通過項目式學習提高高中物理復習的效率

摘" 要：項目式學習（project-based learning，簡稱PBL）是近年來國內外教育中備受矚目的一種新型教育模式，各級教育組織部門對項目式學習展開研究，開展了很多有關項目式學習的課題，取得不少成果.但是，在實際高中物理課堂中的應用和通過項目學習解決實際問題，以及在培養學生深度學習的教學方式上還需加深理論和實踐的研究.文章嘗試整合高中涉及的相關物理知識、數學知識，以描繪小燈泡伏安特性曲線為案例，復習電學部分實驗和電路知識點，促使學生在建模、分析、推理等方面能力不斷提升.

關鍵詞：項目式學習;恒定電流;高中物理

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）18-0074-03

收稿日期：2024-03-25

作者簡介：陳龍（1992.3—），男，安徽省銅陵人，本科，中學一級教師，從事高中物理教學研究.

2020年修訂的《普通高中物理課程標準（2017年版）》明確提岀促進學生物理學科核心素養全面發展的基本理念［1］.與2003版《普通高中物理課程標準（實驗）》相比，對學生能力素養的發展提出了更高標準和要求［2］.盡管項目式學習展示出很好的發展能力與素養的教學效果，也受到目前基礎教育領域的廣泛重視，但仍然不是中學物理教學的主流形式，主要應用于課外實踐活動和研究性學習［3］.為了更好地促進學生整合知識、深度學習，本文基于項目式學習設計“讓燈泡亮起來”案例教學，創設解決真實問題的課堂情境，以準確描繪小燈泡伏安特性曲線為目標，復習已學的恒定電流知識，深度學習新的知識并對其進行整合.

1" 創建問題情境

讓燈泡亮起來很簡單，但是要讓燈泡安全亮起來則不然，設置一個略微復雜的情境：小燈泡的規格為“1 A" 3 W”，在實驗室找到兩節舊電池（不知其規格），一個量程為3 V，內阻未知的電壓表，一個看上去十分老舊量程為0.6 A、內阻也未知的電流表，兩個999.9 Ω的電阻箱，一個滑動變阻器，一個多用電表，若干個定值電阻、開關和導線.

2" 設置項目總目標

讓小燈泡安全亮起來.

3" 設置問題串

根據學生思考過程，實際操作中會有很多障礙.教師在課前準備好問題串，引導學生根據操作流程和思維過程，帶領學生發現問題，提出問題：

（1）若直接把燈泡和電池連接，而電池的電動勢和內電阻未知，可能會使燈泡損壞，那如何測量電池電動勢和內電阻？之前學習過測量干電池電動勢和內電阻時設計哪些知識點？

（2）在測量過程中，老舊的電流表如何用簡單的方法判斷是否內部線圈短路？

（3）由于電壓表和電流表內阻都未知，需要測量嗎？我們學過用哪些方法測量？如何去測量？

（4）電流表的量程不夠，怎么辦？

（5）若燈泡亮起來之后，我們還想測量燈泡的實際功率，如何做？

4" 分組項目實施及流程

項目一" 判斷電流表內部線圈是否短路

使用多用電表去判斷電流表內部是否短路.

學生對多用電表的使用方法、內部結構、測量原則、測量原理、使用注意事項向大家講解，并且帶領學生復習相關知識.

教師先對剛才小組的匯報進行補充和總結，再向全體學生進行自己的匯報：采用一根導線判斷電流表內部是否短路.在左右搖晃電流計的過程中，查看指針變化，再用導線把電流計短接，再次搖晃，若兩次搖晃之后指針偏擺幅度相同，則意味著電流計內部斷路.

在項目一中，學生復習了多用電表的內部結構、使用方法、注意事項、電流計內部結構、電磁感應、電磁阻尼，但是還需要結合電流計的使用經驗和感受，聯系實際才能想到解決策略.

項目二"" 測量電表內阻

組長帶領組員向大家匯報測量電阻的幾種方法和測量電表內阻的半偏法等相關知識.由第2小組的5名同學分別介紹：

（1）伏安法等方法測電阻

（2）電表內外接原理及誤差分析

（3）限流式和分壓式電路測量原理及誤差分析

（4）電阻的伏安特性曲線

（5）半偏法測電表內阻

教師補充發言，接著引入例題.

