第二节 跨学科实践：制作简易的无线通信装置教学设计初中物理九年级全一册（2024）北师大版（2024·李春密）

第二节跨学科实践：制作简易的无线通信装置教学设计初中物理九年级全一册（2024）北师大版（2024·李春密）课题课型修改日期教具设计意图一、设计意图本设计基于北师大版九年级物理“电磁波”章节，通过制作简易无线通信装置（如电磁波收发报机），整合电路、电磁波发射与接收等课本知识，融合电子技术跨学科内容，引导学生动手实践，理解电磁波在通信中的应用，培养解决实际问题的能力，符合九年级学生认知水平与学习需求。核心素养目标二、核心素养目标通过制作简易无线通信装置，深化对电磁波发射与接收的物理观念理解，提升基于电路原理分析问题的科学思维能力；在动手实践与装置优化中，培养科学探究与创新意识，发展工程设计思维；体会物理知识在通信技术中的应用价值，增强合作交流与严谨求实的科学态度，树立将物理知识应用于实际生活的责任意识。教学难点与重点1.教学重点：

（1）电磁波发射与接收的基本原理，如课本所述LC振荡电路产生电磁波的过程，学生需理解电感、电容如何影响频率（举例：制作中线圈匝数变化导致信号传输距离改变）；

（2）简易电路组装与调试，包括开关、电源、天线的正确连接（举例：导线接触不良导致信号中断）；

（3）信号调制概念，如课本介绍的调幅原理，需掌握音频信号如何加载到高频载波上（举例：话筒输入的声波信号如何转化为电信号调制载波）。

2.教学难点：

（1）电磁波调制过程的抽象理解，学生易混淆调制前后的信号形态（举例：无法直观展示音频信号与高频载波的叠加效果）；

（2）装置调试中的实际问题，如信号微弱或干扰（举例：天线长度不符合波长导致接收效果差，需结合课本波长公式调整）；

（3）跨学科知识整合，如电子元件选型与物理电路原理的结合（举例：电阻阻值选择影响电路稳定性，需兼顾课本欧姆定律与实际需求）。教学资源软硬件资源：导线、电池、开关、电感线圈、电容、扬声器、面包板、电烙铁、焊锡丝、多媒体教学一体机

课程平台：学校数字化教学平台

信息化资源：北师大版物理配套电磁波发射接收模拟动画、简易无线通信装置制作微课视频

教学手段：小组合作实验、教师演示实验、实物投影展示学生作品教学过程设计：**（一）导入环节（5分钟）**

活动：教师展示蓝牙耳机、对讲机实物，播放一段无线通信装置收发信号的短视频（如摩斯电码传输）。提问：“生活中哪些设备利用了无线通信？它们是如何实现信号传输的？”引导学生说出“电磁波”，教师追问：“电磁波发射需要哪些条件？如何用简单材料制作一个无线通信装置？”学生自由发言，教师总结：“今天我们将通过制作简易无线通信装置，探究电磁波的发射与接收原理。”

师生互动：学生举例无线通信设备（如遥控器、WiFi），教师追问“这些设备的天线有什么作用”，引发思考。

设计意图：从生活实例切入，激发兴趣，联系课本“电磁波应用”知识，自然引入课题。

**（二）讲授新课（15分钟）**

1.**回顾电磁波知识（3分钟）**

教师提问：“课本中提到电磁波发射需要哪些组成部分？”学生回答“振荡电路、调制器、天线”，教师结合北师大版课本图例，强调LC振荡电路产生高频载波，调制器加载音频信号，天线发射电磁波。

师生互动：教师用模拟动画展示电磁波发射过程，提问“为什么载波频率要高于音频信号”，学生结合课本“频率与波长关系”回答，教师补充调制原理（调幅/调频）。

2.**讲解发射电路制作（6分钟）**

教师展示发射电路元件（电池、开关、线圈、电容、话筒），结合课本“简易振荡电路”图，分步讲解连接方法：“正极接开关，开关接线圈一端，线圈另一端接电容正极，电容负极接电池负极；话筒并联在电容两端。”

师生互动：教师提问“线圈匝数如何影响发射频率”，学生回忆课本“电感与频率关系”，教师用实物演示不同匝数线圈的信号强度差异。

3.**讲解接收电路制作（6分钟）**

教师展示接收电路元件（线圈、电容、二极管、扬声器），结合课本“检波电路”图，讲解：“接收天线与线圈构成调谐回路，二极管检波，扬声器还原声音。”

