“AI红色电波工程师 设计一台简易电报机” — 作业设计 -2026-2027学年沪科版物理九年级全一册

“AI红色电波工程师——设计一台简易电报机” ——《实践:自制电报机》跨学科数智化课堂作业设计说明 “AI红色电波工程师——设计一台简易电报机” ——沪科版初中物理《实践:自制电报机》作业设计说明 学段学科 初中物理 作业类型 AI协同跨学科实践作业 总体设计思路 本作业本作业紧扣数智赋能与双减要求，分为基础探秘、分层探究、课后拓展创作三个阶段，遵循 “基础识记→情境应用→实验探究→工程设计→综合创作” 的认知规律，设置基础、提升、拓展三个难度梯度分层开展个性化辅导，实现减负增效。全程以 “长征红色电波工程师” 为统一情境，串联红军发报机、摩尔斯密电、电磁继电器纪念灯、手摇发电机等真实应用场景，在短时高效完成学习任务的同时，兼顾知识落实、能力培养与价值引领，全面发展物理核心素养。 情境材料出处 一、教材依据 本作业紧扣《义务教育物理课程标准（2022 年版）》电和磁主题要求，对应人教版九年级全一册第二十章《电与磁》，覆盖电流磁效应、电磁铁、电磁继电器、电磁感应等核心知识点，贴合教材实验与应用拓展内容。 二、现实依据 红色历史：2026 年是长征胜利 90 周年，红军长征期间依靠电磁铁式发报机、手摇发电机开展无线电通信，相关事迹与设备原理均来自中央党史和文献研究院、中国军网等权威史料。 本土场景：福建三明沙县拥有中央红军村、红军通讯站等红色研学点位，当地航空应急基地、消防实训基地大量运用电磁继电器等设备，为本作业提供真实地域素材。 三、数据支撑 物理参数：电磁铁匝数、电流，手摇发电机匝数、磁场强度、转速等实验数据，贴合实物参数与物理规律，通过生成式AI开展定量探究与计算。 摩尔斯电码解码、发报机字符原理图、电路设计方案、科普文案等辅助内容由生成式 AI 合规生成，作为学习辅助工具，不替代学生自主思考。 设计意图 一、知识巩固 本作业聚焦沪科版九年级全一册《电与磁》单元核心知识点，按照识记 — 应用 — 综合分层设计任务，依托发报机、发电机等真实场景活用知识点。摒弃机械刷题，在严控作业总量、落实 “双减” 的同时，循序渐进完成知识内化与巩固。 二、数智赋能 将生成式 AI 深度融入预习、探究、创作全流程，打破传统教学与作业的局限，化身历史讲解员、虚拟实验室、智能答疑与创作助手，解决在真实课堂中实验器材不足、耗时较长、无法全员开展定量探究的教学痛点，让学生高效完成变量分析与规律验证实验。引导学生合理使用、甄别加工 AI 内容，创新作业形态，真正发挥数智工具的助学价值，提升学习效率与信息素养。 三、跨学科融合育人 以长征胜利 90 周年为红色主线，融合党史教育、沙县本土乡土资源，融合信息技术、语文、美术等学科内容，丰富作业形式。打破学科壁垒，把知识学习、红色传承、乡土情怀、实践创新融为一体。 四、落实核心素养 紧扣 2022 版物理新课标，全面落地四大核心素养：依托实例构建物理观念；通过推理、建模锻炼科学思维；借助探究、设计、实践任务提升科学探究能力；结合历史与现实应用，涵养科学态度与社会责任感。 生成式AI在这份作业的应用 一、课前预习环节：知识助学，搭建红色情境 1. 情境叙事赋能 学生输入指定提示词，让 AI 扮演长征红军电台兵，以第一人称讲述发报实战经历，将抽象电磁知识融入红色故事，降低概念理解难度。 2. 知识答疑辅助 针对电流磁效应、电磁铁特性等基础填空，学生遇到知识盲区可向 AI 拆解原理、梳理知识点框架，替代单一教辅答疑，自主完成知识储备。 3. 史料检索支撑 学生可借助 AI 查询长征老式电报机结构、野外通信实战需求，为后续对比装置缺陷提供史实依据。 4. 二、课中研学实操环节：仿真辅助，解决实验难题 1. 实验操作指导 AI 分步讲解电磁铁制作流程，针对线圈缠绕、电路接线等实操难点给出标准化操作提示；学生组装出现故障时，输入故障现象即可获取排障方案。 2. 虚拟实验数据处理 在 NB 仿真优化电磁铁任务中，AI 自动整理多组匝数、电流、铁芯实验数据，归纳磁性强弱变化规律，协助学生筛选最优参数组合，同时引导学生辨析 AI 结论是否合理，培养批判性思维。 3. 密电破译辅助 AI 提供摩尔斯电码对照表，完成红军密电解码、编码任务，辅助学生理解电报机信号传递逻辑。 4. 5. 生成式AI在这份作业的应用 三、课后 AI 创客反思环节：作品优化，智能评估迭代 1. 