第十一章《电路及其应用》学习过程

　　（一）本单元的概念结构图如下

　　本章主要是在初中所学的电流、电压、欧姆定律等物理概念和规律的基础上，围绕着电源、电阻及串并联电路，在静电场知识的基础上，对电路中相关物理量建立概念，分析讨论。电压的概念依托于电势差，串联电路是总电压与各部分电压的关系也是从电势差与电势的关系理论上推出的。因此，这一章既是电场一章的延续与应用，又为下一章能量的讨论打下了电路基础。在规律得到过程中，将理论探讨与实验探究结合起来。演示“电阻率与温度的关系”中，采用实验探究的方法，使学生对电阻定律的认识更加全面。在此基础上安排了导体电阻率的测量实验，体现了对科学探究素养的重视。掌握多用电表的使用方法，对提高学生的科学素养具有重要意义。本章在归纳抽象、概念建立、分析论证、逻辑推理、实验探究等思维能力与核心素养方面都实现了进阶。依据学习内容、学情分析和教学目标设计学习过程进阶图如下。

　　（二）学习过程设计的说明

　　学习进阶层级设计及解读：

　　L1层级认识电路中的各种元件，包括电源、电阻、小量程电流表、滑动变阻器等等，电源的学习中将电场中电势能、电势的相关概念引入，运用类比的方法使学生理解电路中持续电流的形成原因。建立静电场与电路的关系。通过实验，得到U-I图像，分析图像中斜率的含义，得到电阻的含义，并分析通过理论分析+实验探究的方法分析影响电阻的因素。这种探究的方法在后面的学习中会不断地用到。认识小量程电流表直流电路中的本质实际上就是一个“电阻”。认识电表的这一电阻模型，将为灵活解决电路问题奠定很好的基础。

　　L2层级上是两个规律。提供了理论探究和实验探究两种方案，体现了实验探究和理论探究都是重要的科学研究方法，两者结合，可以让学生体验实验的魅力和逻辑的力量。在电阻定律的实验中，首先通过理论探究得到导体电阻与长度、横截面积的关系，再用实验研究导体电阻和材料的关系。在研究串并联规律中，根据“恒定电流电路内电荷的稳定分布”分析得出串、并联电路的电流关系、根据电势和电势差的概念，通过理论分析得到串、并联电路的电压关系；在此基础上，得到串、并联电路的电阻关系。

　　L3层级掌握了基本元件、基本电路规律，那么接下来就是对规律的应用。结合本单元的主题：建筑模型的电路设计。可以从以下几个方面进行入手：首先选择合适的电源和导线；其次，对各个房间的用电器进行电路设计；再次，从应用的角度出发，通过对电表量程的改装，电流表和电压表电路模型的建立等内容使知识得以拓展。最后，电路设计好后，如何进行故障排查。这个层级是对学生提出了更高的要求，要求他们在掌握基本元件、了解电路基本规律的基础上，将知识学以致用，设计建设模型的电路，在设计的过程中，学习问题的解决方式，最终完成作品。

　　（三）跨越层级的活动设计

　　【活动一】认识常见元件

　　任务情境一：一个温馨的建筑模型中总是离不开柔美的灯光氛围。现有一个充满电的电容器和一个电池组分别给灯光电路供电。

　　任务一：观察两种不同电路下，小灯泡的明暗情况。尝试分析其中的原因，导体内持续电流是怎么产生的，与水压进行类比，在教师的引导下分析持续电流的产生过程。

　　任务二：分析恒定电流的形成过程。以黄果树瀑布为情境，从恒定电场的角度，引导学生分析恒定电流的形成。

　　任务三：尝试定量描述电流的强弱，以长江为情境，设置背景，引导学生推导电流强度的表达式。

　　任务情境二：对比实验，在同样的电路中，使用不同的阻值的定值电阻，一个灯泡比较亮，一个灯泡比较暗，思考为什么有这样的现象。为了使我们的建筑小屋灯光合适，在设计电路的时候，应该如何选择合适的电阻。

　　任务一：设计电路测量导体电阻

　　思考如何设计实验，获得导体两端的电压与通过导体的电流的关系呢？

　　任务二：认识电阻

　　选择两个导体，根据U-I图像，研究两端的电压与通过电阻的电流大小的变化情况。得到电阻的概念。

　　任务情境三：展示小量程电流表，认识小量程电流表G(表头)

　　任务一：表头有哪些主要参量？各参量间有什么关系？

　　活动目的：通过认识常见元件——电源、电阻、表头，了解基本电学元件及其研究方法，为后续研究电路规律打下基础，帮助学生做好从L1层级向L2层级跨越的准备。

　　【活动二】如何选择合适的导线和保险丝

　　任务情境一：对比实验，在同样的电路中，即便是完全相同的电路，随着通电时间增加，小灯泡的亮度却会有所变化，这是什么因素影响的呢？在我们的建筑小屋里面怎么选择灯泡，应该注意什么呢？

　　任务一：提供不同阻值的几个电阻，思考影响电阻大小的影响因素是什么，与电阻的具体关系是什么？探究导体电阻的影响因素

　　任务二: 当灯泡发光久了之后，小灯泡会变暗，思考温度对用电器的电阻有什么影响。认识导体的电阻率

　　任务三：测一测所买导线的电阻率（实验）

　　任务情境二：在我们设计的建筑模型电路中，各房间的照明设备、用电器应该选用哪种方式连接？

　　任务一：用电场的知识和欧姆定律分析串、并联电路中的电流、电压和电阻的关系。

　　任务二：如何将小量程电流表改装为电压表？如何将小量程电流表改装为大量程电流表？

　　活动目的：探究电阻的影响因素，了解电阻率，探究串并联电路的特点并测量导线的电阻率，这是对电路基本规律的深入学习，为学生后续应用——设计建筑模型的电路打下基础，帮助学生做好从L2层级向L3层级跨越的准备。

　　【活动三】如何排查建筑模型电路故障？

　　任务情境：搭建好的建筑模型中，电路是确保建筑功能得到有效实现的重要支撑，若某只灯泡突然熄灭，电路发生了什么故障？用什么工具可以及时消除电路故障，确保建筑模型电路系统安全稳定运行呢？

　　任务一：将小量程电流表改装为电压表，将小量程电流表改装为大量程电流表

　　任务二：认识多用电表表盘，了解测量功能

　　任务三：使用多用电表测电压、电流和电阻

　　任务四：使用多用电表排除故障建筑模型中部分电路如图所示，闭合开关S，发现两个灯都不亮。用多用电表的直流电压挡来检测电路哪个位置发生了故障。

　　任务五：为建筑模型设计一个完整电路。

　　活动目的：在了解了基本电学元件和电路的基本规律之后，这个层级进行应用阶段，首先能够利用多用电表排查电路故障，其次可以实现本单元的最终目标——为建筑模型设计电路。