19.3《跨學(xué)科實踐：為家庭電路做設(shè)計》課時教案學(xué)科物理年級冊別九年級全一冊共1課時教材人教版授課類型跨學(xué)科實踐課第1課時教材分析教材分析

本課節(jié)選自人教版九年級物理第十九章“生活用電”中的跨學(xué)科實踐活動，是將電學(xué)知識與實際生活場景深度融合的重要載體。內(nèi)容圍繞家庭電路的設(shè)計展開，涵蓋用電器功率分析、分支回路規(guī)劃、導(dǎo)線選型、斷路器匹配等核心知識點，強調(diào)安全用電原則與系統(tǒng)性思維的培養(yǎng)。教材通過項目式學(xué)習(xí)任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生從真實情境出發(fā)，綜合運用電功、電功率、歐姆定律、電路連接方式等知識，完成家庭電路設(shè)計方案，體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課標理念。

學(xué)情分析

九年級學(xué)生已掌握電流、電壓、電阻的基本概念，熟悉串并聯(lián)電路特點，了解家庭電路的基本組成與安全用電常識。具備一定的實驗操作能力與數(shù)據(jù)分析能力，但對復(fù)雜電路系統(tǒng)的整體設(shè)計缺乏實踐經(jīng)驗。部分學(xué)生存在“重理論輕應(yīng)用”的傾向，對電路安全風(fēng)險認知不足。基于此，教學(xué)中需創(chuàng)設(shè)真實問題情境，借助小組協(xié)作與可視化工具，激發(fā)探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生在“做中學(xué)”，提升工程思維與責(zé)任意識。課時教學(xué)目標物理觀念

1.能根據(jù)用電器銘牌信息準確識別其額定功率，并能估算家庭總用電負荷，建立“電功率=能量消耗速率”的量化思維。

2.理解家庭電路中各分支回路獨立運行的意義，能判斷不同用電器應(yīng)分配至照明、插座或大功率專用回路的合理性。

科學(xué)思維

1.能運用電功率公式P=UI和歐姆定律I=P/U，結(jié)合實際用電需求，合理推算各回路所需電流大小，形成邏輯推理鏈條。

2.能通過對比不同導(dǎo)線橫截面積對應(yīng)的載流能力，提出“導(dǎo)線粗細需與負載匹配”的優(yōu)化策略，發(fā)展類比與建模能力。

科學(xué)探究

1.能設(shè)計調(diào)查表格，主動收集家中用電器功率數(shù)據(jù)，培養(yǎng)信息采集與整理能力。

2.能在小組內(nèi)開展討論，針對配電方案進行多角度論證，提升合作探究與方案論證能力。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

1.能識別常見用電安全隱患（如多大功率電器同時使用），提出“避免過載”的行為建議，強化安全用電責(zé)任感。

2.能在方案展示中反思設(shè)計缺陷，理解“預(yù)防勝于補救”的工程倫理，樹立技術(shù)服務(wù)于人的價值取向。教學(xué)重點、難點重點

1.根據(jù)家用電器的額定功率，合理劃分配電分支回路，實現(xiàn)用電功能與安全性的統(tǒng)一。

2.運用電功率與電流關(guān)系，確定各分支回路所需導(dǎo)線規(guī)格與斷路器額定電流，形成系統(tǒng)化設(shè)計思路。

難點

1.如何在有限資源下平衡“安全性”與“經(jīng)濟性”，做出最優(yōu)選型決策，避免盲目選用大規(guī)格器材。

2.學(xué)生在缺乏真實配電箱觀察經(jīng)驗的情況下，如何構(gòu)建對家庭電路拓撲結(jié)構(gòu)的直觀認知。教學(xué)方法與準備教學(xué)方法

議題式教學(xué)法、情境探究法、合作探究法、講授法

教具準備

多媒體課件、家庭用電調(diào)查表模板、模擬配電箱模型、導(dǎo)線橫截面積對比圖、安全用電宣傳動畫視頻教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動情境導(dǎo)入，喚醒生活經(jīng)驗

【5分鐘】一、創(chuàng)設(shè)“我家要裝修了”真實情境（一）、播放一段家庭裝修視頻片段

視頻內(nèi)容：一對年輕夫婦在新房里商議裝修細節(jié)，其中一人說：“咱們這房子以后要用空調(diào)、熱水器、洗衣機，還有好多小家電，得好好規(guī)劃電路，不然容易跳閘！”另一人點頭：“對，不能只看好看，還得安全。”鏡頭掃過墻角的配電箱，上面貼著“空氣開關(guān)”標簽。

