初中物理九年级全一册第十五章第3节串联和并联-核心素养导向下的跨学科实践式教案

初中物理九年级全一册第十五章第3节串联和并联——核心素养导向下的跨学科实践式教案

一、教学内容与学情分析

（一）教材地位与课时安排

本节课属于电学基础的奠基性内容，位于电流和电路概念之后、电流与电压规律探究之前，是学生从认识电路到设计电路、从定性理解到定量分析的转折枢纽。【非常重要】【高频考点】课程标准将其定位为“理解”层级。通过对串并联电路结构特征、开关控制逻辑和电流路径的本质辨析，为学生后续学习电流电压规律、欧姆定律以及复杂的电学综合计算奠定不可替代的认知框架。课时安排为一课时（45分钟）。

（二）学情精准画像

九年级学生已具备初步的物质观念和实验操作兴趣，但思维仍处于从具体形象思维向抽象逻辑思维的过渡期。认知障碍主要体现在：一是容易从“元件外观”而非“连接方式”判断电路类型；二是难以理解“节点”的概念，无法从拓扑结构上抽象电路；三是对“用电器是否相互影响”的实验现象能感知但难以转化为电路结构的本质判断。此外，学生在前序学习中已掌握电路基本元件和通路断路概念，具备进行自主探究的器材操作基础，但规范连接的意识和故障排查能力较弱。【难点】

（三）核心素养聚焦点

物理观念：建立电路结构模型观念，理解两种基本连接方式是构建一切复杂电路的基础元件。

科学思维：运用比较与分类、归纳与演绎的方法，通过现象抽象出电路结构的本质特征；培养初步的模型建构能力和基于证据的逻辑推理能力。【非常重要】

科学探究：经历“问题—设计—操作—证据—解释”的完整探究环节，能通过实验现象收集证据并得出规律。

科学态度与责任：在小组协作中培养严谨求实的实验作风；通过设计与改造生活电路，体悟技术赋能社会、物理服务生活的责任意识，渗透工程思维。【跨学科实践核心】

二、教学目标设定（基于教学评一致性表述）

1.通过自主搭建电路并观察小灯泡的连接方式与发光情况，能从结构上准确说出串联电路和并联电路的定义，识别并绘制两种电路的电路图和实物连接图。【重要】【一般】

2.通过对比实验探究开关位置改变对电路控制作用的影响，归纳总结串联电路开关控制所有用电器、并联电路干路开关控制整个电路而支路开关仅控制所在支路的核心规律，并能运用该规律解释家庭电路中各支路独立工作的原因。【高频考点】【非常重要】

3.经历“无路—单路—分路—汇路”的渐进式电路建构过程，初步建立电流路径（节点法）的分析模型，能运用路径法、拆除法、节点法等方法准确辨析含电流表、电压表或不规则排列的串并联混合电路。【难点】【热点】

4.以“设计校园园艺自动补光/楼道双控照明系统”为载体，小组合作完成从需求分析、方案设计到原型搭建的真实任务，在解决问题的过程中体会串并联电路的生活应用价值，撰写简要的技术设计说明。【跨学科实践】【素养达成】

三、教学重难点的靶向突破策略

（一）重点：两种电路的结构特征与开关控制逻辑

破解策略：【策略支架】

1.结构可视化策略：摒弃直接讲授概念，采用“作品展示法”。让三组学生将搭建的电路通过实物展台投射到屏幕，全班对这三组“两个灯泡都亮”的电路进行分类，在分类冲突中逼出概念本质——顺次连接与并列连接。【非常重要】

2.功能对比策略：在串联电路中故意拧下一个灯泡，观察另一灯的熄灭现象，制造强烈的视觉认知冲突；在并联电路中实施相同操作，却观察到另一灯依然发光。通过“一损俱损”与“各自独立”的强烈对比，将功能差异烙印在学生的深层记忆中。

（二）难点：电流路径分析与电路识别

破解策略：【模型进阶】

1.路径描红法：要求学生在电路图上用彩色笔从正极出发描画电流路径，串联只有一条“单行道”，并联则出现“岔路口”和“会合点”。将抽象电流具象为可追踪的轨迹。【重要】

