物理学科对通用技术学科的影响

物理在通用技术中的应用 东关中学 钱建凤 【摘要】通用技术是一门新增的课程，与物理有着割舍不断的姻缘，通过案例来进行说明。本案例选自通用技术学科LED 台灯制作教学中的一节课，描述了在学生动手进行台灯制作之前，如何巧妙地设计任务，环环紧扣地将学生们感到疑惑的各个技术问题循序渐进加以解决，使他们豁然开朗，同时使通用技术课与物理课完美整合，真正做到学以致用。【关键词】通用技术 割舍不断；LED 台灯制作；疑难问题解决；学科整合通用技术课程是我国普通高中新一轮课程改革中新增的一门课程。该课程能否顺利实施,通用技术教师将起着非常关键的作用。但是,我国高等师范院校还没有设置通用技术教育专业。因此,目前普通高中的通用技术教师均由其他学科教师转型而来。在实际工作中,我们发现,高中通用技术教师队伍中,由物理教师转型的,占了最大的比例。因为在高中阶段物理课程与通用技术课程有着其他课程不可比拟的关系。物理学与技术的关系是一种完整技术的形成过程,通常总是以一定的科学理论作为基础,选择一定的技术路线,最后确定具体的实施方案。物理学对技术的作用体现在技术形成过程的每一个环节中。物理学为技术原理的形成提供科学理论依据,影响着技术路线的选择,同时不断改善技术方案的制定。作为整个自然科学的基础,物理学在人类社会发展的进程中所发挥的巨大推进作用,无论如何评价也不会过分。下面就通过案例来进行说明：1 案例背景在决定本学期的第二个技术实验为制作LED 节能台灯后， 我的每一个章节的教学便都围绕着台灯展开。从学生上交的台灯设计草图看，之前的大量教学铺垫没有白费，学生们设计的台灯各有创意，但如何将纸上绘制的草图制作成现实生活中的灯具，如何将纸上的电路图转化为具体的各电子元器件的线路连接，对他们来说是个综合能力的考验。2 问题的提出按进度，接下来的课时便是学生着手制作台灯。但由于此时学生对LED 灯珠的详细参数不甚了解， 所以设计的电路图还存在很多问题。比如多个发光二极管之间该串联还是并联呢，要不要加电阻呢；再者电路图只是理论上的设计方案，在实践操作前学生还存在很多技术上的疑问，比如发光二极管与导线怎么连接才牢固？ 怎样把开关接入到线路中？若这些技术问题不解决，台灯制作将不能顺利开展。看来很有必要于教材之外增加一节课用以解决台灯制作前的疑难问题。我决定将这节课的教学场地设在教室，充分利用教具，实物投影，多媒体，以使学生最大程度地掌握课堂要点。 3 案例描述为使讲解更形象化， 请课代表给每组成员分发LED 灯珠与按钮开关。T：请大家观察分发到的LED 灯珠，观察它的特征。要使它发光，得让长脚接电源的正极，短脚接电源的负极。（我以按钮电池为电源作示范，使LED 发光）T：这是高亮度白光LED。老师这儿还有其它颜色的LED。（分别示范红色，黄色，绿色LED 灯珠）T：同学们经常会在哪些地方看到这些颜色的LED 灯呢？S：红绿灯的指示灯！ 医院的大字幕屏T：我这儿还有一颗七彩LED，请看。S：好漂亮！T：老师今天发给大家的LED 灯珠是淘宝网上买的。（展示图片）T：请大家仔细看图片上该LED 灯珠的有关参数。谁能说说看，这颗LED 灯珠电流为20mA，电压为DV3.0-3.2V 是什么意思？S：直流供电，两端电压要控制在3.0 至3.2V 之间。T：那额定电流为20mA 又是什么意思呢？S：电流不能超过20mA。T：对于LED 灯珠来说，如果低于额定电流亮度会明显变暗，而高于额定电流则灯珠寿命会缩短甚至烧毁。某同学想用手机电池作为电源（电压约为4.2V），能不能直接连接这颗LED 灯珠工作？S：不能！ 电压太大，会烧掉的。要加电阻！S：根据公式R=U/I，U 为4.2-3.0，I 是多少不知道呀，老师？T：电流I 取决于我们的意愿。如果你想让LED 灯亮一点，电流可以取大一些，比如取额定电流20mA；如果你想让灯暗一些，那么电流可以取小一些，比如15mA。即限流电阻 电源电压-LED正向稳压电压 你要求的工作电流T：我们以额定电流来计算电阻大小，R=（4.2-3.0）/0.02=60，也就是说我们要给这个发光二极管串联一个60 欧姆的电阻。T：如果电源电压是12V，有很多颗LED 灯珠，该怎么设计电路呢？