STEM主题教学案例——LED发衣光

STEM主题教学案例

2.LED发衣光

泉州市丰泽区见龙亭实验小学 黄惠琼

【主题内容分析】   

可以说电改变了人类的整个生活，电正在为人类承担着大部分人类原本不能办到的事。本课题顺着学生的认识发展，不断产生新的问题和探究的需求设计安排的，LED是上世纪中期发展的新技术，LED由于发光过程中不产生热量，寿命较长。是一种发光二极管，具有单向导电性。从点亮一盏LED灯，到控制灯的亮与灭，结合并联想到接两个灯亮，继续碰撞出火花，怎样接两灯，是怎样的效果，怎样控制成本，孩子们就是在这样不断接亮灯泡的活动中理解电路回路、断路、短路以及电路的不同连接方法，会自己用学到的电学知识去解释，对电路故障分析，比较不同接法，并作出选择，设计出一件能发光的衣服。

为了充分带动学生的双手，放飞学生的思想，这种将一系列活动统领到一个“大主题性”活动中，对各目标进行整合是STEM的一个特色，让学生在具体操作过程中不断碰撞出新的问题，发展学生解决问题的思维能力。本主题主要活动流程设计如下：

引入问题与确定需求：设计并制作一件LED发光衣

调查研究与学习支持：LED构造及电路不同的连接方法

分析观点与建立模型：LED发光衣的设计与制作

测试优化与解决问题：发光衣效果的测试

产品展示发布与评价：LED发光衣的展示与评价

本主题将引导学生像工程师一样经历工程的设计、制作、测试、优化迭代的过程，在综合性、项目化的深度学习中，内化整合科学、技术、工程、数学各学科的知识，培养了学生解决问题的能力、创新能力、合作与沟通的能力，对学生核心素养的培养极具有积极意义。

【适用年级】

五、六年级

【建议课时】

6课时   

【主题教学目标】

科学（S）

认识开关能控制电路。

通过点亮LED试验，测试发光效果，探究影响电路发光效果的因素。

技术（T）

在制作过程中，使用合适的方法组合点亮多盏LED灯。

能够清晰介绍自己的设计及所遇到的问题。

工程（E）

能够按照设计图完成LED发光衣的制作。

能够在制作完成后有效测试发光衣的发光效果，针对遇到的问题调整改进。

通过迭代，不断优化自己的设计。

数学（M）

能够通过估算控制所需耗材及制作的成本。

【主题教学准备】

学生组活动准备：

1号材料盒： 1个收纳盒、30cm铜箔纸一条、3V纽扣电池2个、电池盒1个、导线、开关3、反光衣（样版）一件、粉笔、活动项目记录单1张、项目评价记录单1张

2号工具箱：剥线钳1把、软尺1条、双面胶（固定线路）

教师教学材料准备：

课件、板书贴、磁钩、晾衣架、普通反光衣

【主题教学过程】   

第一课时：引出问题与确定需求

目标：

通过点亮LED试验，探究LED单向导电性、闭合回路。

会使用剥线钳、软尺剪出所需的导线长度

根据自己的设想画电路图

据不完全统计全球60%的交通事故发生在光线不足时，我国19时至第二天的6时发生事故占总数的一半以上。导入一则交通报道：2014年12月8日，一位清洁工人大雾天在新柳大道延长线上清理道路上的垃圾，冰冷的冬晨直接把反光衣套上。然而，当他正忙碌中，一辆大卡车在视线模糊的道路中急速行驶而过，当司机看到他时，也完全来不及刹车，鲜活的生命就这样结束了。造成事故的最直接原因是普通反光衣在光线不足条件下，反光效果不好，造成交通事故。