改良方案设计 学生发现简易电报机缺陷后，向 AI 提问获取低成本改良思路，如加装点动开关、提升电磁铁磁力的实操方法，指导自制电报机升级改造。 2. 央馆平台联动评估 将自制电报机实拍图上传央馆 AI 科学实验平台，依托生成式 AI 生成专业评估报告，自动梳理作品优势、现存瑕疵与二次优化方向。 3. 反思总结润色 学生完成作品反思后，可借助 AI 梳理答题逻辑，规范专业术语表达，完善改良思路书写，不直接照搬答案，仅作语言优化参考。 四、整体育人价值 全程将生成式 AI 作为助学工具而非答题替代品，贯穿预习、实验、创作全流程：既弥补实验室器材不足、分层辅导难、红色史料匮乏等教学痛点，又引导学生检索、甄别、运用 AI 信息，同步提升物理学科能力与数字信息素养，贴合双减提质、新课标数智赋能教学要求。 作业情境设计 1934年长征前夕，红军已经建立了自己的无线电通信队伍。在反“围剿”和长征途中，电台和电报机就是红军的“千里眼”“顺风耳”。毛泽东同志曾赞誉：“我们红军有了无线电通信，部队就变成‘铁屁股’了！” 2026年是长征胜利90周年。沙县某红色研学基地要举办“小红军通信兵”体验活动，需要你利用电磁学知识，设计一台简易电磁发报机（能够发出长短不同的“嘀嗒”声，模拟摩尔斯电码），并写一份“使用说明书”。 基础识记类 第一阶段 AI 唤醒 基础探秘（10 分钟 | 全员必做・基础层） 一、连线 AI 化身老红军电台兵，了解老式发报机原理，夯实电磁基础知识，做好上岗准备！ 1.知识储备： （1）通电导体周围存在 。这种现象叫做 。电流周围磁场的方向与 方向有关，磁场强弱跟 有关。 （2）在通电螺线管内插入一块 ，就构成了一个电磁铁。因为 ，所以其磁性会增强。电磁铁的使用优点是： 有磁性， 无磁性。 2.听老红军讲故事 请向AI输入以下提示词：“你是长征途中红一方面军的一名无线电通信兵。请用第一人称讲述：你在长征路上使用发报机的一次经历，在发报过程中遇到了什么困难？ 你需要做：记录老红军在长征途中遇到的问题，你可以利用现有知识解决吗？如何解决？ 问题： 解决办法： 数智赋能点 检测知识/能力 完成形式 核心素养 AI 梳理知识点、拆解原理、结合长征发报机案例辅助理解答疑 电流磁效应、电磁铁、磁场影响因素 独立完成 物理观念、科学态度与责任 知识识记、概念辨析、简单迁移 生成式AI赋能 适用场景 Deepseek/豆包/Kimi 课前预习、课堂基础检测、作业知识铺垫 探究实践类 第二阶段：AI协同·实战设计（15 分钟 | 全员必做・提升层） 二、入驻沙县研学基地，携手 AI 破译红军密电、模拟优化电台设备、完成实战工作任务。 1、电报机中最核心的部件就是电磁铁 电磁铁原理： 动一动：制作电磁铁，实现电磁铁功能（实验步骤ppt展示，） 制作结果：□能够吸引回形针，吸引回形针个数（ ）个； □通电、即吸，断电、即松； 制作过程中遇到的问题： 解决办法： （温馨提示：将作品拍照上传至央馆AI科学实验，描述问题，记录解决办法，并尝试解决问题） 数智赋能点 检测的知识/能力 完成形式 核心素养 借助 AI 讲解电磁铁原理、示范制作步骤；遇到故障时向 AI 咨询排障方法；通过央馆 AI 科学实验平台上传作品、记录问题与方案，完成智能复盘。 电流的磁效应、电磁铁构造与工作特点。 小组合作 物理观念、科学探究与实践、科学思维。 观察记录、现象分析、问题排查与解决 生成式AI赋能 适用场景 NoBook虚拟仿真实验室/央馆AI科学实验 课堂分组实验、数智化实验探究课 探究实践类 第二阶段：AI协同·实战设计（15 分钟 | 全员必做・提升层） 2.模拟优化电台设备（NB虚拟仿真·增强电磁铁磁性）。 请设计电路设计图，并在虚拟实验中进行实验，并改变 （线圈匝数/电流大小/中芯材料），观察电磁铁对回形针的吸力变化。 电路图： 记录三组使吸力显著增强的参数组合 组合1：匝数____匝，电流____A，中芯材料____； 组合2：匝数____匝，电流____A，中芯材料____； 组合3：匝数____匝，电流____A，中芯材料____； 向AI提问：“根据我的虚拟实验结果，请总结增强电磁铁磁性的三种最有效方法，并选出最优组合。” AI回答摘要： 你认为AI选择的：合理（ ）；不合理（ ） 理由： （二）制作属于自己的电报机，并将自己的作品拍照上传到央馆AI科学实验,利用“实验结果评估”功能查看自己的实验预期成果（课后） 数智赋能点 检测的知识/能力 完成形式 核心素养 依托 NB 虚拟仿真平台开展无器材实验；借助 AI 分析实验数据、总结规律、筛选最优方案，同时可核验结论合理性。 