1.引導(dǎo)語：同學(xué)們，你們有沒有經(jīng)歷過家里裝修？聽到過類似對話嗎？如果讓你來設(shè)計這個家的電路，你會怎么安排？

2.提問啟發(fā)：為什么空調(diào)、電熱水器要單獨接一條線路？如果所有電器都接在一個插座上會發(fā)生什么？

3.小結(jié)：這節(jié)課，我們就化身“小小電工設(shè)計師”，為一個即將裝修的新家，量身定制一套安全、高效的家庭電路設(shè)計方案！

二、揭示項目任務(wù)——“為家庭電路做設(shè)計”（一）、投影課題與任務(wù)要求

1.顯示課題：《第3節(jié)跨學(xué)科實踐：為家庭電路做設(shè)計》

2.呈現(xiàn)任務(wù)卡：

-任務(wù)一：調(diào)查家中主要用電器的功率；

-任務(wù)二：設(shè)計合理的分支回路方案；

-任務(wù)三：選擇合適的導(dǎo)線與斷路器；

-任務(wù)四：提交一份完整的設(shè)計報告并進行小組展示。

3.強調(diào)合作要求：以4人小組為單位，分工明確，記錄詳實，每組選出一名匯報代表。

4.展示成功案例圖片：一張由學(xué)生設(shè)計的包含照明、插座、空調(diào)專用回路的家庭電路示意圖，配文字說明：“我們這樣設(shè)計，既美觀又安全！”

5.激發(fā)動機：告訴學(xué)生，未來你可能就是家裝公司的電氣工程師，今天的設(shè)計成果，也許就是你職業(yè)生涯的第一份作品！1.觀看視頻，感受真實生活場景。

2.思考并回答教師提問，表達個人看法。

3.明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)與小組分工。

4.產(chǎn)生強烈參與感與成就感，進入角色。評價任務(wù)情境投入：☆☆☆

任務(wù)理解：☆☆☆

小組分工：☆☆☆設(shè)計意圖通過真實生活情境導(dǎo)入，激活學(xué)生已有經(jīng)驗，激發(fā)學(xué)習(xí)動機。利用視頻和任務(wù)卡明確學(xué)習(xí)目標，賦予學(xué)生“設(shè)計師”身份，增強代入感與責(zé)任感，為后續(xù)探究奠定情感基礎(chǔ)。調(diào)查分析，數(shù)據(jù)驅(qū)動決策

【12分鐘】一、指導(dǎo)學(xué)生開展“家庭用電需求調(diào)查”（一）、發(fā)放《家庭用電器功率調(diào)查表》模板

1.展示表格模板（見教材表19.3-1），逐項講解填寫要求：

-“用電器名稱”：如實填寫，如“冰箱”“微波爐”“電飯鍋”等；

-“功率（W）”：必須從電器銘牌或說明書上查找，單位換算成瓦特（W），如“1500W”；

-“使用頻率”：標注“全天使用”“夏季常用”“偶爾使用”等；

-“備注”：可寫明型號、是否節(jié)能等信息。

2.強調(diào)安全提醒：觀察配電箱時，切勿觸碰金屬部件，僅可在家長陪同下查看。

3.提供典型示例：以空調(diào)為例，展示其銘牌信息：“額定功率：1500W，額定電壓：220V”。

4.指導(dǎo)填寫技巧：對于沒有銘牌的電器，可通過說明書搜索關(guān)鍵詞“功率”或“W”獲取數(shù)據(jù)。

5.鼓勵學(xué)生拍照上傳家中電器照片，作為證據(jù)支持。

6.設(shè)計挑戰(zhàn)任務(wù)：每組至少調(diào)查5個用電器，若能找出3個以上“大功率電器”，則獲得“數(shù)據(jù)達人”稱號。

7.教師巡視指導(dǎo)，及時糾正錯誤，如將“kW”誤填為“W”等。

8.收集各組初步數(shù)據(jù)，用投影儀展示幾份典型樣本，進行點評。

9.引導(dǎo)思考：這些數(shù)據(jù)能告訴我們什么？比如，哪些電器最耗電？哪些需要長期通電？

10.小結(jié)：數(shù)據(jù)是設(shè)計的基礎(chǔ)，沒有準確的數(shù)據(jù)，就沒有科學(xué)的設(shè)計！

二、引導(dǎo)學(xué)生進行初步分類與匯總（一）、小組討論：如何對用電器進行分類？

1.提出問題：我們能不能把所有電器混在一起設(shè)計？為什么？

2.引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)：有些電器像冰箱、空調(diào)，一旦停機就影響生活；而像吹風(fēng)機、電水壺，只是短時間使用。