师生互动：提问“二极管的作用是什么”，学生回答“单向导电性，检波”，教师用示波器模拟检波前后波形对比，强调课本“检波是调制的逆过程”。

**（三）巩固练习（15分钟）**

1.**分组制作（8分钟）**

学生4人一组，发放材料包，合作完成发射与接收电路组装。教师巡回指导，重点关注线圈缠绕方向、电容极性、二极管正负极。

师生互动：小组提问“话筒声音小怎么办”，教师引导“检查话筒接线是否牢固，电池电量是否充足”；追问“如何增强信号传输距离”，学生结合课本“天线长度与波长关系”调整天线长度。

2.**调试与优化（7分钟）**

小组间互测装置，教师用实物投影展示典型问题（如信号干扰、声音失真）。提问：“为什么接收时有杂音？”学生分析“周围电磁波干扰”，教师建议“增加屏蔽层”；“声音小怎么办？”学生回答“增大扬声器功率或提高发射功率”。

创新互动：开展“信号传输距离”竞赛，小组优化装置（如增加线圈匝数、调整天线角度），记录数据，比较效果。

**（四）课堂总结（5分钟）**

学生代表分享制作心得：“通过制作，理解了电磁波发射需要调制，接收需要检波，调试时要注意元件连接和干扰问题。”教师总结：“本节课将课本电磁波知识转化为实际应用，提升了动手能力和问题解决能力，物理知识是技术创新的基础。”

师生互动：教师提问“生活中还有哪些无线通信技术可以用本节课原理解释”，学生回答“WiFi、蓝牙”，教师鼓励课后探究不同通信技术的调制方式差异。

**设计意图**：通过“理论-实践-优化”流程，紧扣课本重难点，师生互动贯穿探究过程，培养科学思维与创新意识，落实核心素养目标。学生学习效果：六、学生学习效果本节课学习后，学生在知识理解、技能应用、素养发展及迁移能力方面均取得显著效果，具体如下：在知识掌握层面，学生能准确复述北师大版课本中电磁波发射的三个核心组成部分（LC振荡电路产生高频载波、调制器加载音频信号、天线发射电磁波），并结合课本图例解释各元件作用。例如，学生能说明电容和电感组成LC振荡电路，其参数决定载波频率，这与课本“电感L和电容C的值越小，振荡频率越高”的知识点直接对应；能清晰描述调制过程，如“话筒将声音转化为音频电信号，通过调制器叠加到高频载波上”，理解课本中“调幅是使高频载波的振幅随音频信号变化”的原理；在接收环节，学生能结合课本检波电路图，解释二极管的单向导电性如何实现“检波”（从调幅波中分离出音频信号），扬声器将音频信号还原为声音，形成完整的“发射-传播-接收”知识链，对电磁波通信的本质有了从抽象到具象的理解。在技能应用层面，学生具备独立完成简易无线通信装置组装与调试的能力。具体表现为：能正确识别并连接发射电路元件（电池、开关、线圈、电容、话筒），确保正负极连接无误，如电容正极接线圈、负极接电池负极，符合课本电路连接规范；能根据课本中“天线长度与波长关系”调整接收天线长度，当信号传输距离不足时，通过计算或经验缩短天线（如从50cm调整为30cm），增强信号接收效果；在调试过程中，能运用课本知识解决实际问题，如遇到信号杂音时，分析“周围电磁波干扰”，采用增加屏蔽层（如铝箔包裹线圈）的方法，这与课本“减少电磁干扰的措施”相呼应；能使用万用表检测电路通断，判断导线接触不良或元件故障，提升动手操作的规范性和问题解决能力。在素养发展层面，学生的科学思维、探究意识与创新意识得到显著提升。科学思维方面，学生能运用“控制变量法”探究影响信号传输的因素，如保持其他条件不变，只改变线圈匝数，记录信号传输距离变化，得出“匝数越多，频率越低，传输距离越远”的结论，符合课本“电磁波频率与波长关系”的规律；探究意识方面，在小组制作中，学生主动提出问题（如“为什么电池电压低时声音小”），通过查阅课本“电源电压对电路输出功率的影响”或实验验证，得出“电压不足导致振荡电路能量不够，需更换新电池”的结论，体现主动探究精神；创新意识方面，学生在“信号传输距离”竞赛中，不仅调整课本基础元件，还创新设计“双线圈发射”或“可调电容”装置，通过增加线圈数量或改变电容容值优化信号强度，展现出将课本知识转化为创新应用的能力。在合作交流方面，学生能分工协作（如一人负责电路连接，一人负责调试记录），清晰表达设计思路（如“我们采用匝数较多的线圈，因为课本提到低频电磁波绕射能力强”），并倾听他人建议，共同优化装置，培养团队协作与沟通能力。在迁移应用层面，学生能将课本中的电磁波知识迁移解释生活现象与技术应用。例如，学生能联系课本“电磁波谱”知识，解释蓝牙耳机工作在2.4GHz频段（高频微波），属于课本中的“微波波段”，具有穿透性强的特点；能对比课本中“调幅广播与调频广播”的区别，说明对讲机采用调频方式抗干扰能力更强；甚至能提出“简易装置与实际通信设备的差距”，如实际设备需放大电路、编码解码等，体现对物理知识与技术发展关系的深层理解。此外，学生对物理知识的应用价值有了更深刻的体会，认识到课本中的“电磁波原理”并非抽象理论，而是无线通信技术的基础，激发了对物理学科的持久兴趣和探索欲望，为后续学习“现代通信技术”等内容奠定坚实基础。板书设计：①电磁波发射原理