2.节点等势迁移：从地理学科中的“河流分叉与汇合”引入【跨学科链接】，类比并联电路中的分流点与汇合点。引入“节点法”进阶技巧：导线视为可伸缩橡皮筋，凡是不经过用电器的直接连接点可合并为一点，从而快速判定用电器是否在相同的两个节点之间。【难点突破】【高频考点】

四、教学资源与实验准备

1.分组器材：每组配备学生电源（或3V电池组）、小灯泡（2.5V/0.3A）3只、单刀单掷开关3个、灯座3个、导线若干（建议不同颜色区分，红正黑负）、电流表1只（备用演示）。

2.数字化资源：利用NOBOOK虚拟物理实验室搭建交互式电路，用于学生方案预演及故障模拟；希沃白板投屏展示学生典型作品。

3.自制教具：教师自制“楼道双控模拟器”和“大树LED装饰灯串”演示板，突破思维定势。

4.学案设计：包含“电路搭建记录表”“开关作用探究表”和“项目设计工作纸”。

五、教学实施过程（核心环节，深度展开）

本环节设计为“现象观察→认知建构→规律深化→模型迁移→创造应用”五阶上升路径，总时长45分钟。

（一）第一阶段：唤醒经验，制造认知冲突（约3分钟）【导入】

师生活动：教师展示一串常规的节日彩灯（串联式）和一盏普通台灯。闭合开关，彩灯全亮，台灯亮。教师故意拆下彩灯串中的一只灯泡，整串彩灯全部熄灭；随后拔掉台灯灯泡，台灯熄灭。教师提问：“如果我想让台灯熄灭而彩灯继续闪烁，能做到吗？如果想让彩灯中一只灯泡坏了其余依然发光，能实现吗？”

设计意图：利用“一灯坏全灯灭”的生活经验与“独立工作”的真实需求形成认知冲突，暴露学生前概念中对于“连接方式影响功能”的朴素感知，激发“能否改变连接方式”的探究欲。此环节不追求给出答案，而是点燃问题意识。

（二）第二阶段：具身建构，从混沌到分类——建立串并联概念（约10分钟）【核心概念建构】

任务驱动：教师发放器材盒，发布挑战任务——“请利用桌上的电池、两个灯泡、一个开关和若干导线，连接成一个电路，要求闭合开关后两个灯泡都能正常发光。”【非常重要】

实施形态：学生分组动手，教师巡导。此时教师不提供任何关于“串联”“并联”的术语，完全开放探究。各小组大约在2-3分钟内均可成功，但各组连接方式会出现差异（部分组串，部分组并，甚至可能有混联萌芽）。

高阶介入策略：教师挑选三个典型作品，不做评价，直接用实物展台投影。引导全班观察：“这些电路都满足了‘开关闭合两灯都亮’的要求，但是它们的连接方式一样吗？请你仔细观察灯泡与灯泡、灯泡与开关之间的连接方式，尝试给它们分分类。”

学生讨论与冲突点：初始分类可能杂乱。教师聚焦关键追问：“什么叫‘首尾相接’？什么叫‘并列连接’？”邀请学生到展台前，用手指在灯泡的两个接线柱上比划——前一个灯泡的右边接线柱是否直接连接后一个灯泡的左边接线柱？两个灯泡的左边是否连在一起，右边是否连在一起？

概念生成：在学生充分讨论、比划甚至争论的基础上，教师顺势板画，规范命名。将第一种“逐个顺次、首尾相连”定义为串联；将第二种“两端分别连在一起，并列跨接”定义为并联。强调定义的核心在于“用电器之间的连接关系”，而非摆放位置是否整齐。

即时诊断：教师呈现几组模糊电路图（如一个灯泡横放、一个竖放，但电路结构实为并联），让学生判断类型，破除“摆放位置决定串并联”的迷思。【难点清扫】

（三）第三阶段：实验析理，从定性到规律——探究开关的控制作用（约10分钟）【规律深化】

问题链升级：刚才我们用开关同时控制了两盏灯，那开关具体应该放在哪里？是不是开关在任何位置效果都一样？如果给你两个开关，能不能让两盏灯独立工作？

实验设计：学生基于刚才已搭建好的串联电路和并联电路，进行二次改造。

【对比实验1——串联电路中开关位置的影响】小组在串联电路中，将开关分别放置在电源正极与灯A之间、灯A与灯B之间、灯B与电源负极之间。闭合、断开开关，观察两灯的发光状态。结论高度一致：无论开关在哪，控制效果完全相同——同时控制两灯。【重要】【高频考点】

