基于項目式學習的初中物理課堂教學設計

張余燚

【摘要】在項目式學習的過程中，學生從真實情境的問題出發，通過真實性任務驅動學生自主學習.本文嘗試在“歐姆定律在串并聯電路的應用”教學中，運用項目式學習達成教學目標的同時，提高學生的核心素養.

【關鍵詞】項目式學習；核心素養；教學設計

項目式學習是一種以提升探究能力為目標，以解決具體問題為驅動，以學生活動為中心的學習模式.義務教育科學課程中要培養的學生核心素養定義為：學生在學習科學課程的過程中，逐步形成適應個人終身發展和社會發展所需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，是科學課程育人價值的集中體現，包括科學觀念、科學思維、實踐探究、態度責任等方面.借助項目式學習模式對“歐姆定律在串并聯電路中的應用”一課進行設計與實施.

1 教學與評價目標

1.1 教學要求

（1）科學觀念：能從電壓與電阻的本質理解歐姆定律，能將歐姆定律運用于串并聯電路中進行電路分析與運算.

（2）科學思維：通過分析實驗獲得的數據歸納出串并聯電路中的電阻規律以及電壓與電流分配規律.

（3）實踐探究：利用“伏安法”設計實驗探究或驗證串并聯電路中電阻的規律， 并能自主實施實驗方案.能夠根據串并聯電路特點設計酒精測試儀的電路圖，并能自主實施實驗方案.

（4）態度責任：能夠以實驗數據為依據作出判斷以及歸納；能夠根據實際需求分析設計電路圖的優點以及缺點，并能做出調整.了解酒駕的危害，從而知道酒精測試儀存在的意義和價值.

1.2 評價目標

（1）課堂評價：學習過程中能夠利用“伏安法”設計實驗并完成.在課堂內能夠學會用類比的思想從影響電阻大小因素思考，解釋為何串聯電路中總電阻大于各電阻，并聯電路中總電阻小于各電阻.關注學生在酒精測試儀的電路圖設計中能夠進行小組合作.

（2）作業評價：學生能夠分析酒精測試儀的工作原理，并完成相應習題.學生能根據自己設計的電路圖通過不斷改進制作出酒精測試儀并投入使用.

2 教學與評價思路的設計

本節課以交警利用酒精測試儀測量駕駛員是否酒駕出發，創設真實的問題情境，激發學生學習興趣.

3 教學情境

引入 同學們，你們是否見過以下的場景，交警將車輛攔截下來，拿出一個儀器對司機進行檢測，如果發現司機喝了酒，那交警就會做出相應的處罰.這種儀器就是酒精測試儀.酒精測試儀實際上是由酒精氣體傳感器（相當于隨酒精氣體濃度變化的變阻器）與一個定值電阻及一個電壓表或電流表組成.那么它到底是如何制作的呢？

3.1 探究串并聯電路中的電阻關系

學習任務1 復習歐姆定律，并能利用“伏安法”設計實驗探究串、并聯電路中電阻的關系.進行理論推導并進行驗證，用類比的方法解釋.

從介紹酒精測試儀的組成出發，拋出本節課的核心任務——制作一個簡易的酒精測試儀.首先復習串并聯電路中電流與電壓的特點，引出串并聯電路中的電阻特點.以“伏安法”測電阻為基礎，遷移到設計實驗探究串并聯電路中電阻特點.再到利用公式推導并驗證串并聯電路中電阻特點與實驗是否相符.然后利用類比的科學方法解釋串、并聯電路中電阻特點的原因.接著小組討論設計，小組間互評，迭代設計后形成最終方案.最后通過對模型的理解，應用物理模型進行運算，同時了解酒駕的危害.在應用科學知識解決問題的過程中，發展學生的核心素養.

教師：兩個電阻有兩種連接方式：串聯和并聯.那么制作酒精測試儀時兩個電阻應該是串聯還是并聯呢？我們已經學習過串并聯電路中電流與電壓的關系，那電阻又有什么關系呢？同學們是否可以根據以下提供的實驗儀器設計并探究呢？（以串聯電路為例）

PPT展示：實驗1，用“伏安法”探究串聯電路中電阻的規律.實驗原理為R=U/I.

實驗器材：5Ω和10Ω的電阻、電流表、電壓表、開關、學生電源、滑動變阻器各1個，導線若干.

學生：討論后展示各小組實驗圖.小組間相互評價優劣，改進后完成實驗并記錄實驗數據.發現R總＝R1+R2.