3.指導(dǎo)分類標準：

-長時間持續(xù)使用→應(yīng)歸入“常開設(shè)備”；

-大功率連續(xù)工作→必須獨立回路；

-小功率間歇使用→可集中接入插座回路。

4.提供分類參考圖：一張圖中將電器按顏色分類，紅色為大功率，藍色為小功率，綠色為照明燈。

5.要求每組在表格基礎(chǔ)上，新增一列“建議回路類型”：

-如“空調(diào)”→“空調(diào)專用回路”；

-“洗衣機+冰箱”→“插座分支回路1”；

-“LED燈10盞”→“照明分支回路”。

6.教師隨機抽查兩組展示分類結(jié)果，給予反饋。

7.強調(diào)：分類不是隨意的，而是為了保證用電安全與效率。1.接收并理解調(diào)查表填寫要求。

2.在家中或家長協(xié)助下收集用電器功率信息，完成表格填寫。

3.小組內(nèi)討論電器用途，進行初步分類。

4.在表格中添加“建議回路類型”列，形成初步設(shè)計方案雛形。

5.積極參與教師組織的展示與交流。評價任務(wù)數(shù)據(jù)準確性：☆☆☆

分類合理性：☆☆☆

合作效率：☆☆☆設(shè)計意圖將抽象的“用電需求”轉(zhuǎn)化為具體的“數(shù)據(jù)調(diào)查”任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。通過小組討論與分類，引導(dǎo)學(xué)生從生活現(xiàn)象中提煉出“安全用電”與“功能分區(qū)”的核心原則，為后續(xù)電路設(shè)計提供邏輯支撐。設(shè)計建構(gòu)，模擬真實電路

【15分鐘】一、展示并解析“家庭電路典型布局”（一）、投影教材圖19.2-11與圖19-3-1

1.展示圖19.2-11：某住宅配電箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，清晰標注了主進線、總開關(guān)、多個空氣開關(guān)（分別控制照明、插座、空調(diào)等）。

2.逐個介紹各開關(guān)作用：

-總開關(guān)：控制整個家庭供電；

-照明回路：專供燈具，額定電流10A；

-插座回路：供移動電器，額定電流16A；

-空調(diào)回路：專供空調(diào)，額定電流20A。

3.強調(diào)：每個回路都有獨立開關(guān)，互不干擾，這是安全的關(guān)鍵。

4.展示圖19-3-1：某插座分支回路設(shè)計示意圖，包含插座串聯(lián)、導(dǎo)線走向、斷路器位置。

5.指出關(guān)鍵點：導(dǎo)線從斷路器引出，依次連接多個插座，最后回到零線，形成閉合回路。

6.用動畫演示：當(dāng)某個插座插上大功率電器時，該回路電流增大，若超過額定值，空氣開關(guān)自動跳閘保護。

7.提問：如果兩個插座都插了大功率電器，會發(fā)生什么？

8.引導(dǎo)學(xué)生回答：可能造成該回路過載，空氣開關(guān)跳閘。

9.小結(jié)：合理設(shè)計回路，是防止事故的第一道防線。

二、引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計自己的“家庭電路拓撲圖”（一）、提供設(shè)計工具包