【对比实验2——并联电路中开关位置的影响】小组在并联电路干路中接入开关，观察效果；再在其中一个支路（如L1支路）接入开关，观察效果。强烈对比出现：干路开关控制整个电路，支路开关只控制本支路。【非常重要】【高频考点】

数据实证：为了强化这一结论，教师可引导学有余力的小组，在支路开关断开时用电流表测量干路电流是否为零？干路开关断开时支路电流是否存在？通过数据将“控制关系”量化。

归纳建模：引导学生用语言精准归纳——“串联电路，一关全关，一断全停，开关位置不影响控制对象；并联电路，干路开关控制全局，支路开关独立管辖，各用电器互不干扰。”

（四）第四阶段：思维建模，从具象到抽象——构建电路识别方法论（约12分钟）【高阶思维】

此阶段是本节课从“动手做”跃升为“思维术”的关键跃迁。学生往往能搭出电路，但面对印刷在纸面上的抽象电路图或较为复杂的实物图时会产生障碍。教师需将实验操作经验升华为可迁移的识别算法。

1.电流路径法（最基本、最通用）：【非常重要】

教师示范：以串联电路图为例，用红色笔从正极出发，沿导线描画，经过开关、L1、L2回到负极。笔尖始终不离开纸面，一笔画成，无分叉点。

学生模仿：并联电路图描红。学生在描画并联电路时，必然在某个节点（分流点）遇到笔尖需分叉的情况，教师顺势定义“分支点”和“汇合点”。结论：电流路径唯一的是串联；电流路径有两条或两条以上的是并联。

2.拆除法（等效替代，功能反推）：【重要】

设置情境：不给你看电路内部结构，只给你两个灯泡和一个可以拧动的操作把手，如何判断它们是串联还是并联？

现场演示：在暗盒中预置串/并联电路，请学生上台拧下其中一只灯泡，观察另一只的现象。归纳——相互影响是串联，互不干扰是并联。此方法深刻揭示了串并联的本质功能差异，常用于生活电路快速诊断和电路故障分析。【高频考点】

3.节点法（高级抽象，用于复杂电路）：【难点突破】【热点】

跨学科情境：展示长江流域水系图，上游金沙江、岷江、嘉陵江在不同节点汇入干流，最终在上海入海。物理中并联电路与此类似。

操作定义：不论导线多长、多弯，只要中间没有电源、用电器，这两点实际上就是同一个“节点”。教师板演：将一条弯曲的连接线用力“拉直”，压缩成一个点；将灯泡两端所连接的两个点找出来。如果两个灯泡的两端分别位于相同的两个节点之间，它们必然是并联。此法对于处理“导线迷宫”“电流表内阻视为零导致的复杂节点”有奇效。

即时巩固：精选2-3道典型中考改编题，包含电流表、电压表混连或导线交叉等非标准排列，要求学生用节点法进行等效电路转化。【应用反馈】

（五）第五阶段：跨学科实践，从解题到解决问题——工程设计启蒙（约10分钟）【素养达成】【非常重要】

项目情境发布：学校“天空农场”植物生长灯因接线混乱，所有补光灯只能同时亮灭，无法根据不同作物的喜光特性分区控制，造成电力浪费。现需要你作为电气工程师，设计并搭建一个“分区独立控制”的补光电路模型。

限制条件：总电源只有一组；需控制三个区域（喜阳区、喜阴区、育苗区）的灯光；每个区域需安装一灯；希望实现每个区域的灯能独立开关而不影响其他区域；总干路上需设置一个总闸，以便无人时彻底断电。

工程思维渗透：【跨学科：通用技术/工程设计】

需求分析：明确总闸需接干路，三个分控开关需接支路。

方案设计：小组合作绘制电路设计图，标注干路、支路、节点位置。学案中预留空白设计框。

原型搭建：根据设计图领取器材（3灯、4开关、电池组），将图纸转化为实物。教师提供故障维修支持。

测试迭代：接通电源，检验设计目标是否达成。出现问题的组往往是开关错接在干路或未形成独立回路。此时引导学生对照图纸自查，体会设计图纸对实物搭建的指导意义。

展示交流：选取典型成功方案和带有典型错误（如开关与灯并联导致短路）的方案，通过投屏对比分析。重点表扬在失败中调试成功的小组，强调工程中“迭代优化”是常态。

情感升华：展示现代智能家居控制系统、新能源汽车高压配电盒、数据中心服务器供电冗余设计等高端应用场景，阐明无论是简单的独立控制还是复杂的冗余备份，其底层逻辑都源自今天的串并联电路原理。帮助学生建立“小电路，大世界”的学科自信。

