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摘 要：文章首先简单介绍跨步电压概念及危害，其次介绍跨步电压教具的制作背景、设计思路、实验操作，优化安全用电设计，最后论述跨步电压自制教具对教学的影响。
关键词：跨步电压；跨步电压教具；优化教学设计
经济迅速的发展，我国的教育事业也得到了空前的进步。但对于部分基层学校特别是发展落后的山区或者农村的学校，物理教具的不足对教学存在很多的问题。因此就需要自制教具来优化物理实验教学[1]，以提高教学质量。下面以自制教具跨步电压为例优化中学物理实验教学。
跨步电压的概念及危害
跨步电压的概念
跨步电压的形成是因为大风、自然界的雷电的恶劣天气造成的，使得高压线断落着地，大量的扩散电流流向大地，使得周围地面分布着不同电位，如图1所示。倘若人的两脚分开站在不同的地方，就会形成电位差，两腿之间的电位差也就是跨步电压。
跨步电压的危害
如果人不小心进入跨步电压的危险区域，就会受到跨步电压。电流从人的一只脚经过下体流入另一只脚，从而和地面形成闭合的回路。触电时会感觉到双脚发麻然后跌倒。因为跌倒之后，人的头脚之间的距离比较大，那么人所受到的跨步电压就比较大，导致触电电流增大，损害人的心脏，就会有致命危险。
自制教具跨步电压优化物理教学设计
自制教具跨步电压的设计与制作
（1）跨步电压教具的制作背景。“跨步电压”及“跨步电压触电”是初级中学物理科学探索的知识，大多数出版的义务教育教科书对跨步电压的描述只有短短的几句话，没有进行比较细致的阐述，所以学生对知识的理解和掌握存在困难。加之缺乏相应的实验教具，很多教师对于跨步电压触电现象及跨步电压概念只进行简单粗略的讲解或者是利用教学媒体快速的说明，导致学生对知识的理解和掌握少而又少，对跨步电压的危害没有清楚的认识，最终使得学生没有安全保护意识和自我防范认知。为了解决安全用电教学时的这一现象，对跨步电压传统自制教具进行设计的优化和教学优化，使得学生理解跨步电压的知识并学会防范掌握自救措施。
（2）自制教具跨步电压设计的思路。用半圆形底盘装上土壤来模拟地面，输出电压的正极接在底盘的圆心位置，负极与底盘外面埋的铜线相连，可调直流电源在与正负极相连，对地面电压辐射进行模拟演示。把一个可以行走的机器人放在土壤上，机器人胸口的发光二极管與脚底的铜线串联，来体现机器人跨步电压的大小是否在安全范围内，MSP430（转化电信号）与二极管并联，模拟演示实验如果有跨步电压，那么地面与LED会构成一个闭合的回路，这个时候LED灯就会发光，跨步电压的电压值可以用12864LCD显示屏反映机器人跨步的电压。显示器时的电压LED灯的实际电压，也就是机器人跨步电压。设计原理下如图2所示。
自制教具跨步电压的制作与实验
（1）自制教具跨步电压的器材。机器人一个（可以模仿跨步）、0～600V可调直流高压电源一个、液晶显示屏（12864LCD）一个，三节1.5V干电池、2V的LED显示灯一个、MSP430微控制转换器一个、电线若干。
（2）自制教具跨步电压的制作。做一个半圆形底盘，地盘上铺上一层土壤，在机器人内部装上LED灯，把两根铁钉焊接在脚上，并且接在导线上，从机器人的后背穿出来，把穿出来的导线接到演示仪的后方，再把MSP430微控制器内部的AD转换电路板和发光二极管并联；在三节干电池上连接传出的导线，并且连接在液晶显示屏上，液晶显示屏与连接电源的电源变压器相连，液晶显示屏有足够大的电压。进行演示实验室时，将600V高压电场接在底盘的线上，在圆心处放上，机器人直立在土层上，接通直流稳压电源后，发光二极管显示机器人是否受到跨步电压达到触电的状态，显示器还可显示机器人两脚之间的跨步电压。如图3所示。