为了能减少交通事故，柳州交警向品牌之都石狮订购一批发光衣，在光线不足时加强反光效果，订单要求：1、能达到合适的发光效果2、材料成本合理3、能用开关控制。

活动一： 让LED亮起来

1. 进行“探究点亮并控制一盏LED灯”活动的准备

（1）实验需要哪些材料？用 什么连接？

（2）怎样连接？先尝试画个图。

注意事项：基础连接让学生小组讨论后完成，方式不限。

通过不同的连接方式，让小组通过自主学习来统一大家的认识。

（3）讲解电池、剥导线、开关等知识点和简图的画法，这期间可以让小组讨论。之后独立完成方案设计，并将设计方案画在记录单1上。

2. 根据自己设计的方案进行实验，并将实验结果记录在设计方案下面，将设计和实验过程中遇到的问题以及解决方案写在记录单1上。

（1）LED灯亮了吗？如果不亮，可能是什么原因？怎样解决？

（2）如果灯不亮，同时手指感觉烫，要立即断开电路。（短路的认识，及时制止短路的发生）

（3）灯不能常亮，怎样让它熄灭？又该如何点亮呢？

（4）能不能用一个装置来控制灯的亮和灭？

注意事项：强调先画设计图，再动手尝试连接。

3. 学生展示实验结果、讨论及总结，老师引导理解LED灯的单向导电性、回路、开关控制的概念。

    记录单1    让LED亮起来

LED灯：    、开关：    、电池：   

1.我的设计方案：画图

2.在本设计与实验的过程中，灯能亮吗？我是如何解决的？

3.我还需要怎样改进，能更好的连接固定LED？

第二课时   调查研究与学习支持（1）

目标：

认识开关能控制电路。

能够分析各种电路故障，估算要用导线的长短和数量

能够具有初步的设计能力，用正确的电路连接方法。

活动二： 同时点亮两盏LED灯

1. 引导学生回顾点亮LED灯的条件及事项。

2. 明确让学生设计“同时点亮两盏LED灯”的电路图的任务。

（1）学会点亮一盏LED灯，两盏怎么做？（闭合电路的概念）

（2）在材料和连接方式上有什么改变吗？

3. 设计电路。

（1）设计同时点亮两盏LED灯的方案，并将设计方案画在记录单2上。

（2）各小组介绍一下自己的方案。

（3）找不同方案中的相同点和不同点。

4. 学生实验并做好记录。

5. 展示实验结果，讨论与总结。

再次巩固回路的概念，引导理解串联并联的概念、电池组合概念以及开关的作用。

记录单2同时点亮两盏LED灯

        LED灯：    电池：    开关：   

1.设计方案：

2.设计与实验的过程中，我需要用几个开关控制？开关可以装在哪里？

3.同时点亮两盏LED，还有其他的接法吗？

第三课时   调查研究与学习支持（2）

目标：

加深设计能力，设计不同电路的连接方法。

能够按照设计图完成点亮两盏LED灯的电路设计与制作。

活动三：轮流点亮两盏LED灯

1．明确设计“让两盏灯不同时亮起来”的电路图的任务。

（1）你是怎样做到两盏灯都亮的？是轮流亮的吗？

（2）有多少种方法呢？

（3）开关在这里起什么作用？

（4）两盏灯一定要同时亮吗？我们如何做？

2. 小组同学讨论并设计实验方案，分享实验方案。

设计轮流点亮两盏LED灯的方案，并将设计方案画在记录单3上。

注意事项：轮流点亮两盏灯时不一定要两节电池，注意控制成本。

3. 根据设计进行实验

（1）取本设计需要的材料，进行实验，并记录在记录单3。

（2）你的制作与设计一致吗？

（3）修改的地方请及时记录，注意不要出现短路。

4.展示、讨论及总结

（1）有没有实现“两盏LED灯不同时亮”的目标？

（2）你们是用什么方法实现的？

（3）只控制一盏LED灯亮与灭，算不算成功呢？

5．总结串、并联电路的特点。

同时点亮与轮流点亮

    记录单3   轮流点亮两盏LED灯

LED灯：    电池：    开关：   

1.设计“轮流点亮两盏LED灯”的实验方案，画出设计方案。

我的设计图：

