九年级物理《探究电路连接的基本方式：串联与并联》教学设计

九年级物理《探究电路连接的基本方式：串联与并联》教学设计

  一、教学理念与理论依据

  本设计以发展学生物理核心素养为根本宗旨，超越对电路连接方式的简单识记与操作，致力于引导学生像电气工程师一样思考。我们借鉴“学习进阶”理论，将学生的认知从宏观现象引向微观本质，从静态识别走向动态分析。设计核心融合了建构主义学习观，强调在真实、复杂的问题情境中，通过协作探究与批判性对话，自主构建关于电路系统的结构化知识。同时，引入工程设计的“迭代优化”思想，让学生在“设计-搭建-测试-改进”的闭环中，深化对电路连接方式功能与价值的理解，培养其系统思维、创新意识与实践能力。本课作为电学模块的枢纽，旨在为学生后续学习欧姆定律、电功率等核心概念奠定坚实的电路分析基础。

  二、教学内容与学情深度剖析

  （一）教学内容解构与重构

  本节课源于苏科版九年级上册第十三章第二节。传统教学往往将串联与并联作为两种孤立、平行的知识点进行传授。本设计对其进行重构与深化，视其为“电路系统”这一整体下的两种基本建构逻辑。教学内容纵向深挖为三个层次：第一层是现象与结构识别（如何连接），第二层是电流路径与元件工作状态的关联分析（为何如此工作），第三层是系统功能与设计选择（如何根据需求选用）。我们将重点与难点定位于：引导学生从“电流的路径分配”这一微观视角，自主建构起串联电路“单一路径，同电流”与并联电路“多路径，分电流、同电压”的核心特征，并理解其对用电器工作“独立性”与“相互影响”的决定性作用。这超越了传统的“开关控制作用不同”、“一盏灯灭另一盏灯是否受影响”等表面化对比。

  （二）学情诊断与支架预设

  九年级学生经过前序学习，已掌握了电路构成、电流、电压的初步概念，具备连接简单电路和使用电流表、电压表的技能。其认知特点表现为：形象思维仍占主导，但对逻辑推理和本质探求的兴趣日益浓厚；能够进行实验操作，但往往“动手”与“动脑”脱节，缺乏基于证据的科学论证意识。常见的前概念障碍包括：认为“电流在电路中会被消耗”、“开关必须安装在特定位置”、“导线中无能量传递”等。基于此，本设计预设的关键学习支架包括：1.可视化支架：利用高亮度LED与透明导线模型，使电流路径“可见”；使用水流动态模拟软件进行类比。2.问题链支架：通过一系列环环相扣、层层递进的问题，驱动学生思维走向深入。3.论证模板支架：提供“我的观点-我的证据（实验数据/观察现象）-我的推理”论证框架，规范科学表述。

  三、素养导向的教学目标

  （一）物理观念

  1.通过系统的实验探究与理论分析，建构起串联电路和并联电路的核心物理图景：理解串联电路中电流处处相等，各用电器两端电压之和等于电源电压；理解并联电路中干路电流等于各支路电流之和，各支路用电器两端电压相等且等于电源电压。