（3）跨步电压自制教具的演示和结果。在桌面上装好实验装置并且把土壤放在半圆形底盘内用以模拟大地，用喷水壶适当喷水使得模拟的大地潮湿；把机器人放置在地面中心附近的土壤上，并且保持机器人的平稳；打开直流电压的输出开关，改变电压至24～600V的区间内；用控制变量的物理实验方法，改变机器人的位置和观察不同远近距离时，液晶显示屏的示数和LED灯的明暗程度；分开机器人的两脚之间的距离，模拟人行走时的动作，改变步幅的大小，观察相同距离时不同步幅大小，液晶显示屏的示数与LED灯的亮度；让机器人双脚并拢，观察液晶显示屏的示数与LED灯的明暗程度。
人体所受跨步电压的大小与人距离高压线落地点的距离有关：当步幅相同时，距离落地点越远所受的跨步电压越小，距离落地点越近所受的跨步电压越大；当人在距离高压线同样距离时，双脚之间的距离越小，所受的跨步电压越小，当双脚并拢时两脚之间电压最小。步幅相同时，机器人在远离高压线落地点的过程中，LCD显示屏上的电压值逐渐减小，二极管的亮度逐渐变暗，甚至不亮；机器人在高压线落地点附近同一个位置时[1]，当机器人步幅减少时，LED灯的亮度很暗甚至不亮，显示屏上的电压很小，当双脚并拢时，显示屏上电压显示很小甚至为0V，LED灯始终不亮。
实验结果让学生非常清晰直观地理解跨步电压的知识点及跨步电压触电时的自救方法。如果人不慎跨入落地高压线附近，快捷而安全的自救方式是双脚并拢单脚跳，因为此时人两脚之间电压几乎为零，就会避免触电事故的发生。
利用自制教具跨步电压优化安全用电教学设计
在安全用电这节课的教学过程中教师可以根据上述3.2.3通过模拟实验，使得学生清楚直观的认识跨步电压相关知识，并自己提出不小心进入跨步电压区域的自救措施（单脚起跳或者双脚起跳）。
自制教具跨步电压对物理教学的影响
利于完善实验教学体系
我国的教育事业发展迅速，但并不全面，特别是农村及偏远地区学校教学仪器不足，教育经费缺乏导致学生实验不能正常的进行。加之一些物理概念、现象和规律用实验室的实验器材又难以完成，以跨步电压为例：跨步电压的内容在“安全用电”的科学探究部分，由于概念并非考点所以一些教师就短短的几句话讲之而过，但学生又难以理解跨步电压。所以跨步电压自制教具的是完善安全用电实验教学的重要方法。 利于实验教学重要思想的体现
跨步电压自制教具清晰直观、易于解释事物内在规律的本质属性和外在表现的客观联系，并且跨步电压自制教具在本节教学过程中具有营造创新和启发的课堂氛围。跨步电压自制教具的设计需要教师扎实的专业知识和物理思想以及善于观察生活的能力，同时也需要学生对跨步电压知识的理解透彻很运用。跨步电压自制教具学生可以清楚直观的看到教具，清楚跨步电压的概念并能积极地探索跨步電压的其他规律，对教具提出新的改进意见。
利于学生实验思维的培养
跨步电压自制教具由设计到设计优化的整个过程，均为教师和学生共同完成的实验，其目标不仅仅是制作教具这么简单，更重要的是培养学生的实验思维，这也符合新课标的目标培养学生的创新意识。跨步电压自制教具由设计操作到演示的过程是为了实现学生主动积极地探究知识，激发内部的学习动机从而实现全面发展。自制教具跨步电压是教师深度挖掘教学资源的体现，更是为了学生从不同的角度，不同的层次，不同的方位的对跨步电压的概念和跨步电压触电现象有更深刻的认识和了解，掌握自救方法。并且使得学生能够在学习跨步电压触电的过程中快乐的享受跨步电压自制教具的实验学习的效果，促进学生高级物理实验思维和创造想象力的发展。自制教具跨步电压，能激发学生的兴趣使学生在不同方面对跨步电压进行思考和探究学生能够体验其中的乐趣，激发学生的思考利于学生实验思维的培养。
自制教具跨步电压的推广
经过在实习学校和母校对自制教具跨步电压的推广，得到老师和同学们的一致认可。不仅使学生对跨步电压触电现象和跨步电压概念的知识有更深刻的了解，更激发学生学习物理的兴趣，培养了学生的动手实践能力。部分教师也认为跨步电压自制教具对他们有很大的启发，在今后要善于挖掘生活中的隐性资源树立正确的学生观，加强对自制教具的开发和利用，优化物理实验教学。
参考文献：
[1]白秀英，李芳菊，梁凡凡，李晓红.跨步电压模拟演示仪的自制与创新[J].中学物理教学参考，2018，47（Z1）：42-44.