S：给每个LED 灯珠串联一个阻值很大的电阻，阻值大小为（12-3.0）/ 0.02。T：可惜呀电阻只会发热不会发光（学生立刻反应过来）S：哦，不对，不对，每四个LED 串联作为一条支路，再并联。要不要加电阻看实际情况再定。T： 我们的台灯设计所用的电源是两节五号新电池， 接一个LED灯工作时要不要串联电阻？S：不用啦。两节新电池的电压正好是3V。T：说的对。理论上是3V，实际测量可能有3.18V 左右，不过也在额定电压范围内。T： 台灯设计所用的电源是两节五号新电池， 如果用到数颗LED灯珠，这些灯珠该并联还是串联呢？S：电压只有3V 左右，也只能并联咯。T：没错。这是某位同学的电路设计图。为了给每只LED 灯珠限流，每条支路都给串联了一个电阻。S：我们用的是同一种LED 灯珠，何不把电阻放到干路上去？T：对。实际操作中我们可以将电路图简化成这样。（通过四个循序渐进的问题的问答，学生已经掌握了LED 参数与电源电压的关系，串并联的问题已经能进行理论上的解决）T：接下来让我们一起解决实际操作中的一些问题。（为了更好地进行操作演示，我事先准备了一块玻璃板,在玻璃板上安装了LED 灯、开关及电源。如图）T: 线与LED 灯珠怎么连接比较牢固呢？S：用手将它们拧在一起，用绝缘布包好。T：不过用手拧有时拧不紧会松掉，最好的方式还是焊接。下面请出我们本次实验的工具助手：电烙铁。T：下面我们以焊接LED 灯的长脚与导线为任务，在实物投影下观看如何进行焊接。为了更好地焊接，我请一位学生上来当助手。T：同学们，有什么办法可以知道现在电烙铁温度高不高吗？S：用手摸摸看。（有学生在偷笑）T：用手摸比较冒险哦。将烙铁头放在松香里压一下，看看能不能把松香熔化。（我将电烙铁放松香里压了一下，这时松香迅速熔掉，并冒出一缕缕青烟。学生比较夸张地“哇”地一声，有点恐怖？ ）T：现在我们开始演示焊接技巧。(了节省时间，导线与电池的连接在课堂上只是用手拧紧。线路通了，LED 灯亮了，焊接成功啦。这时学生大有跃跃欲试的冲动。）T：如果LED 灯直接与电池连通，那么我们的灯便成了长明灯。有什么办法可以控制灯的亮与灭呢？S：加开关。T：OK，下面我们来看一下开头应该怎样连到线路中来。（为了使学生的注意力继续保持集中， 我让两个学生上台进行开关的线路连接，当试验成功时，全班同学一片掌声响起。）T： 一个LED 灯珠的试验已经成功了，如果每颗灯珠都引出两根导线与电源相连，那么颗6 灯珠将会有12 根导线引出，线路会显得凌乱，有没有办法使线路简洁一些呢？（学生思考）S：将所有的LED 灯珠长脚相连，再接电源正极，所有的LED 灯珠短脚相连，再接电源负极。（考虑到部分同学还未能理解，用图片展示连接效果图。）4 课后反馈从后来的台灯制作实验过程看，学生们对这节课的内容掌握得非常好。LED 灯珠的并联，电阻的运用，开关的连接，物理课中的电路图不再是纸上谈兵，一一在通用课中得以实践，他们显得非常兴奋。尤其是当所有的线路连接完毕，开关打开，几颗LED 灯珠发出炫目的白光时，小组成员一起欢呼。通用实验室一派热闹的景象。5 教学反思51 自制教具更具灵活性课堂教学是传授知识的一个重要途径，而直观教具的使用可以将知识形象化、具体化，便于学生对知识的掌握和理解。在讲解线路连接时，如果我没有自制一块电路板，LED 灯的并联，开关的连接，焊接演示等等操作就失去了一个操作平台，讲解起来更费力，恐怕这节课的知识点就不能很好地落实。活用教具是教学方法改革的重要方面。今后我们应继续根据新教材教学内容所需，研发适合新教材、新的教学模式和教学内容所需的教具学具。52 运用提问法时，应注意问题之间的逐层递进关系在现代课堂里，提问有很多功能，如：可以发展学生思维能力，激起学生的积极思考，发散思维。为了使教学思路清晰化，更好地达到教学效果，我们应注意设计的问题应循序渐进。如在本案例中，分别设计了四个问题：如何连接LED 灯与导线，如何使LED 灯珠发光，如何用开关控制电路，如何连接多个LED 灯珠。几个问题逐层递进，学生通过解决一系列问题， 一步一步走向预定目标， 最后到达预期的终点多个 LED 的线路连接。53 学科整合提高学生学习兴趣“综合”是通用技术教学对学科体系的一种超越。通用技术课程是一门高度综合的课程。为了制作台灯，学生们这回