电磁铁电磁继电器教学设计案例

一、教学内容定位电磁铁与电磁继电器是电磁学知识的重要应用载体，承接“电流的磁效应”“通电螺线管的磁场”等理论内容，又为“电动机”“家庭电路”等实际应用章节奠基。本单元教学需兼顾物理规律的探究过程与技术应用的逻辑分析，帮助学生建立“科学原理—技术设计—社会应用”的认知链条，渗透STS（科学、技术、社会）教育理念。二、学情与目标设计（一）学情分析学生已掌握电流的磁效应、通电螺线管的磁场特性，具备初步的实验探究能力，但对“电磁控制”的工程思维较陌生。多数学生对电磁起重机、自动开关等设备的工作原理存在好奇，但难以将电磁学理论与复杂电路的逻辑控制建立关联。（二）教学目标1.知识与技能理解电磁铁的构造与工作原理，掌握“磁性有无、强弱、极性”的控制方法；分析电磁继电器的结构组成，阐述其“低电压控制高电压”的工作逻辑；列举电磁继电器在生活、工业中的典型应用场景。2.过程与方法通过“探究电磁铁磁性强弱的影响因素”实验，提升控制变量法的应用能力与数据分析能力；通过“电磁继电器工作过程”的逻辑推导，培养电路分析与工程建模能力。3.情感态度与价值观体会物理规律向技术应用的转化过程，激发对“电磁控制技术”的探索兴趣；关注电磁继电器在安全用电、自动化生产中的作用，增强技术应用的社会责任感。三、教学重难点突破（一）教学重点1.电磁铁磁性强弱的影响因素（电流大小、线圈匝数、铁芯有无）；2.电磁继电器的“控制电路—工作电路”逻辑关系。（二）教学难点电磁继电器工作过程的动态分析（衔铁吸合/释放对触点、电路的影响），以及复杂应用场景（如水位报警器、温控开关）的电路逻辑推导。四、教学方法与资源准备（一）教学方法实验探究法：分组探究电磁铁磁性强弱的影响因素，强化“做中学”的体验；情境建构法：通过电磁起重机、自动路灯等真实场景，搭建理论与应用的桥梁；可视化教学：利用3D动画演示电磁继电器的动态工作过程，突破抽象思维难点；问题驱动法：以“如何用弱电流控制强电流？”“电磁起重机为何能‘放’下钢铁？”等问题链引导探究。（二）资源准备实验器材：漆包线、铁钉、电源、滑动变阻器、大头针、不同匝数的线圈、铁芯；多媒体资源：电磁起重机工作视频、电磁继电器结构动画、水位报警器电路示意图；自制教具：简易电磁继电器模型（含控制电路、工作电路演示模块）。五、教学过程设计（一）情境导入：从“电磁起重机”到“电磁铁猜想”教师活动：播放电磁起重机搬运钢铁的视频，提问：“起重机如何‘抓’住钢铁？断电后为何钢铁会掉落？”引导学生结合“电流的磁效应”猜想：“是否有一种装置，能通过电流控制磁性的有无？”学生活动：回顾通电螺线管的磁场，推测“插入铁芯的螺线管”可能具有可控磁性，初步建立“电磁铁”的认知雏形。（二）新知探究一：电磁铁的“可控磁性”实验1.电磁铁的制作与“磁性有无”验证教师演示：用漆包线绕制铁钉（线圈），接通电源后吸引大头针，断电后大头针掉落。引导学生观察现象，总结“电磁铁磁性有无由电流通断控制”。2.分组探究：磁性强弱的影响因素实验任务：设计实验，探究“电流大小、线圈匝数、铁芯有无”对电磁铁磁性强弱的影响（以吸引大头针数量为观测指标）。学生活动：控制变量1（电流大小）：保持线圈匝数、铁芯不变，通过滑动变阻器改变电流，记录吸引大头针数量；控制变量2（线圈匝数）：保持电流、铁芯不变，更换不同匝数的线圈，重复实验；控制变量3（铁芯有无）：保持电流、匝数不变，对比“有铁芯”与“无铁芯”时的磁性强弱。数据分析：小组汇报实验数据，共同归纳结论：电流越大、匝数越多、有铁芯时，电磁铁磁性越强。3.电磁铁的优点与应用师生互动：结合实验结论，分析电磁铁“磁性有无可控、强弱可调、极性可变（改变电流方向）”的优点，列举电磁起重机、磁悬浮列车、电磁选矿机等应用实例。（三）新知探究二：电磁继电器的“逻辑控制”1.结构认知：从“电磁铁”到“继电器”实物展示：呈现电磁继电器的拆解模型，标注“电磁铁、衔铁、弹簧、静触点、动触点”等部件。引导学生思考：“这些部件如何协同工作？”2.动态分析：控制电路与工作电路动画演示：播放电磁继电器工作原理动画，分步解析：控制电路（低电压、弱电流）：电流通过电磁铁，产生磁场吸合衔铁；机械联动：衔铁带动动触点，与静触点接触/分离；工作电路（高电压、强电流）：触点的通断控制用电器（如电动机、电灯）的工作状态。小组讨论：以“用电磁继电器控制电动机”为例，画出控制电路（含电源、开关、电磁铁）和工作电路（含电源、电动机、触点），并分析“开关闭合/断开”时的电路变化。3.应用拓展：从“理论”到“实践”案例分析：展示“自动水位报警器”示意图（控制电路含浮子开关、电磁铁；工作电路含警示灯），引导学生推导：“水位上升时，浮子开关如何动作？电磁继电器如何控制警示灯？”实践体验：利用自制简易继电器模型（控制电路接小灯，工作电路接电动机），模拟“远程控制电动机启动”的过程，感受“弱电流控制强电流”的安全优势。（四）巩固与拓展1.分层练习基础题：判断“电磁继电器中，控制电路的电流大小决定工作电路的电流大小”是否正确，说明理由；提升题：设计“温控电磁继电器”（结合热敏电阻），画出控制电路与工作电路，分析温度升高时的电路变化。2.实践作业调查家庭电路中的电磁继电器应用（如空气开关、漏电保护器），撰写“电磁继电器与用电安全”的小报告；用废旧材料制作“简易电磁继电器”，并拍摄工作过程视频。（五）课堂小结学生反思：以“思维导图”形式回顾本节课：电磁铁的原理→影响因素→电磁继电器的结构→工作逻辑→应用场景。教师升华：强调“电磁控制技术”在智能家居、工业自动化中的核心作用，鼓励学生关注物理原理向技术创新的转化。六、教学评价设计（一）过程性评价实验探究：观察学生控制变量的严谨性、数据分析的合理性；小组讨论：记录学生对“电磁继电器工作过程”的逻辑推导能力；实践操作：评价简易继电器模型的制作与调试效果。（二）终结性评价书面作业：分析“自动路灯”（光敏电阻+电磁继电器）的工作原理，正确率需达85%以上；项目报告：评估“电磁继电器应用调查”的完整性与创新性。七、教学反思与改进（一）成功之处通过“实验探究+情境建构”，学生对电磁铁的“可控磁性”和电磁继电器的“逻辑控制”形成了具象化认知；自制教具与动画演示有效突破了电路分析的抽象难点。（二）改进方向部分学生在“复杂应用电路”（如多触点继电器、组合传感器）的逻辑推导中仍存在困难，需在后续教学