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电路设计成就生活创想

类别:路线规划 日期:2018-12-4 8:57:16 人气: 来源:

  随着科技的飞速发展,大数据、人工智能、物联网技术和实体经济高度融合,面向未来的创客教育显得尤为重要。为此,我们开设了以物联网技术为基础的STEAM课程。

  本节课以展示作品、展示设计为载体,以物理电路设计为主线,围绕三件项目作品——医院呼叫系统、抢答器、楼道灯展开。在构思本节课时,我一直在思考如何将物理中的电路设计与生活中的应用联系起来?采用课本上的一些素材,如医院呼叫系统电路设计,先将这个项目布置给学生,在此之前他们还没有学习电路连接的基本知识。通过上网查资料、实地考察以及借助传感器和编程技术,学生完成了作品——内部呼叫系统,并将这套控制系统安装到自己搭建的病房和站中进行模拟测试。

  师:在放假期间,我布置给各小组相关任务,要求运用传感器、编程等技术制作一件作品。今天,我们举行一场作品发布会,活动将围绕你们的三件作品展开,同时还要做一名电路设计师,借助所学的电路知识,一起来设计生活中经常能接触到的简单电路。

  (场景1):在病房里,当病人输液瓶中的药液快输完了,而却不在身边,这时病人按下床边的按钮,招之即来,有请第一组展示他们带来的作品——医院呼叫系统。

  主创1:我们组设计的医院呼叫系统,当一号病床按下按钮,站蜂鸣器响,数码管显示1;当二号病床按下开关,站蜂鸣器响,数码管显示2。这样,就解决了及时换药的问题。

  主创2:我们在设计一代病床呼叫系统时,用到的是“如果……那么……”这样的编程语言,一号病床和二号病床之间是并列关系。

  主创3:我们的作品还存在缺陷,这个作品只有一个数码管,当1号和2号同时呼叫时,就无法具体显示。后来,我们又制作了医院呼叫系统二代,解决了这个问题,下面进行展示。

  师:好厉害的作品,许多伟大的发明都用到这种迭代的思想。在座的各位设计师们,对于这个作品你们有问题要问吗?下面我们就来设计一下这个医院呼叫系统的电路图。

  生1:我们组设计的是一床灯先与电铃并联,再与病床前的开关,再用同样的方法接好二床,最后再并联到一个电路中。

  生2:我们组觉得要将两盏灯并联后再与电铃,两个开关分别与两盏灯。这样的设计比较合理,可以节省一个电铃的成本。

  (设计互动提问的目的,一方面由简单到复杂设计电路,阶梯思考,另一方面展示头脑风暴的过程,鼓励学生勇于提出自己的观点,让不同的观点不断碰撞出智慧的火花)

  师:对于小组作品有没有进一步改进的想法,可以让作品更好地应用于实际,我们先让设计者自己评价设计的优缺点。

  主创1:我们去医院考察过现实的呼叫系统,作品还存在一些问题。比如病人呼叫时,并不知道自己能否呼叫成功,可以在病房区再装一个灯;当到达病房时,呼叫应自动结束。

  主创2:还有一些病人由于各种病情的不同,有时不能自己呼叫,所以为了更方便病人,我们想设计一种可穿戴的呼叫系统。比如,如果病人是心脏病,当仪器检测到病人的心脏跳动异常,就会立刻启动呼叫。

  主创3:听到铃声都要到站才能看到几床呼叫,可以在走廊安装提示器,或者用移动互联技术实时发信息给,不管在什么都能随时接收到呼叫信号。

  师:第一组同学的设计非常棒,这个呼叫系统模型的搭建,一开始需要绘制图纸,考虑材料的选择、尺寸的大小等,你们的动手能力很强。下面有请第二组同学上台展示。

  主创2:它是由一个蜂鸣器,两个LED灯,还有一个红外接收器制作成的,可以用遥控器实现无线抢答。我们可以和大家互动一下。谁想来试试?

  师:在设计简单电路时,怎样实现一号抢答成功后,二号无法再抢答的功能呢?从而实现并联的两条支路交替接通。这么特别的功能,单刀开关可以实现吗?最好对这个开关一下,让它选择接通的支路工作,不接通的支路断开。单刀双掷开关就具备这样的功能,我们会采用“要么…要么…”这样的句式来做二选一的判断,谁来造个句?

  师:在抢答器电路中,两个遥控器抢的就像是我们单刀双掷开关的这把刀,谁先抢到,就倒向谁,并接通电路。请大家应用单刀双掷开关重新设计抢答器电路。每个小组用一个单刀双掷开关,两盏灯,一个蜂鸣器,一个电源,先来实现一下两盏灯交替发光的电路,并连接电路。

  (学生连接电路图,并通过分组实验连接电路,实现电路功能。视频无线投屏展示学生的电路连接并解说电路)

  师:这盏楼道灯需要楼上楼下两个开行控制,这两个开关是简单的单刀开关或并联吗?请同学们思考如何用刚才学习的单刀双掷开关来实现这一功能?需要两个单刀双掷开关结合使用,试一试如何连接?我将这个电路问题留给大家课后思考……

  师:本节课,同学们展示了自己的创意设计和科技作品。我们在实践中收获创意,在创意中收获知识。通过本次活动,我们发现学好物理和学好技术都很重要,只有真正掌握了知识和技能才能于人们的生活,STEAM让我们一起创造更美好的生活。

  第一阶段的选题定题会,为了提高学生学习的主动性,激发学生的想象力,培养学生的团队意识。结合这堂课,我设定了四个项目,医院呼叫系统、抢答器、双控灯、十字路口的交通信号灯,学生分成四个大组,每个组负责研究一个项目。

  第二阶段作品创造,开展过程对于初三学生并不简单,遇到一些阻力。比如,遇到队友想要“主控”整个项目的方向,其他队友都没有办法“贡献”力量的情形。又如,遇到队友“不准时”“不负责”,项目延迟等。当遇到这些问题,我会给予。为了避免更多问题的产生,在布置任务阶段,就要详细考虑各个方面。比如,小组分工一定要明确,有一个产品总负责人,还有产品设计师、宣传员等。

  第三阶段作品介绍,我带领学生到中国移动公司做了一次作品分享,通过作品的分享,促进小组交流,欣赏他人作品,并提出问题,在交流与反思中促进提升。对于学生制作的医院呼叫系统,移动公司的产品项目负责人很感兴趣,提出要为我们提供技术支持,进一步完善作品。

  与此同时,我进行了教学设计:怎样将这些资源整合到一堂课中,并以学习者为中心,教师进行辅助,多方面引导学生自发自省的能力?有了这些想法,我做了桥梁型的课程设计,以学生展示作品、展示设计两大主题内容为载体,两者看似实则紧密联系,利用展示作品为后面的设计电路提供模拟场景,碰到的现实问题作为发问和思考前的铺垫,通过情景引入,与现实结合。然后,通过展示设计进一步改进作品。

  整个STEAM活动并不局限于一堂课,主体恰恰是利用节假日、课间引导学生创作,在过程中关注作品的创意和深度。设计电路、作品创造,目的是鼓励学生像科学家一样思考问题,像工程师一样解决问题。在这样的观察、探究、表达、合作过程中锻炼学生的创造力、思维力,发展学生的创新和实践能力,使学生在积极主动的学习中乐于创造,做具有探索和创新的创客。

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关键词:电路设计
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