教師：大家通過實驗發現R總＝R1+R2.真的是這樣的嗎？能否根據串聯電路中電壓以及電流的特點推導一下電阻特點呢？

板書：推導過程如圖1所示.

教師：大家通過實驗發現R總＝R1+R2.那為什么會這樣呢？同學們能否根據我們學過的影響電阻大小的因素來考慮一下，當兩個電阻串聯在一起時相當于改變了電阻的什么因素呢？

學生：思考并得出結論——長度.

PPT：出示習題

教師：板書等效電路圖的畫法（見圖2），解題過程.

總結解題思路：1畫，等效電路；2標，標注已知條件；3析，分析電路情況選擇合適的公式；4運算求解.

評價任務1 判斷并發展學生的論證推理與模型認知的素養水平以及實驗探究水平.

3.2 酒精測試儀電路圖設計及分析

學習任務2 通過串并聯電路特點設計酒精測試儀，并畫出相應的電路圖.通過小組互評的方式確定酒精測試儀的連接方式為兩電阻串聯，再利用電壓表或電流表完成讀數.學習過程見圖3.

組內討論畫出電路設計圖. 組間互評，修改電路設計.

教師：已知酒精氣體傳感器的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小.請同學們小組討論設計酒精測試儀，并畫出電路圖（R1為定值電阻，R2為敏感電阻）.

學生：討論后展示各組方案，見圖4.

教師：展示評價量表（如表1），請同學根據評價量表對各種方案進行打分.

評價任務2 診斷并發展學生模型建構的能力.依據評價量表實施組內自評以及組間互評.

3.3 酒精測試儀電路分析及制作

學習任務3 通過查閱資料了解酒精敏感電阻的阻值范圍，并選擇合適的定值電阻以及電源，連接正確的電路并進行測試.

PPT：有一種由酒精氣體傳感器制成的呼氣酒精測試儀，當接觸到的酒精氣體濃度增加時，其電阻值降低，如圖5甲所示.在圖5乙所示的工作電路中，電源電壓恒為12V，定值電阻R2=20Ω.

現在國際公認的酒駕標準是0.2mg/mL≤酒精氣體濃度≤0.8mg/mL，試通過計算判斷當被測試者酒駕時，電壓表的示數范圍是多少？

學生：通過練習加深理解物理模型，掌握歐姆定律在串并聯電路中的應用.

評價任務3 判斷并發展學生對于模型的應用水平，同時發展學生的社會責任意識.

4 教學反思

4.1 教學設計應以教學評一致為原則

有效教學的基本原理是要達到教學評一致.科學課中有關于物理模型的學習和應用多以公式推導加習題講解為落實途徑.在本節課中，筆者嘗試了以設計酒精測試儀為核心任務進行項目式學習.在核心任務的驅動下，教師的教與學生的學高度一致，同時借助評價量表，小組自評與組間互評從而達到教學評的一致性.

4.2 教學設計應注重整體化

與傳統的教師講授式為主的教學方式相比，項目式學習是從現實情境出發，通過設置真實性任務，將學生放置于具體的任務中.讓學生圍繞著要解決的核心問題，通過小組合作的方式體驗活動過程，找到正確的方法，學會相關的支撐性學科知識與技能.本節課就是以完成“酒精測試儀的設計”為中心任務，從新知學習到電路設計，再到應用物理模型進行運算.從生活中的科學到科學運用于生活，最終樹立學習中應該獲得的正確的情感態度價值觀，充分發揮了應用項目式學習培養學生的科學核心素養.

4.3 關于跨學科學習

本文主要是基于“歐姆定律在串并聯電路中的應用”這一科學知識來進行設計和落實的，實際的酒精測試儀的制作遠不止對于電路的了解及應用.在后續的教學中可以嘗試與信息技術老師跨學科合作，完成酒精測試儀的編程部分的學習以及Arduino板的使用方法學習.與美術老師合作完成外觀的設計與評價.將本節課發展成為一堂跨學科學習的STEAM課程.

參考文獻：

［1］孫康，唐敏，王偉群.項目式學習與化學實驗教學的融合研究［J］.化學教與學，2021（17）：82-85+28.

［2］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［3］胡衛平，劉守印.義務教育科學課程標準（2022年版）［M］解讀.北京：高等教育出版社，2022.

［4］王俊華.第14講歐姆定律［J］.初中生世界（九年級物理版）2013（z3）：27-34+26.