  2.能从能量转化与守恒的视角，定性分析串联、并联电路中电能分配与用电器工作状态的关系。

  （二）科学思维

  1.发展模型建构能力：能根据实物电路图抽象出规范的电路图，并能用电路图作为分析工具，推理电路的工作特性。

  2.强化科学推理能力：能基于实验数据，运用比较、归纳、演绎等方法，概括出串联与并联电路的基本规律，并运用这些规律解释现象、预测结果。

  3.初步培养系统思维：能将电路视为一个整体系统，分析元件连接方式改变对系统功能（如总电阻、总电流、控制方式）的影响。

  （三）科学探究

  1.能基于真实任务（如“设计并实现一个可独立控制两盏灯的照明系统”）提出可探究的科学问题，并作出有依据的假设。

  2.能独立或合作设计较为完整的探究方案，包括明确变量、选择器材、规划步骤。

  3.能安全、规范地进行实验操作，特别是电流表、电压表在串、并联电路中的正确接入与读数。

  4.能准确记录数据，并运用多种方法（如列表、图像）进行描述和分析，得出结论，并评估结论的可靠性。

  （四）科学态度与责任

  1.在探究中养成严谨认真、实事求是的科学态度，尊重实验证据，敢于质疑与合作。

  2.认识电路设计在社会生产生活中的广泛应用，体会安全用电的重要性，初步形成运用物理知识服务社会的责任感。

  四、教学资源与技术融合设计

  1.实验器材（小组标配）：学生电源（或干电池组）两套、规格相同的小灯泡（2.5V，0.3A）及灯座两套、规格不同的小灯泡（2.5V和3.8V）各一个、开关三个、电流表一个、电压表一个、导线若干、高亮度红色LED（用于显示电流路径）一组。

  2.演示与信息化工具：交互式电子白板、电路仿真软件（如PhET、EveryCircuit）、动态水流类比电路微视频、实物投影仪。

  3.学习工具：结构化探究学习单（内含问题链、数据记录表、论证模板）、思维导图绘制模板。

  五、教学实施过程（两课时，共90分钟）

  第一课时：初探建构——揭秘连接的奥秘

  （一）情境激疑，任务驱动（预计时间：8分钟）

  教师活动：展示两张对比鲜明的图片：一张是老式圣诞装饰灯串，其中一盏灯熄灭导致整串灯全灭；另一张是现代家居客厅吊顶灯，可以分别打开筒灯、灯带、主灯。提出问题：“同是多个用电器共用一个电源，为何‘命运’如此不同？其内部连接的‘密码’是什么？”接着，发布核心工程挑战任务：“请各位‘初级电气工程师’以小组为单位，接收项目书——为我校新建的创客空间走廊设计并搭建一个照明模型。核心要求是：两盏灯（代表走廊两端照明），能实现分别开关控制、互不影响。你们将如何连接电路来实现这一功能？”

  学生活动：观察图片，产生强烈认知冲突。阅读项目任务书，明确学习目标，并基于已有知识进行初步思考和小组讨论，提出可能的连接猜想。

  设计意图：创设真实、复杂且有冲突的问题情境，将知识学习镶嵌于解决实际工程问题的任务中，激发深层学习动机。任务驱动使学生从一开始就带着明确的目标和问题进入学习。

  （二）方案初拟，动手试错（预计时间：15分钟）

  教师活动：不急于讲解正确连接方法，而是鼓励学生“大胆试错”。提供电池、灯泡、开关、导线等基础材料，要求各小组先将能让两盏灯同时发光的各种连接方式都尝试出来，并将实物连接情况画在学案上。教师巡视，重点关注学生连接的多样性及安全性，对典型连接方式（特别是错误的短路连接）进行拍照，以备后续讨论。

  学生活动：小组合作，动手尝试连接电路。他们会尝试出多种接法：可能将两盏灯紧挨着接在一根导线上（实质是串联），也可能从电源两极分别引出导线接在两盏灯上（尝试并联的雏形）。他们会在试错中遇到灯不亮、亮度异常等问题，并尝试解决。记录下每一种成功的连接方式图。

  设计意图：这是知识建构的起点。通过开放的动手尝试，让学生充分暴露前概念，积累丰富的感性经验。试错过程本身就是宝贵的探究经历，能培养学生的问题解决能力和挫折耐受力。

  （三）归纳命名，建立模型（预计时间：12分钟）

  教师活动：利用实物投影，展示各小组典型的连接实物图。引导学生观察、比较这些电路图，提问：“这些能让两盏灯都亮的电路，在元件的连接‘样式’上，可以分成几类？每一类的连接特点是什么？”引导学生聚焦于“电流从电源正极流出后，到达用电器前是否有‘分岔路口’”这一关键结构特征。与学生共同总结归纳出两种基本方式：串联（元件逐个顺次连接，无分支）和并联（元件两端分别连在一起，有分支）。教学规范电路图的画法，强调元件符号的标准与连接的清晰。