2.在本设计与实验过程中，需要几个开关？至少需要几个？

3.我是怎样设计开关的位置，这样设计的好处是什么？

第四课时   分析观点与建立模型

目标：

设计多个LED发光衣的布局。

会使用双面胶固定导线。

能够按照设计图完成LED发光衣的制作。

能够在制作完成后有效测试发光衣的发光效果。

活动四：LED发光衣的设计布局

小组讨论：（1）灯、电池的位置初步设计及固定（粉笔记号）

（2）灯的分布、估算导线长短

（3）连接方法、开关的布局

不同接法：串联、并联、开关不同位置的控制

活动五：LED发光衣的设计制作

1．讨论设计图   

（1）发光衣使用哪些材料、数量多少？

（2）发光衣电路怎样做接触更好？

（3） 电路怎样固定到衣服上？

（4）发光衣电路怎样加工处理能防水？

2．温馨提示：         

        （1）活动流程：设计        选料        制作。

（2）LED单向导电。

（3）连接电路时，注意避免短路, 防止触电和火灾。    

（4）选择所需的材料，注意控制成本。

（5）小组分工合作，协调配合。

3．设计与制作   

各小组按照活动要求，先选取所需要材料后制作。

4.记录耗材，填写项目评价量表相关内容。

5．介绍设计方案。

6.评价设计方案与小组的表现，填写项目评价量表相关内容。

第五课时测试优化与解决问题

目标：

制作过程中，使用合适的方法组合点亮多盏LED灯。

能够在制作完成后，针对遇到的问题调整改进。

不断优化改良自己的设计。

活动六：LED发光衣的发光效果测试   

1．出示测试任务:将衣服挂在衣架上测试

2．任务要求

3．测试：各小组到活动区域完成测试任务。

4．各小组结合测试过程中对设计的电路进行调整，讨论完成项目活动记录单最后的问题。

第六课时产品发布与评价

目标：       

通过测试，不断优化自己的设计，达到可重复检测的要求。

活动七：分享交流会

1．小组设计制作成品展示及小组代表汇报：

（1）展示制作的发光衣，阐述设计意图及测试的结果

（2）设计制作过程中遇到了哪些困难？怎么解决的？

（3）增加防水作用，在制作过程中进行了哪些处理？

（4）你认为你设计的发光衣存在什么不足之处？怎么改进？

（5）结合测试时的经验，你觉得还可以怎么调整发光效果？

（6）你们的耗材有没在预算范围？ 我还可以怎样调整？

（7）寻找新型的触摸式纸电路开关和电池。

2．其他小组可对其做出评价或者提出问题、建议，同时汇报的小组成员可做出相应的解释说明。

活动八：拓展延伸

1．说一说，你还想怎么进一步优化你的发光衣呢？

【板书设计】   

LED发光衣   

    项目主题                                 

【附：项目评价量表】   

【附：项目活动记录单】

项目活动记录单   

第小组

主题项目	设计制作LED发光衣
所需材料 及工具	材料：         电池（   ）个                电池盒（   ）个                铜箔纸（   ）条             开关（   ）个                反光衣（   ）件                导线（   ）cm            工具：       剥线钳（   ）把                软尺（   ）条
设计图 电池    导线：      LED：    开关：		设计补充说明：如果需要多个电池（标出）或开关要全部画出。
测试	点亮LED测试	最多亮灯数 （   ）/个
	第一次亮的个数 （   ）/个	第二次亮的个数 （   ）/个	第三次亮的个数 （   ）/个
	亮度：亮 不亮 暗	亮度：亮 不亮 暗	亮度：亮 不亮 暗	最好亮度 亮度：亮 不亮 暗
优化	你认为你设计的LED发光衣存在什么不足之处？怎么改进？（把关键词语写下来）