调光效果更好。 10答案:(1)体现了环保理念。意义:减少废旧材料的丢弃,降低环境污染;节约资源,实现资源的循环利用;培养可持续发展意识,推动绿色生活方式的形成。(2)需要增加光敏电阻。作用:光敏电阻的阻值随光线强度变化而变化,光线暗时阻值变小,电路电流变大,台灯自动亮起;光线亮时阻值变大,电路电流变小或为零,台灯自动熄灭,从而实现光线感应功能。(3)需要融合的学科知识:①物理:电路设计、光敏电阻工作原理、串联电路规律;②美术:造型设计、色彩搭配,提升美观性;③劳动:手工制作,利用废旧材料完成组装;④生物/环境:了解光线对生活的影响,践行环保理念;⑤数学:元件参数计算、尺寸测量。(4)创新性建议:在台灯底座加入USB充电模块,利用废旧手机充电器改装供电。理由:实现充电功能,提升作品实用性;充分利用废旧电子元件,强化环保理念;符合智能生活需求,提升作品创新性。 学科网(北京)股份有限公司 $