項目式學習在高中物理教學中的應用研究

摘 要：文章針對高中物理教學中的電學部分，探討了項目式學習的應用.首先闡述了項目式學習的理論基礎和實施流程，分析了其在電學教學中的優勢.然后設計了多個電學項目，并在教學實踐中進行了驗證.研究發現，項目式學習不僅能夠幫助學生深入理解電學概念和規律，而且能培養學生的動手能力、獨立思考能力和合作精神.最后，總結了項目式學習在電學教學中的實施策略，為高中物理教學提供了有益嘗試.

關鍵詞：項目式學習；高中物理；電學教學；動手能力；合作精神

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）33-0095-03

收稿日期：2024-08-25

作者簡介：林美玲（1996.12—），女，福建省福清人，中學二級教師，從事高中物理教學研究.

基金項目：福州市教育科學研究“十四五”規劃2024年度立項課題“基于核心素養的高中物理項目式教學的研究”（立項編號：FZ2024GH006）.

項目式學習（Project-based learning，簡稱PBL）是一種以學生為中心的教學模式，學生在教師的引導下，通過探究真實情境中的復雜問題，動手實踐并最終完成一定的學習成果^[1].相比于傳統的注重知識灌輸的教學方式，項目式學習強調學生的主動參與，培養學生的批判性思維、創新能力和解決問題的能力^[2].本文針對高中物理電學部分的教學，探討了項目式學習的應用.首先分析了項目式學習在電學教學中的優勢，然后設計了多個電學項目，并在教學實踐中進行了驗證，最后總結了項目式學習在電學教學中的實施策略，為高中物理教學提供了有益嘗試.

1 項目式學習在高中物理電學教學中的優勢

1.1 有助于學生深入理解電學概念和規律

傳統的電學教學往往采用講授加驗證性實驗的方式，學生被動地接受知識，難以真正理解電學概念的內在聯系.項目式學習要求學生主動探究電學問題，通過動手實踐，學生能更好地理解電學概念和規律.例如，在設計一個簡易電路項目時，學生需要分析電壓、電流和電阻的關系，并通過實驗驗證歐姆定律，這有助于學生深入理解電路的基本規律.

1.2 培養學生的動手能力和解決問題的能力

電學實驗是高中物理的重要組成部分，但傳統的驗證性實驗容易讓學生流于形式，難以培養學生的動手實踐能力.項目式學習要求學生通過動手實踐解決問題，如設計一個報警裝置、制作一個電動機模型等，學生需要主動思考實驗方案、選擇合適的材料和工具，并最終完成產品，這有利于培養學生的動手能力和解決問題的能力.

1.3 增強學生的團隊合作精神

項目式學習通常采取小組合作的方式，學生需要與小組成員一起探討問題、制定方案、完成實踐，這有利于培養學生的團隊合作精神.在電學項目中，學生可以分工合作，有的負責設計電路，有的負責編程，有的負責制作外殼，最終通力合作完成項目，體驗團隊合作的樂趣.

2 項目式學習在高中物理電學教學中的實踐

2.1 電學項目設計

針對高中物理電學部分的教學內容，我們設計了以下幾個具有針對性和代表性的項目：

（1）簡易報警裝置項目.該項目要求學生設計一個簡易的報警裝置，能在感應到異常情況時發出聲音或光信號警報.學生要先分析電磁鐵的基本工作原理，即當線圈通電時會產生磁場，磁場的強弱與線圈的匝數、電流大小成正比.在此基礎上，學生需要選擇合適的傳感器，如接近開關、煙霧傳感器等，當傳感器檢測到異常情況時，通過電磁鐵驅動報警裝置（如蜂鳴器、LED燈等）發出警報.

在設計電路時，學生需要理解電壓、電流和電阻之間的關系，并運用歐姆定律計算各元件的參數，確保電路能正常工作.例如，學生要根據蜂鳴器的額定電壓和電流，選擇合適的電阻來限流，確保不會燒毀元件.此外，學生還要設計供電電路，如使用干電池或者交流-直流變換電路為整個報警系統供電.

（2）電動車模型項目.該項目要求學生設計并制作一個可以自主行駛的電動車模型.學生首先要分析直流電動機的工作原理，即當線圈通電時會產生磁場，與磁鐵產生的磁場相互作用，從而產生轉矩驅動電動機轉動.

在選擇電動機時，學生要根據車輛的預期性能，如期望的最高速度、爬坡能力等，選擇合適的電機.同時，學生還要考慮輪胎的尺寸、材質、花紋等對車輛性能的影響，并設計相應的齒輪傳動系統.此外，學生還要設計車身的結構，兼顧美觀性、穩定性和耐用性.在制作過程中，學生要仔細測量各零部件的尺寸，精心組裝，確保車輛能夠穩定運行.測試環節也很關鍵，學生要調試電機轉速、齒輪比等參數，優化車輛的性能指標.

（3）簡易電源項目.該項目要求學生設計并制作一個簡單的直流電源，能為小型電子設備提供穩定的電壓.學生要分析整流電路的工作原理，即利用二極管將交流電轉換為脈動直流，然后通過濾波電容濾波獲得穩定的直流電壓.

在設計電路時，學生要根據所供電設備的電壓和電流需求，選擇合適的二極管、電容等元件，并計算各元件的參數.例如，學生根據負載電流大小選擇足夠大功率的二極管，并根據負載電容計算濾波電容的容值^[3].同時，學生還要設計電壓調節電路，如使用可調電阻微調輸出電壓，確保電源輸出滿足要求.在制作過程中，學生要小心操作，注意安全，避免損壞元件.測試環節也很關鍵，學生可使用萬用表等工具檢查整流、濾波電路的工作情況，調試電壓調節電路，直到電源輸出滿足預期要求.