電流表（內阻較?。弘娏鞅泶撛陔娐分惺褂?，盡管內阻相對較小，但由于內阻存在，不可避免地使電路總電阻變大，為了減小電流表對電路的影響，電流表的電阻應盡可能小.即RAR，理想電流表可認為RA=0.在對電流表擴程的過程中，我們選擇并聯一個較小的電阻R，使得整體電流變大.電壓表（內阻較大）：電壓表并聯在電路中使用，盡管內阻較大，但由于不能看成斷路，所以電壓表的接入使電路的總電阻減小，為了減小影響，電壓表的電阻應盡可能大.即RVR，理想電壓表可認為RV=∞（無限大）.在對電壓表擴程的過程中，我們選擇串聯一個較大的電阻R，使得整體電壓變大.

項目三"" 測量電池電動勢和內電阻

方法一：用一只電壓表和一只電流表測量，如圖1由閉合電路的歐姆定律E=U+Ir可知，本質上測出兩組路端電壓和電流的數據，根據E=U1+I1r，E=U2+I2r可得：

E=U1I2-U2I1I2-I1，

r=U1-U2I2-I1

方法二：用一只電流表和一只電阻箱測量，電路圖如圖2所示.

由歐姆定律E=I（R+r）可知，測量出兩組電阻箱的阻值及其對應的電流，根據

E=I1（R1+r），E=I2（R2+r）

可得：

E=I1I2（R1-R2）I2-I1，r=I1R1-I2R2I2-I1.

方法三：用一只電壓表和一只電阻箱測量

根據E=U+URr，測出兩組電阻箱的阻值及其對應的電壓，根據

E=U1+U1R1r，

E=U2+U2R2r.

得：E=U1U2（R2-R1）U1R2-U2R1，r=（U1-U2）R1R2U2R1-U1R2.

設計實驗原理圖如圖3所示.

方法四：用兩只電壓表測量

學生提出其他方法時，引起全體學生思考，例如電壓表V1的內阻已知，則可以把V1當成電流表，類似方法一，設計實驗電路原理圖如圖4所示.

當開關K與1接觸時，電壓表V1的讀數為U0；當開關K與2接觸時，電壓表V1、V2的讀數分別為U1、U2.

由歐姆定律E=I（R+r），

即有U0=E-U0R1r，U1+U2=E-U1R1r，

可得E=U0U2U0-U1，r=U1+U2－U0U0-U1R1

方法五：用兩只電流表測量

學生由伏伏法聯想到安安法，例如，由方法一可以推出只要2組路端電壓和電流的數據即可得出，案例中提供兩個電流表，其中一個電流表G的內阻已知，可以把此電流表和定值電阻R3串聯改裝成電壓表，設計實驗原理圖如圖5所示.

分別測兩組電流表G和A的讀數，即有

E=IG1（R3+Rg）+（IA1+IG1）r，

E=IG2（R3+R2）+（IA2+IG2）r

可得E=（R3+Rg）（IG1IA2-IG2IA1）IA2+IG2-IA1-IG1，

r=（R3+Rg）（IG1-IG2）IA2+IG2-IA1-IG1.

說明：考慮所有電表的內阻，故此方法測得的數據均無系統誤差.

教師再對幾種方案進行評價和補充，學生只提出數學方法，教師對電路的整體法和圖像法再進行介紹.

項目四" 描繪小燈泡伏安特性曲線

實驗原理：

（1）測量出多組小燈泡的電流電壓數據，并繪出U-I圖像；

（2）由組長匯報圖線斜率的本質、斜率與溫度的關系.

實驗步驟：

（1）指導學生畫出圖6電路圖

（2）連接電路，開展實驗.

5" 結束語

總之，在平時教學中，訓練題的選擇和組合、問題的設置要體現高中物理教學中核心素養的培養.利用問題串等方法幫助學生深度學習、深度思考、深度探究，在物理實驗中建立物理觀念，提高科學思維能力，培養科學探究精神，提升核心素養.

參考文獻：［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017 年版）［M］北京：人民教育出版社，2018.

［3］ 李振文，鹿英妮，寧文文.基于項目學習促進高中物理學科核心素養發展［J］.物理教師，2020，41（8）：12-15.

［責任編輯：李" 璟］