  学生活动：对比、分类各组电路图，在教师引导下，抓住“分支点”（节点）这一关键特征，抽象概括出串联和并联的定义。学习将实物连接图转化为规范的电路图，建立初步的电路模型。

  设计意图：从具体到抽象，引导学生从纷繁的实物连接中，通过观察、比较、归纳，自主“发现”两种基本连接方式，并学会用规范的物理语言和符号进行表征，完成物理模型的初步建构。

  （四）探究表征一：电流之路（预计时间：10分钟）

  教师活动：提出本节课第一个核心探究问题：“在串联和并联电路中，电流的‘旅途’有何不同？它的‘大小’在旅途中有变化吗？”演示：在透明导线模型中加入高亮度LED，动态显示电流的路径。引导学生用“箭头”在电路图上标出电流的流向。然后，指导学生设计实验，利用电流表分别测量串联电路中各处的电流（如图1中A、B、C三点），以及并联电路中干路和两条支路的电流（如图2中A、B、C三点）。强调电流表接入和读数的规范性。

  学生活动：观察电流路径演示，在电路图上标出流向。小组合作设计实验方案，连接电路，测量并记录数据。分析数据，寻找规律。

  串联电路电流数据示例：

  I_A=0.20A，I_B=0.20A，I_C=0.20A。

  并联电路电流数据示例：

  I_A（干路）=0.30A，I_B（支路1）=0.18A，I_C（支路2）=0.12A。

  设计意图：将抽象的“电流”具体化、可视化。通过定量测量，引导学生获得确凿证据，归纳出串联电路“电流处处相等”（I=I1=I2）和并联电路“干路电流等于各支路电流之和”（I=I1+I2）的规律。这是对电路本质认识的第一次深化。

  （五）首课小结与悬念设置（预计时间：5分钟）

  教师活动：引导学生回顾本课建构的核心知识：两种基本连接方式的定义、电路图、电流特点。并抛出下节课的悬念：“我们发现了电流的分配规律。那么，另一个重要的量——电压，在用电器两端又是如何分配的呢？这与我们观察到的串联时灯泡较暗、并联时灯泡较亮（与单独接一个时相比）的现象有何关系？这又将如何影响我们完成‘独立控制’的工程任务？”

  学生活动：总结本课收获，整理学案。思考教师提出的问题，为下节课的深入探究做好准备。

  设计意图：梳理知识脉络，形成阶段性认知。设置悬念，建立课时间的内在逻辑联系，保持探究的延续性。

  第二课时：深究规律——完成工程挑战

  （一）温故知新，聚焦电压（预计时间：5分钟）

  教师活动：快速回顾上节课内容，特别是串并联电流规律。直接引出本课核心问题：“电流分配的不同，必然伴随着电压分配的不同。电压是形成电流的原因，那么，在串联和并联电路中，各用电器两端的电压与电源电压之间有何定量关系？”播放水流类比动画：串联如同一条水管上两个紧挨着的水阻，水压（电压）被分压；并联如同主干水管分出的两个并列支管，入口处水压（电压）相同。

  学生活动：回忆电流规律。观看类比动画，建立电压分配的初步直观感受。

  设计意图：承上启下，利用类比帮助学生理解电压分配的概念，为定量测量做好铺垫。

  （二）探究表征二：电压之分配（预计时间：15分钟）

  教师活动：指导学生设计实验，利用电压表测量：1.串联电路中，电源两端电压U与两个灯泡L1、L2两端电压U1、U2的关系。2.并联电路中，电源电压U、支路L1两端电压U1、支路L2两端电压U2的关系。提醒学生电压表并联接入的正确方法。

  学生活动：小组合作，进行测量。对于串联电路，他们可能使用相同规格和不同规格的灯泡进行多次测量，以发现普遍规律。

  串联电路（同规格灯泡）电压数据示例：

  U=3.0V，U1=1.5V，U2=1.5V。发现：U=U1+U2。

  并联电路电压数据示例：

  U=3.0V，U1=3.0V，U2=3.0V。发现：U=U1=U2。

  设计意图：通过实验，让学生自主发现串联电路的分压特性（U=U1+U2）和并联电路的等压特性（U=U1=U2）。结合上节课的电流规律，学生能更完整地把握两种电路的电学特征。