-LC振荡电路产生高频载波（电感L、电容C决定频率）

-调制器加载音频信号（调幅：载波振幅随音频变化）

-天线发射电磁波（天线长度≈λ/4效果最佳）

②简易发射电路制作

-元件连接：电池→开关→线圈→电容→话筒（并联）

-关键规范：线圈同向绕制、电容极性正确、开关控制通断

-故障排查：导线接触不良、电池电量不足

③接收与信号处理

-调谐回路：天线+线圈选择特定频率电磁波

-检波电路：二极管单向导电性分离音频信号

-扬声器还原声音：电流→振动→声波

-调试要点：天线长度调整、屏蔽层减少干扰反思改进措施：（一）教学特色创新

1.生活化情境贯穿始终，用蓝牙耳机、对讲机等实物导入，结合课本"电磁波应用"实例，让学生直观感受物理知识在通信中的实际价值。

2.跨学科实践融合电子技术，在课本电磁波原理基础上，引入电路焊接、元件选型等工程思维，培养技术应用能力。

（二）存在主要问题

1.时间把控较紧张，45分钟内完成理论讲解、装置制作与调试，部分小组实操环节仓促。

2.分层指导不足，学生动手能力差异导致部分装置调试困难，影响全员参与效果。

（三）改进措施

1.压缩理论讲解时间，将电磁波发射原理等核心知识前置预习，课堂聚焦实践操作。

2.准备分层任务卡，针对不同能力学生设计基础版和进阶版电路图，搭配"小老师"互助机制。

3.增加预实验环节，教师提前测试元件参数（如线圈最佳匝数），减少课堂故障排查时间。教学评价：1.课堂评价：通过提问检测核心知识掌握情况，如“电磁波发射中LC振荡电路的作用”“调幅与调频的区别”，结合课本图例考查学生对电磁波原理的理解；观察学生组装电路时的操作规范性，如线圈缠绕方向、电容极性是否符合课本电路要求，记录常见问题（如导线接触不良）；快速测试让学生绘制简易发射电路图，判断是否理解课本中“电池-开关-线圈-电容”的连接逻辑，及时纠正偏差。

2.作业评价：批改学生提交的装置调试报告，重点查看是否运用课本知识分析问题，如“信号弱”是否联系“天线长度与波长关系”“杂音”是否提及“电磁干扰”，点评时强调课本原理的实际应用；针对共性问题（如二极管正负极接反），在下次课结合课本检波电路图强化讲解；对创新设计（如增加屏蔽层）给予鼓励，引导学生将课本知识转化为解决方案，巩固学习效果。课后作业：1.简述电磁波发射的三个核心组成部分及其作用，并画出简易发射电路图。

答案：LC振荡电路产生高频载波；调制器加载音频信号；天线发射电磁波。电路图：电池→开关→线圈→电容→话筒（并联）。

2.为什么实际无线通信需用高频载波传输音频信号？结合课本"频率与波长关系"说明。

答案：高频载波波长较短，便于天线发射和定向传播；音频信号频率低，直接传输损耗大，课本指出"高频电磁波能量集中，传播距