基金项目：2017年渭南师范学院卓越教师培训计划项目，利用跨步电压自制教具优化安全用电教学设计的实践探索（2017ZYJS036）
作者简介：党永亮（1995-），男，陕西渭南人，本科，研究方向：物理学。
关键词：跨步电压；跨步电压教具；优化教学设计
经济迅速的发展，我国的教育事业也得到了空前的进步。但对于部分基层学校特别是发展落后的山区或者农村的学校，物理教具的不足对教学存在很多的问题。因此就需要自制教具来优化物理实验教学[1]，以提高教学质量。下面以自制教具跨步电压为例优化中学物理实验教学。
跨步电压的概念及危害
跨步电压的概念
跨步电压的形成是因为大风、自然界的雷电的恶劣天气造成的，使得高压线断落着地，大量的扩散电流流向大地，使得周围地面分布着不同电位，如图1所示。倘若人的两脚分开站在不同的地方，就会形成电位差，两腿之间的电位差也就是跨步电压。
跨步电压的危害
如果人不小心进入跨步电压的危险区域，就会受到跨步电压。电流从人的一只脚经过下体流入另一只脚，从而和地面形成闭合的回路。触电时会感觉到双脚发麻然后跌倒。因为跌倒之后，人的头脚之间的距离比较大，那么人所受到的跨步电压就比较大，导致触电电流增大，损害人的心脏，就会有致命危险。
自制教具跨步电压优化物理教学设计
自制教具跨步电压的设计与制作
（1）跨步电压教具的制作背景。“跨步电压”及“跨步电压触电”是初级中学物理科学探索的知识，大多数出版的义务教育教科书对跨步电压的描述只有短短的几句话，没有进行比较细致的阐述，所以学生对知识的理解和掌握存在困难。加之缺乏相应的实验教具，很多教师对于跨步电压触电现象及跨步电压概念只进行简单粗略的讲解或者是利用教学媒体快速的说明，导致学生对知识的理解和掌握少而又少，对跨步电压的危害没有清楚的认识，最终使得学生没有安全保护意识和自我防范认知。为了解决安全用电教学时的这一现象，对跨步电压传统自制教具进行设计的优化和教学优化，使得学生理解跨步电压的知识并学会防范掌握自救措施。
（2）自制教具跨步电压设计的思路。用半圆形底盘装上土壤来模拟地面，输出电压的正极接在底盘的圆心位置，负极与底盘外面埋的铜线相连，可调直流电源在与正负极相连，对地面电压辐射进行模拟演示。把一个可以行走的机器人放在土壤上，机器人胸口的发光二极管與脚底的铜线串联，来体现机器人跨步电压的大小是否在安全范围内，MSP430（转化电信号）与二极管并联，模拟演示实验如果有跨步电压，那么地面与LED会构成一个闭合的回路，这个时候LED灯就会发光，跨步电压的电压值可以用12864LCD显示屏反映机器人跨步的电压。显示器时的电压LED灯的实际电压，也就是机器人跨步电压。设计原理下如图2所示。
自制教具跨步电压的制作与实验
（1）自制教具跨步电压的器材。机器人一个（可以模仿跨步）、0～600V可调直流高压电源一个、液晶显示屏（12864LCD）一个，三节1.5V干电池、2V的LED显示灯一个、MSP430微控制转换器一个、电线若干。
（2）自制教具跨步电压的制作。做一个半圆形底盘，地盘上铺上一层土壤，在机器人内部装上LED灯，把两根铁钉焊接在脚上，并且接在导线上，从机器人的后背穿出来，把穿出来的导线接到演示仪的后方，再把MSP430微控制器内部的AD转换电路板和发光二极管并联；在三节干电池上连接传出的导线，并且连接在液晶显示屏上，液晶显示屏与连接电源的电源变压器相连，液晶显示屏有足够大的电压。进行演示实验室时，将600V高压电场接在底盘的线上，在圆心处放上，机器人直立在土层上，接通直流稳压电源后，发光二极管显示机器人是否受到跨步电压达到触电的状态，显示器还可显示机器人两脚之间的跨步电压。如图3所示。
（3）跨步电压自制教具的演示和结果。在桌面上装好实验装置并且把土壤放在半圆形底盘内用以模拟大地，用喷水壶适当喷水使得模拟的大地潮湿；把机器人放置在地面中心附近的土壤上，并且保持机器人的平稳；打开直流电压的输出开关，改变电压至24～600V的区间内；用控制变量的物理实验方法，改变机器人的位置和观察不同远近距离时，液晶显示屏的示数和LED灯的明暗程度；分开机器人的两脚之间的距离，模拟人行走时的动作，改变步幅的大小，观察相同距离时不同步幅大小，液晶显示屏的示数与LED灯的亮度；让机器人双脚并拢，观察液晶显示屏的示数与LED灯的明暗程度。