  （三）规律整合，解释现象（预计时间：10分钟）

  教师活动：引导学生将电流、电压规律进行整合。提出问题链：1.“根据串联电路电流相等、电压相加，解释为什么串联的两个同规格灯泡比单独接一个时暗？”（引导学生从功率P=UI角度思考：电流不变，每个灯分得的电压减半，因此实际功率减小）。2.“根据并联电路电压相等、电流相加，解释为什么并联的两个灯泡亮度与单独接一个时几乎相同？”（电压不变，每个支路的电流与单独接时相同，故功率相同）。3.“回顾导入时的圣诞灯串和家用吊灯案例，现在你能从原理上解释了吗？”

  学生活动：运用归纳出的规律，进行逻辑推理，解释各种现象。完成从数据规律到物理本质理解的跨越。

  设计意图：促进知识的结构化。引导学生运用规律解释现象，解决初始认知冲突，实现学以致用，深化对规律意义的理解。

  （四）工程实践：挑战任务验收（预计时间：20分钟）

  教师活动：回到第一课时的工程挑战任务——“设计可独立控制的两灯照明系统”。现在，各小组需要基于所学的串联、并联知识，正式完成设计。提出进阶要求：1.画出标准电路图。2.选择连接方式（明确必须是并联），并说明理由（开关控制独立性）。3.实际搭建并测试功能。4.（拓展）思考：若要在走廊中间加一个总开关，如何改造电路？

  学生活动：小组协作，应用新知完成任务。设计电路图，搭建实物，测试两开关是否能独立控制两盏灯。尝试完成拓展任务（在干路增加一个总开关，实现三控）。进行小组间展示与互评。

  设计意图：这是学习成果的综合应用与迁移。在真实任务中，学生必须综合运用关于并联电路控制特性的知识，解决实际问题。拓展任务促使学生思考开关在电路中不同位置的控制逻辑，进一步巩固对电路结构的理解。

  （五）系统总结，评价反思（预计时间：10分钟）

  教师活动：引导学生以思维导图的形式，从“连接方式”、“电流规律”、“电压规律”、“工作特性（独立性）”、“典型应用”等多个维度，对比总结串联与并联电路。组织学生进行学习过程反思：你在实验中遇到了什么困难？是如何解决的？你对哪种规律的理解最深刻？

  学生活动：绘制对比性思维导图，构建知识网络。进行个人和小组的学习反思与交流。

  设计意图：通过构建思维导图，将零散知识点系统化、网络化。反思环节有助于发展学生的元认知能力，促进学习方法的优化。

  六、板书设计（思维导图式）

  （板书在黑板中央呈现一个大的核心主题，两侧分支展开）

  探究电路连接的基本方式

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  |——串联电路

  |   结构：元件逐个顺次连接，无分支。

  |   电流：处处相等。I=I1=I2

  |   电压：电源电压等于各用电器电压之和。U=U1+U2

  |   工作特性：互相影响，一条路径断路，所有用电器停止工作。

  |   开关控制：控制整个电路。

  |   典型联想：圣诞灯串、电流表改装。

  |

  |——并联电路

  |   结构：元件两端分别相连，有分支（节点）。

  |   电流：干路电流等于各支路电流之和。I=I1+I2

  |   电压：各支路两端电压相等，且等于电源电压。U=U1=U2

  |   工作特性：独立工作，互不影响。

  |   开关控制：干路开关控全路，支路开关控本支路。

  |   典型联想：家庭电路、教室照明。

  七、分层作业设计

  A层（基础巩固）：

  1.绘制串联和并联电路图各两个，并注明电流方向。

  2.完成课本相关练习题，重点辨析串并联、根据电路图连接实物图。

  B层（能力提升）：

  1.分析一个包含三盏灯、若干开关的复杂电路图（生活中常见，如楼道灯），判断灯的连接方式及开关的控制关系。

  2.设计一个电路：一个电源、一个电铃、两