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

该初中物理教学设计聚焦“制作简易直流电动机”核心实践，围绕“磁场对通电线圈有力的作用”及“换向器关键作用”原理，通过短视频展示创意电动机作品、教师演示模型导入，衔接上节课理论，以结构拆解、制作要点等学习支架引导学生从原理到实践。 此设计以“观察-制作-调试”为主线，突出“做中学”特色，融合物理观念（深化原理认知）、科学思维（迭代优化）、科学探究（故障诊断）。如分步骤制作中“刮漆半周”关键操作指导，调试环节用故障排查指南培养系统思维，提升学生动手与问题解决能力，为教师提供结构化教学支持与材料管理建议。

第五节《跨学科实践：制作简易直流电动机》 1. 物理观念：在动手制作中，深化对“磁场对通电线圈有力的作用”及“换向器是使直流电动机持续转动的关键部件”等核心观念的理解，从原理认知上升到结构实现。 2. 科学思维：经历“设计-制作-调试-优化”的完整工程实践过程，发展运用科学原理解决实际技术问题的系统性思维与迭代优化思维。 3. 科学探究与实践：能根据原理自主设计并动手制作一台可连续转动的简易直流电动机；在调试过程中，能发现问题（如不转、摆动）、提出假设（如接触不良、受力不平衡）并尝试解决问题，提升跨学科实践与物化能力。 4. 科学态度与责任：在克服制作困难、体验成功喜悦的过程中，培养精益求精的工匠精神和协作意识；通过将理论模型转化为实体作品，增强创新自信，体会“知行合一”的工程魅力。 重点：依据电动机工作原理，完成简易电动机的制作与成功运转。 难点：在制作中精确实现“换向”功能（电刷与电极的可靠接触）；对运转不良的作品进行有效的诊断与调试。 教师准备：多个成功且造型各异的自制电动机模型、调试成功的微视频、常见故障排查图。 学生分组（2-3人一组）： 核心材料：漆包线（直径约0.3-0.5mm）1米、强力钕磁铁（圆形）1-2块、5号电池1节、回形针2枚、螺丝刀（或竹签）1根、绝缘胶带、砂纸。 辅助工具：剪刀、尖嘴钳、电池盒（可选）。 安全提示：强调使用砂纸打磨漆包线线头时的操作规范，避免划伤。 第一环节：指尖炫舞 · 情境导入 (设计时长：5分钟) 情境设计与操作： 1. 教师播放一段快节奏的短视频，展示多种造型精美、高速旋转的自制微型电动机作品（如用线圈和磁铁制作的小风车、陀螺等）。 2. 教师随即拿出一个课前制作好的、同样能快速连续转动的简易电动机模型（核心部件可见），置于讲台。提问：“这些令人着迷的旋转，其核心动力就来自于这几样最简单的材料——线圈、磁铁和电池。上一节课，我们‘破解’了它的原理。今天，我们能否化身小小工程师，‘复制’甚至‘创造’出属于自己的动力之源？” 设计意图：用视觉冲击力强的创意作品激发学生的制作欲望和挑战精神，从欣赏者转变为创造者。明确本课的工程实践主题，将上节课的理论学习自然衔接到本节课的动手实践。 教师引导：“从原理图到能真实转动的装置，中间隔着‘制作’这座桥梁。让我们从观察一个成功的样品开始，看看工程师是如何思考的。” 第二环节：抽丝剥茧 · 观察析理 (设计时长：8分钟) 学生活动与分析： 1. 观察结构：每组观察教师提供的电动机模型或高清结构图。引导学生拆解分析，明确制作必需的四大核心部分：转子（线圈）、定子（磁铁）、换向器（电极）、电刷（支架与导线）。 2. 明晰要点：师生互动讨论，聚焦制作成败的三个关键点：①线圈必须绕制成对称的矩形或椭圆形，并刮净一端漆包线的半周（制造“换向器”效果）。②电刷（用回形针制作）需与线圈转轴（刮净处）保持良好但压力适当的接触。③磁铁磁场方向与线圈平面需大致平行。 3. 设计规划：学生在任务单上简单绘制自己的制作草图，规划步骤。 设计意图：将复杂的制作任务进行结构化分析，引导学生从“看热闹”转向“看门道”，明确制作的核心要素与技术要求。绘制草图是工程设计思维的起点，能帮助学生理清思路，减少盲目操作。 过渡设计：“既然我们已经洞悉了它的核心机密，何不亲手创造一个属于自己的‘动力心脏’？让我们进入工作坊，从打造它的‘灵魂’——线圈开始。” 第三环节：巧手成芯 · 主体制作 (设计时长：15分钟) 学生活动与制作： 1. 活动一：制作转子。学生用漆包线在电池或笔杆上绕制一个约6-10匝的矩形线圈，两端线头留出3-4cm作为转轴。用砂纸精细地打磨掉一端线头全部绝缘漆，另一端只打磨掉上半周的绝缘漆。这是成功的关键。 2. 活动二：制作定子与支架。将两枚回形针用胶带或钳子弯折成“门”形支架，固定在电池两侧，作为电刷兼轴承支架。