1.發(fā)放A4紙、彩色筆、剪刀、膠水、貼紙（用于標記電器與回路）。

2.提供三種設(shè)計模板：

-模板A：平面戶型圖（含客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間）；

-模板B：電路框圖（僅顯示電源、開關(guān)、回路、電器）；

-模板C：自由發(fā)揮區(qū)。

3.指導(dǎo)設(shè)計步驟：

-第一步：在圖中標注各房間及電器位置；

-第二步：用不同顏色線條表示不同回路（如紅=照明，藍=插座，綠=空調(diào)）；

-第三步：在回路末端畫出空氣開關(guān)，并標注額定電流；

-第四步：在電器旁寫上功率與數(shù)量。

4.設(shè)計挑戰(zhàn)：每組必須設(shè)計至少一條“大功率專用回路”與一條“照明專用回路”。

5.教師巡視，重點關(guān)注：

-回路是否獨立；

-大功率電器是否被單獨分配；

-線路是否有交叉或混亂。

6.隨機選取兩組作品進行投影展示，師生共同點評：

-哪些設(shè)計體現(xiàn)了安全原則？

-哪些設(shè)計存在隱患？如：空調(diào)與微波爐共用一個插座回路。

7.強調(diào)：設(shè)計不僅要“能用”，更要“安全可用”。1.觀看教材圖示，理解配電箱結(jié)構(gòu)與回路功能。

2.選擇設(shè)計模板，開始繪制家庭電路拓撲圖。

3.小組協(xié)作，分工繪制線路、標注參數(shù)、粘貼電器標簽。

4.完成后進行內(nèi)部互檢，修正不合理之處。

5.準備參與展示與答辯。評價任務(wù)回路獨立性：☆☆☆

設(shè)計合理性：☆☆☆

創(chuàng)意表現(xiàn)力：☆☆☆設(shè)計意圖通過真實圖示與模擬工具，幫助學(xué)生突破空間認知障礙，建立“家庭電路即多回路并聯(lián)系統(tǒng)”的核心模型。在動手實踐中深化對“獨立回路”“專用線路”“空氣開關(guān)保護”等關(guān)鍵概念的理解，發(fā)展工程設(shè)計能力。深化探究，解決核心難題

【8分鐘】一、提出“導(dǎo)線選型”關(guān)鍵問題（一）、展示“想想議議”問題

1.投影教材原文：

“通常情況下，導(dǎo)線的橫截面積越大，長時間通電時所允許的最大安全電流也會越大。根據(jù)你設(shè)計的各條分支回路的用電情況，總功率大的分支回路要選粗一些的導(dǎo)線，還是細一些的？家庭電路中的供電導(dǎo)線是不是橫截面積越大越好？你認為在選擇導(dǎo)線時，除了安全因素，還要考慮哪些因素？”

2.引導(dǎo)學(xué)生思考：如果給所有回路都用最粗的導(dǎo)線，會怎樣？

3.播放短視頻：一根極粗的銅線被拉斷，旁邊彈出字幕：“導(dǎo)線太粗，成本太高，安裝困難！”

4.啟發(fā)討論：導(dǎo)線的選擇必須權(quán)衡“安全”與“成本”、“性能”與“實用性”。

5.教師講解：導(dǎo)線越粗，電阻越小，發(fā)熱越少，允許電流越大，但價格越高，施工越難。

6.提供導(dǎo)線規(guī)格對照表：

-1.5mm2：適合照明回路，最大承載電流約15A；

-2.5mm2：適合普通插座回路，最大承載電流約20A；

-4.0mm2：適合空調(diào)、電熱水器等大功率回路，最大承載電流約30A。

7.要求每組根據(jù)自身設(shè)計的回路總功率，計算所需電流，并匹配合適導(dǎo)線。

8.示例計算：

-空調(diào)回路：總功率3000W，電壓220V，電流I=P/U=3000W/220V≈13.6A→選擇2.5mm2導(dǎo)線。

-照明回路：10盞燈×10W=100W，I≈0.45A→選擇1.5mm2導(dǎo)線。

9.小結(jié)：科學(xué)選型，才能做到“恰到好處”！

二、引入“斷路器匹配”概念（一）、講解空氣開關(guān)的作用與選型原則

1.展示空氣開關(guān)實物模型，解釋其原理：當(dāng)電流超過設(shè)定值（如16A），內(nèi)部電磁鐵吸合，切斷電路。

2.強調(diào)：斷路器額定電流應(yīng)略大于回路最大正常工作電流，但小于導(dǎo)線安全載流量。

3.舉例說明：

-若某回路最大電流為13.6A，則應(yīng)選用16A空氣開關(guān)；

-若選用20A開關(guān)，則可能在過載時無法及時跳閘，引發(fā)危險。

4.提醒：不要貪圖方便，隨意更換更大容量的開關(guān)！1.閱讀教材問題，思考導(dǎo)線粗細與安全的關(guān)系。

2.觀看視頻，理解“導(dǎo)線并非越粗越好”的現(xiàn)實限制。

3.學(xué)習(xí)導(dǎo)線規(guī)格對照表，掌握基本參數(shù)。

4.小組計算各自回路所需電流，確定導(dǎo)線與斷路器型號。

5.記錄最終選型結(jié)果，準備用于匯報。評價任務(wù)計算準確性：☆☆☆

選型合理性：☆☆☆

安全意識：☆☆☆設(shè)計意圖聚焦“導(dǎo)線與斷路器選型”這一核心難點，通過問題驅(qū)動與數(shù)據(jù)計算，引導(dǎo)學(xué)生從感性認知走向理性決策。在權(quán)衡安全與成本的過程中，培養(yǎng)工程思維與責(zé)任意識，真正實現(xiàn)“知行合一”。成果展示，多元評價