电磁铁磁性强弱影响因素；控制变量法。 小组合作 物理观念、科学思维、科学探究与实践 观察记录、现象分析、启示迁移、综合应用 生成式AI应用 适用教学场景 NoBook虚拟仿真实验室/央馆AI科学实验 课堂虚拟分组实验、数智化教学课堂 迁移创新类 第三阶段：AI创客·作品与反思 三、进入AI 创客工坊，对照简易电报机模型、长征红军实战发报机标准，完成问题分析、动手制作与 AI 数字化评估。 1.对比查找装置缺陷：这是利用实验室里的器材制作的简易电报机请仔细观察，并观看其功能视频，看一看这份作品有什么缺陷？（可调用 AI 查询长征老式电报机结构、实战需求辅助作答） 不足一： ； 不足二： ； 。。。 数智赋能点 检测的知识/能力 完成形式 核心素养 AI 检索长征老式电报机结构、野外实战使用需求，作为对比分析依据；完成作答后可借助 AI 核对缺陷分析合理性；实物照片上传央馆 AI 科学实验平台，获取智能点评与改良建议。 电磁铁工作特性、串联电路结构 小组合作 物理观念、科学思维、科学探究与实践 实物观察对比、故障分析、实际应用能力、文字归纳表达能力 生成式AI应用 适用教学场景 NoBook虚拟仿真实验室/央馆AI科学实验 数字化实验探究课堂、研学实践反思任务 迁移创新类 第三阶段：AI创客·作品与反思 2.动手改良组装自制简易电报机，针对上面找到的 2 处不足落实优化方案； 拍摄完整组装成品、电路接线实拍照片：进入央馆 AI 科学实验平台，进入“科学教师助手 - 实验结果评估”板块，上传作品实拍图与制作过程简述； 读取 AI 给出的评估报告：对照 AI 给出的预期标准成果，标注自己改良方案的优势与仍存在的小瑕疵，简单写下 1-2 句优化新思路。 AI评估报告摘要： 方案优势： 小缺陷： AI提出的优化思路： 数智赋能点 检测的知识/能力 完成形式 核心素养 AI 提供电报机改良设计方案、电路优化思路；央馆 AI 科学实验平台上传作品自动生成专业评估报告，智能指出装置优缺点；可向 AI 咨询二次改良的低成本实操办法。 电磁铁磁性强弱影响因素、简单电路搭建、开关控制电路原理 小组合作 物理观念、科学思维、科学探究与实践、科学态度与责任 工程改良设计、动手组装实操、图文记录、数字化成果分析、反思创新能力 生成式AI应用 适用教学场景 NoBook虚拟仿真实验室/央馆AI科学实验 课后创客实践作业、研学拓展任务 参考答案 阶段 参考答案 评价方式 阶段一 1.（1）磁场；电流的磁效应；电流；电流大小、线圈匝数 （2）铁芯；铁芯被磁化，能增强磁性；通电；断电 2. 问题：发报机电磁铁磁性较弱，敲击声响小，信号传递效果差。 解决办法：增加线圈匝数或增大电路电流，提升电磁铁磁性。 自评/AI 评 阶段二 1.电流的磁效应 2.制作结果示例：能够吸引回形针，吸引回形针个数（12）个；通电、即吸，断电、即松； 制作过程中遇到的问题：线圈匝数太少，电磁铁磁力弱，只能吸起少量回形针；导线容易松散脱落。 解决办法：增加线圈缠绕匝数，紧密缠绕导线；用胶带固定线圈，防止导线散开。 自评 阶段 三 1.不足一：电磁铁吸力不足，磁吸反应不灵敏，时常出现电路接通但衔铁无法正常吸合的故障。 不足二：仅依靠衔铁敲击发声，输出信号微弱不清晰，难以区分长短摩尔斯电码，远距离、嘈杂环境下无法有效传递情报。 2.装置新增点动开关，可自由控制通电时长；衔铁吸合灵敏，能清晰区分长短信号；但铁芯较细，长时间连续工作磁性衰减明显。 方案优势：加装点动开关，可精准控制摩尔斯长短信号；增加电源大小，解决衔铁吸合迟钝故障，信号辨识度大幅提高。 小缺陷：无减震结构，颠簸时线路易松动断路。 AI 提出的优化思路：增加导线固定卡扣，加固电路线路。 自评/他评/AI评 评价标准 项目题号 评价标准 评价结果 评价人员 项 目 一 1.答案全部准确，概念表述规范； 2.问题贴合长征发报机真实使用场景，解决办法结合电磁知识、科学可行 AI评价 项 目 二 1. 能正常吸引回形针，实现 “通电吸、断电松”，如实记录现象、问题与解决方案，逻辑完整 2. 三组参数组合填写规范，准确总结增强磁性的方法，对 AI 结论的判断与理由科学合理 自己 项 目 三 1. 两点不足贴合实物装置故障现象，结合电报机实战使用场景，原理准确、表述完整 2. 完整上传作品照片，准确摘抄 AI 评估内容，优势、缺陷贴合装置实际，二次优化思路科学可行 自己 同学 老师 学科网（北京）股份有限公司 $