将强力磁铁吸附在电池中间。 3. 活动三：总装与初试。将线圈两端的“转轴”搁在回形针弯成的支架上，调整位置使线圈位于磁铁上方，且能灵活转动。连接电路，轻推线圈，观察是否能开始转动。 设计意图：这是实践的核心环节，将理论转化为实物。分步骤操作降低了难度。重点训练学生的精细操作技能（特别是打磨“半周”绝缘漆），培养耐心与专注力。初步测试让学生获得即时反馈。 过渡设计：“第一个能自己转起来的线圈，无疑是令人兴奋的！但真正的挑战往往在‘成功’之后。如何让它转得更稳、更快、更持久？工程师的旅程，始于成功，成于调试。” 第四环节：精益求精 · 调试优化 (设计时长：10分钟) 学生活动与探究： 1. 调试诊断：教师展示几种常见故障现象（如“纹丝不动”、“只抖不转”、“转动无力”），引导学生成立“技术诊断小组”，对照任务单上的“故障排查指南”进行分析。可能原因包括：接触不良、打磨不达标、线圈不平衡、磁极位置不对等。 2. 迭代优化：学生针对自己作品的问题进行针对性调试。如：用砂纸再次精细打磨接触点；调整线圈形状使其更对称；微调磁铁位置或尝试增强磁场（加一块磁铁）；调整电刷的松紧度。 3. 性能竞赛（可选）：对成功运转的作品，可开展“谁的电动机转得最久/最稳”的小竞赛，激励学生追求优化。 设计意图：这是科学探究与工程思维培养的深化环节。引导学生从“做出产品”到“做好产品”，体验“设计-测试-改进”的迭代过程。排查故障的过程是运用原理分析问题的绝佳训练，培养解决问题的能力。 过渡设计：“当我们的线圈稳定旋转起来，电能便化为了永不疲倦的机械能。这个看似简单的装置，与推动时代巨轮的电动机，有何共通之处？它又给我们怎样的启示？” 第五环节：格物致知 · 拓展升华 (设计时长：7分钟) 总结与延伸： 1. 原理再认：请成功的小组展示作品，并简述其工作原理。师生共同总结：简易电动机与真实电动机在核心原理（通电线圈在磁场中受力转动，通过换向器持续）上完全一致，差异在于结构的精密性与材料的优化。 2. 意义升华：讨论这一实践活动的价值：它不仅验证了理论，更让我们体验了“创造”的完整过程——从想法到实物，从粗糙到精良。这就是工程与技术的起点。 3. 创意延伸：鼓励学生课后思考：如何让电动机反转？如何改变转速？能否用你的电动机驱动一个小风扇或小车？提供开源创客社区的参考资源。 设计意图：引导学生从实践体验回归理论本质，完成认知闭环。强调工程实践的创造价值，激发学生的创新内驱力。将课堂兴趣延伸至课外，鼓励持续探索，体现跨学科实践课程的开放性。 第五节 跨学科实践：制作简易直流电动机 原理指导实践，巧手创造转动 一、 核心四部曲 1. 转子（线圈）：绕制对称，刮漆“半周”（关键！） 2. 定子（磁铁）：提供磁场 3. 换向器：刮漆“半周”即是 4. 电刷（支架）：回形针弯制，接触良好 二、 制作三步走 绕 → 刮 → 装 （绕线圈）（刮绝缘漆）（装配调试） 三、 调试两方向 【不转/抖动】查：接触？平衡？磁场？ 【优化提速】调：对称性、磁力、润滑 四、 知行合一 理论（电生力，换向续） → 实践（手中电动机） 1. 成功在于化繁为简与精准示范：将复杂的电动机结构提炼为四个核心部件，降低了学生的认知负荷。“刮漆半周”这一关键操作，通过慢动作视频与实物放大图进行前置示范，有效预防了普遍性错误，保障了多数小组的制作成功率。 2. 难点突破依赖于结构化支持：“调试优化”环节是能力提升的关键。预先准备的“故障排查指南”为学生提供了思维支架，引导其从盲目尝试转向有理有据的诊断，将可能出现的挫折转化为有价值的探究学习过程，培养了他们的系统思维和抗挫折能力。 3. 时间把控与材料管理是实践课的生命线：本节课程环节多，学生活动密集。必须对每个环节（特别是绕线圈和刮漆）给出明确的时限建议，并加强巡视指导。统一、足量且质量合格的材料包（如磁铁磁性、漆包线规格）是成功的物质基础，课前必须逐一测试。 4. “学科实践”的深度体现在思维层面：本节课的价值远超“做一个手工”。通过引导学生在失败时回溯原理找原因，在优化时思考变量之间的关系，真正实现了“动手”与“动脑”的深度融合，让物理观念和科学思维在解决问题的过程中落地生根。 教学设计总结： 本设计以“观察-制作-调试”为主线，将电动机原理转化为具体可感的工程任务。学生从分析样品起步，在亲手绕制、精细打磨中体验关键工艺，于调试优化中深化原理理解。全课注重“做中学、学中思”，不仅制作出一个能动的小装置，更培养了解决问题、迭代优化的工程思维与精益求精的实践品格。 学科网（北京）股份有限公司 $