【5分鐘】一、組織小組展示與互評（一）、每組派代表上臺展示設(shè)計方案

1.展示內(nèi)容包括：

-調(diào)查數(shù)據(jù)表；

-電路拓撲圖；

-回路設(shè)計說明（含電流計算與選型依據(jù)）；

-安全用電建議。

2.每組限時2分鐘，其余同學(xué)認真傾聽并做好筆記。

3.設(shè)置“亮點發(fā)現(xiàn)”環(huán)節(jié)：每聽完一組，其他小組舉手說出一個優(yōu)點，如“你們的空調(diào)回路設(shè)計很專業(yè)！”

4.設(shè)置“改進建議”環(huán)節(jié)：每組可提出1條建設(shè)性意見，如“建議增加一個備用插座回路”。

5.教師全程錄像，便于課后回顧。

6.評選“最佳設(shè)計獎”“最具創(chuàng)意獎”“最安全方案獎”三個獎項，頒發(fā)電子證書。

7.強調(diào)：評價不僅是打分，更是學(xué)習(xí)與成長的機會。

二、教師總結(jié)升華（一）、回顧項目全過程

1.從“發(fā)現(xiàn)問題”到“數(shù)據(jù)調(diào)查”，再到“設(shè)計建構(gòu)”“深度探究”“成果展示”，我們走完了完整的工程流程。

2.今天我們不僅學(xué)會了如何設(shè)計家庭電路，更重要的是，我們樹立了“安全第一”的工程倫理。

3.布置延伸任務(wù)：回家后，和父母一起檢查家里的電路是否存在隱患，寫下一份《家庭用電安全自查報告》。1.派代表上臺展示本組設(shè)計方案。

2.認真聆聽其他小組展示，積極思考并提出建議。

3.參與“亮點發(fā)現(xiàn)”與“改進建議”環(huán)節(jié)，鍛煉批判性思維。

4.領(lǐng)取電子證書，感受成就感。評價任務(wù)展示清晰度：☆☆☆

邏輯完整性：☆☆☆

互動參與度：☆☆☆設(shè)計意圖通過多元評價機制，促進學(xué)生全面反思與自我完善。展示環(huán)節(jié)既是成果呈現(xiàn)，也是思維訓(xùn)練場。教師總結(jié)將知識、技能、情感態(tài)度融為一體，實現(xiàn)課程育人目標。作業(yè)設(shè)計一、基礎(chǔ)鞏固題

1.請查閱家中一臺用電器的銘牌，寫出其額定電壓和額定功率，并計算其正常工作時的電流大小。（提示：I=P/U）

2.一個家庭電路中，照明回路共有12盞LED燈，每盞燈功率為8W。該回路應(yīng)選用哪種規(guī)格的導(dǎo)線？（已知：1.5mm2導(dǎo)線最大承載電流約15A，2.5mm2約20A）

3.某插座回路連接了微波爐（1200W）、電飯鍋（800W）和電水壺（1500W）。該回路總功率是多少？若使用2.5mm2導(dǎo)線，是否安全？為什么？

4.請畫出一個簡單的家庭電路示意圖，包含總開關(guān)、照明回路、插座回路和空調(diào)回路，并標出各回路的空氣開關(guān)額定電流（假設(shè)照明回路最大電流為5A，插座回路為16A，空調(diào)回路為20A）。

5.請列舉三條你在本節(jié)課中學(xué)到的“安全用電原則”，并說明理由。

二、拓展探究題

6.假設(shè)你家要安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，請結(jié)合本節(jié)課所學(xué)，談?wù)勅绾螌⒐夥到y(tǒng)與現(xiàn)有家庭電路安全連接？可能需要哪些額外的設(shè)備？（提示：考慮逆變器、隔離變壓器、防雷裝置等）【答案解析】

一、基礎(chǔ)鞏固題

1.示例：電冰箱，額定電壓220V，額定功率120W，則I=120W/220V≈0.55A。

2.總功率=12×8W=96W，I≈96W/220V