六、教学评一体化嵌入与课堂反馈设计

评价不能游离于教学过程之外，而是嵌入在每个关键行为中。

（一）嵌入式表现性评价

1.电路搭建环节：教师巡堂时重点关注“导线是否接到接线柱金属部分”“是否出现电源短路”等操作规范。及时反馈：“这一组连接时遵循了‘顺藤摸瓜’的原则，从正极出发，一个一个元件接过去，非常有条理。”【一般】

2.开关作用探究环节：请小组代表用“如果……那么……”句式汇报结论。评价标准：逻辑是否严谨，语言是否精炼。例如：“如果把干路开关断开，那么所有灯都不亮；如果把支路1开关断开，那么只是灯1不亮，灯2依然发光。”【重要】

（二）关键节点诊断性评价（即时反馈）

诊断题1（概念诊断）：给出一个电路图，其中两个灯泡L1和L2并排放置，但仔细看导线，L1的右端接L2的左端，L1的左端接开关和电源正极，L2的右端接电源负极。问：这是串联还是并联？

设计意图：破除“位置并排即并联”的顽固错误。即时反馈统计，若错误率超30%，立即用教具还原该电路，实物演示。

诊断题2（应用迁移）：某同学家庭电路中出现故障，闭合总闸后，卧室灯不亮，但客厅灯和厨房灯均正常。请推测故障原因，并说明卧室灯与其他灯是串联还是并联？

设计意图：用生活问题检测并联电路“支路独立”的理解程度。【高频考点】

（三）终结性量化评价（课后作业指向）

分层作业设计：

基础再现（所有学生）：绘制本节课搭建的串联、并联标准电路图，并用红色笔描出电流路径。【一般】

规律应用（大部分学生）：完成教材动手动脑学物理第2、4题，并思考楼道内声光控开关是如何与灯泡连接的。【重要】

项目延伸（学有余力）：挑战“双控开关”设计。情景：楼上楼下都能控制同一盏楼道灯。提供两个单刀双掷开关，设计电路图并尝试用实物验证。【拓展】【跨学科】

七、板书设计逻辑架构（黑板布局）

主板书区（左侧）：

一、两种基本电路

1.串联：首尾相连，路径唯一——相互影响，一损俱损

2.并联：头头相连、尾尾相连，路径多条——互不干扰，独立工作

二、开关“权责”

3.串联开关：君权神授，位无影响

4.并联开关：干路统管，支路分管

副板书区（右侧）：

三、识别三步法

5.走路径（分流否）

6.拆灯泡（影响否）

7.找节点（同电位）

生成区（中间）：

学生典型电路板画（串联与并联的对比透视图）+电流描红轨迹

八、课后反思与教学重构预设

本节课的设计核心在于将“串并联”从静态的知识点转化为动态的思维工具。按照以往经验，最大的挑战不在于串并联的定义记忆，而在于学生能否在复杂情境中灵活调用识别方法。本节课通过“分类学概念—对比探规律—建模练思维—设计用原理”四阶循环，基本实现了深度学习。在跨学科实践环节，部分学生会因急于拿到器材而忽略设计图的绘制，导致返工率较高。改进策略：下轮教学时可引入“工程审批”制度，小组凭设计图“审批通过”后方可领取器材，强化“设计先行”的工程意识。

九、附录：核心知识点与考点全息罗列（应列尽列）

根据课程标准与近五年全国60余套中考试卷分析，本节内容涉及以下全部要点，特按考频与权重分级标注：

【A级——非常重要】【高频考点】【必会】

1.串联电路的本质定义：各用电器首尾依次相接，电流只有一条路径，无分支。

2.并联电路的本质定义：各用电器两端分别并列连接，电流有两条及以上路径，有干路与支路之分。

3.串联电路的开关控制特性：一只开关控制所有用