人体所受跨步电压的大小与人距离高压线落地点的距离有关：当步幅相同时，距离落地点越远所受的跨步电压越小，距离落地点越近所受的跨步电压越大；当人在距离高压线同样距离时，双脚之间的距离越小，所受的跨步电压越小，当双脚并拢时两脚之间电压最小。步幅相同时，机器人在远离高压线落地点的过程中，LCD显示屏上的电压值逐渐减小，二极管的亮度逐渐变暗，甚至不亮；机器人在高压线落地点附近同一个位置时[1]，当机器人步幅减少时，LED灯的亮度很暗甚至不亮，显示屏上的电压很小，当双脚并拢时，显示屏上电压显示很小甚至为0V，LED灯始终不亮。
实验结果让学生非常清晰直观地理解跨步电压的知识点及跨步电压触电时的自救方法。如果人不慎跨入落地高压线附近，快捷而安全的自救方式是双脚并拢单脚跳，因为此时人两脚之间电压几乎为零，就会避免触电事故的发生。
利用自制教具跨步电压优化安全用电教学设计
在安全用电这节课的教学过程中教师可以根据上述3.2.3通过模拟实验，使得学生清楚直观的认识跨步电压相关知识，并自己提出不小心进入跨步电压区域的自救措施（单脚起跳或者双脚起跳）。
自制教具跨步电压对物理教学的影响
利于完善实验教学体系
我国的教育事业发展迅速，但并不全面，特别是农村及偏远地区学校教学仪器不足，教育经费缺乏导致学生实验不能正常的进行。加之一些物理概念、现象和规律用实验室的实验器材又难以完成，以跨步电压为例：跨步电压的内容在“安全用电”的科学探究部分，由于概念并非考点所以一些教师就短短的几句话讲之而过，但学生又难以理解跨步电压。所以跨步电压自制教具的是完善安全用电实验教学的重要方法。 利于实验教学重要思想的体现
跨步电压自制教具清晰直观、易于解释事物内在规律的本质属性和外在表现的客观联系，并且跨步电压自制教具在本节教学过程中具有营造创新和启发的课堂氛围。跨步电压自制教具的设计需要教师扎实的专业知识和物理思想以及善于观察生活的能力，同时也需要学生对跨步电压知识的理解透彻很运用。跨步电压自制教具学生可以清楚直观的看到教具，清楚跨步电压的概念并能积极地探索跨步電压的其他规律，对教具提出新的改进意见。
利于学生实验思维的培养
跨步电压自制教具由设计到设计优化的整个过程，均为教师和学生共同完成的实验，其目标不仅仅是制作教具这么简单，更重要的是培养学生的实验思维，这也符合新课标的目标培养学生的创新意识。跨步电压自制教具由设计操作到演示的过程是为了实现学生主动积极地探究知识，激发内部的学习动机从而实现全面发展。自制教具跨步电压是教师深度挖掘教学资源的体现，更是为了学生从不同的角度，不同的层次，不同的方位的对跨步电压的概念和跨步电压触电现象有更深刻的认识和了解，掌握自救方法。并且使得学生能够在学习跨步电压触电的过程中快乐的享受跨步电压自制教具的实验学习的效果，促进学生高级物理实验思维和创造想象力的发展。自制教具跨步电压，能激发学生的兴趣使学生在不同方面对跨步电压进行思考和探究学生能够体验其中的乐趣，激发学生的思考利于学生实验思维的培养。
自制教具跨步电压的推广
经过在实习学校和母校对自制教具跨步电压的推广，得到老师和同学们的一致认可。不仅使学生对跨步电压触电现象和跨步电压概念的知识有更深刻的了解，更激发学生学习物理的兴趣，培养了学生的动手实践能力。部分教师也认为跨步电压自制教具对他们有很大的启发，在今后要善于挖掘生活中的隐性资源树立正确的学生观，加强对自制教具的开发和利用，优化物理实验教学。
参考文献：
[1]白秀英，李芳菊，梁凡凡，李晓红.跨步电压模拟演示仪的自制与创新[J].中学物理教学参考，2018，47（Z1）：42-44.
基金项目：2017年渭南师范学院卓越教师培训计划项目，利用跨步电压自制教具优化安全用电教学设计的实践探索（2017ZYJS036）
作者简介：党永亮（1995-），男，陕西渭南人，本科，研究方向：物理学。