（4）電磁鐵實驗項目.該項目要求學生設計并制作一個簡易的電磁鐵實驗裝置，能觀察電磁鐵的性能變化.學生要分析電磁鐵的工作原理，即當線圈通電時會產生磁場，磁場的強弱與線圈的匝數、電流大小成正比.

在設計實驗裝置時，學生要選擇合適的線圈和鐵芯材料，如鐵、鎳、鋼等，并計算線圈的匝數.同時，學生還要設計實驗方案，如觀察電流對電磁鐵磁場強度的影響，或比較不同材質鐵芯的磁性能等.在制作過程中，學生要仔細測量各部件尺寸，精心組裝，確保實驗裝置能夠穩定工作.測試環節同樣重要，學生可使用高斯計等儀器測量磁場強度，記錄實驗數據，分析實驗現象.

2.2 項目實施過程

（1）確定項目主題和目標.教師根據高中物理電學部分的教學內容，設計與之相關的項目，如上述4個項目，并明確項目的具體目標要求.例如，簡易報警裝置項目的目標是讓學生掌握電磁鐵的工作原理，設計出能自動檢測異常情況并報警的電路系統，要求電路能可靠工作，報警裝置性能良好.

（2）組建項目小組.將學生分成4～6人一組，小組成員可以根據各自的特點和興趣自主分工.如在報警裝置項目中，有的學生負責設計電路方案，有的負責選擇合適的傳感器，有的負責制作外殼，確保小組內部分工合理，發揮每個成員的專長.

（3）開展項目探究.小組在教師的指導下，討論分析項目的相關原理，如電磁鐵的工作原理、整流電路的基本工作過程等，并查閱相關資料.然后設計具體的實施方案，選擇所需的材料和工具，開始進行實踐操作.在此過程中，教師適時給予啟發性的提問和建議，引導學生深入思考，順利解決遇到的問題.例如，在電動車項目中，教師可以啟發學生思考電動機的轉速和力矩如何影響車輛性能，以及如何通過調整電機和傳動系統實現最佳性能.

（4）完成項目成果.學生小組在反復設計、調試的過程中，最終完成項目產品的制作，如報警裝置、電動車模型等，并準備展示匯報.在制作過程中，學生需要不斷優化設計，直到滿足項目要求.

2.3 項目實施效果

（1）學生對電學知識的理解更加深入.通過動手實踐，學生能更好地理解電學概念和規律，如電壓、電流、電阻等之間的關系，以及電磁鐵、電動機等電學裝置的工作原理.例如，在制作簡易報警裝置時，學生親身體驗了電磁鐵的工作原理，對電磁感應現象有了更深刻的理解.學生不再是被動地接受知識，而是主動探究電學問題，并通過實踐驗證理論知識，這有助于其形成牢固的知識體系.

（2）學生的動手能力和創新能力得到提高.在設計方案、選擇材料、操作實驗等過程中，學生運用所學知識靈活地解決實際問題，鍛煉了動手技能，并發揮創造性思維.如在電動車項目中，學生需要綜合運用電學、機械等知識，設計出性能優良的車輛模型，體現了較強的創新能力.通過親身動手實踐，學生對知識的理解更加深入，也培養了解決實際問題的能力.

（3）學生的團隊合作精神得到增強.在小組合作中，學生學會了相互溝通、分工協作、共同完成項目任務.在展示匯報環節，學生小組成員之間相互補充，充分展現了團隊合作的成果.學生不僅學會了獨立思考問題，還培養了與他人合作的意識和能力，為今后的學習和工作奠定了良好的基礎.

3 項目式學習在高中物理電學教學中的實施策略

3.1 合理設計項目主題，貼近學生實際

教師在設計電學項目時，應充分考慮學生的認知水平和實際需求，選擇與學生生活密切相關的主題.例如，設計一個簡易報警裝置項目，激發學生的學習興趣，并幫助他們深入理解電磁鐵等電學概念.同時，項目難度要適中，不宜過于簡單或過于復雜，以確保學生能在規定時間內完成.

3.2 注重過程指導，提升學生的自主探究能力

在項目實施過程中，教師要發揮引導作用，通過提出啟發性問題，引導學生主動思考問題、設計實驗方案，并在實踐中不斷優化.同時，教師要注重培養學生的自主探究能力，鼓勵學生獨立搜集資料、分析問題、設計方案，而不是直接告訴學生答案.

3.3 營造良好的合作氛圍，增強團隊協作精神

項目式學習強調小組合作，教師要營造積極向上的團隊氛圍，鼓勵學生發揮各自所長，共同完成項目任務.可以適當設置小組競爭環節，激發學生的積極性，但要注意引導學生互幫互助，體現團隊合作的價值.同時，在項目展示環節，教師要給予適當的表揚和鼓勵，增強學生的自信心.

4 結束語

在高中物理電學教學中實施項目式學習，不僅有助于學生深入理解電學知識，還有效培養了學生的動手能力、創新思維和團隊協作精神.學生在動手實踐的過程中，體會到了知識轉化為實際應用的樂趣，對電學概念和規律有了更加深刻的理解，同時，他們運用所學知識解決實際問題的能力也得到了鍛煉和提升.鑒于此，持續深化項目式學習實踐，必將推動高中物理教學不斷更新和改革，為學生提供更好的成長環境.

參考文獻：

[1] 毛培培.淺談以項目學習方式整合單元教學：例談整合《電學》單元為“制作無影燈”項目[J].湖北教育（科學課），2018（1）：91-93.

[2] 張米雅.基于項目式教學模式下的課堂教學方法探討[J].教育教學論壇，2013（25）：73-74.

[3] 雷雄淵.基于項目式學習的高中物理單元教學設計研究[J].數理天地（高中版），2024（14）：62-64.

[責任編輯：李 璟]