基于项目学习开展初中物理综合实践活动——以“设计和制作一个模拟的调光灯”教学为例

鲁佩用 夏文彬

（南京育英第二外国语学校，江苏 南京 210044）

1 引言

“综合实践活动”是苏科版初中物理教材的一大特色，它是在一章或数章后为学生提供的一种特别的学习活动，目的是以某一章或前述各单位知识为基础，提供一个开放的平台，使学生得到过程的体验和感受.

“初中物理综合实践活动”是一种基于物理知识的项目学习活动，项目学习作为教与学的一种方式，有人认为，“项目学习”指通过学生制作某一个特定的“产品”或完成某一项特定的“任务”，充分选择和利用最优化的学习资源，在实践体验、内化吸收、探索创新中获得较为完整而具体的知识，发展技能，培养习惯，陶冶情操，学会合作的学习.基于此，把“设计和制作一个模拟的调光灯”教学过程设计成一个可操作的项目，学生共同参与，经历从项目导入到项目展示整个过程，具有初步的技术设计和评价能力，提高基本的动手能力，促进创新意识和实践能力的发展.

2 教学流程

基于“项目学习”的初中物理“综合实践活动”应包含着情境、任务、活动和产品四大要素，即在特定的环境下，通过学生小组合作学习，以任务来驱动学习，在项目学习过程中获得知识和技能，体验过程和方法，形成情感态度和价值观.常见的教学流程见图1.

图1

2.1 项目导入：比较两盏台灯在调光方面的相同点和不同点

展示生活中两种常见的调光灯，如图2所示.左边的调光灯亮度可以连续调节，我们把它叫做无级调光；右边的调光灯不能连续调节，我们把它叫做分段调光.学生交流后，知道这两种调光灯都是靠改变接入电路中电阻的大小，改变电路中电流的大小，从而改变灯泡的亮度.然后，师生共同确定“设计和制作模拟的调光灯”为本次综合实践活动的项目.

图2

分析：项目导入过程就是在教师指导下的学生根据教学要求设计一项或多项任务，让学生从自己的兴趣出发，根据自己已有知识水平和能力，自主选择合适的任务.当然，项目的创设应依据需要解决的实际问题而定，而问题应该面向生活，走进社会，也就是说问题应具有真实性，同时还应具有挑战性和可操作性.调光灯是生活中常用的家用电器，课堂上先给学生示范，让学生了解它的作用和工作原理，为后面的项目设计和项目实施做好铺垫.

2.2 项目设计：设计模拟调光灯

2.2.1 电路设计

以小组为单位，学生根据提供的器材：蓄电池（6 V）、小灯泡（2.5 V，0.3 A）、灯座、开关若干、单刀双掷开关一个、各种规格的定值电阻、铅笔芯、钢尺、铜丝、镍铬合金丝、电位器、电压表、电流表、导线若干等，设计出无级调光和分段调光电路图.

2.2.2 电路展示

教师利用希沃授课助手将学生设计的电路投影到电脑（图3、图4和图5为学生设计的无级调光电路图；图6、图7和图8为学生设计的分段调光电路图），让学生进行讨论.

图3

图4

图5

图6

图7

图8

2.2.3 电路选择

教师提出问题：大家设计的图3、图4和图5的无级调光电路以及图6、图7和图8的分段调光电路，哪些能满足我们的要求？说明理由.大家共同讨论得出：对于无级调光电路，图3在调节过程中容易烧坏灯泡，图4电路与生活实际不符，图5中，学生根据已知条件求出串联定值电阻的阻值为11.7Ω，而我们提供的定值电阻只有1Ω、5Ω、10Ω和15Ω，只要选择比计算出的电阻稍大些的定值电阻15Ω就可以了，这样既不太影响亮度，也不影响灯泡的寿命；对于分段调光电路，图6容易烧坏灯泡，图7和图8都可以满足要求.

分析：项目设计过程是学生在教师的指导下，根据任务的需要，对学习进行规划的过程.它包括项目活动小组分工、学习环境的选择、知识和技能的准备.项目设计过程本身也是学生自主学习的过程.教学中，围绕目标进行项目设计，强化学生对串并联电路的理解，电路设计的开放性，也为发挥学生的个性特长和创造性思维提供空间；方案选择过程中，教师鼓励学生发表自己的观点，学生畅所欲言，体现出学生的质疑和批判精神.

2.3 项目实施：检验和修正电路

2.3.1 项目检验

各小组根据电路图5、图7和图8选择合适的器材连接电路进行实验（实验前提醒学生们连接电路时要注意断开开关和将滑动变阻器滑片移到最大阻值处）.

2.3.2 项目分析

针对学生实验，教师提出：由于实验室滑动变阻器体积太大，刚才大家选择什么材料做滑动变阻器？实验中，你还发现了什么问题？

通过实验学生知道，不能选择铜丝和钢尺，因为它的电阻率太小，起不到调节作用；通过对比，学生发现用电位器比用镍铬合金丝和铅笔芯要好，因为铅笔芯占用空间较大，在使用过程中，容易断掉和接触不良，同时在调节过程中也会出现不平滑的现象.

学生提出用图9的电位器接入图5电路实验时，调节电位器旋钮时，只有很小一段灯泡才发光.原因是“2.5 V”的小灯泡正常发光的电阻只有8～9Ω，而电位器阻值范围太大，所以只有当电位器接入电路阻值较小时，灯泡才能发光，但如果在实际的家庭电路中使用，要给1000多欧的白炽灯进行调光，确实需要几百欧甚至一两千欧的电位器.另外学生提出图7中S2调到“R2”和图8中S2断开时会出现灯泡不亮的情况.主要原因是图7中R2和图8中R1选择的电阻太大造成的，实验中，R1、R2应分别选择1Ω和5Ω的定值电阻.

图9

2.3.3 项目修正

教师投影图2的调光灯面板.如图10和图11，并做演示实验.图10中，开关调到“0”，也就是开关断开，电位器能连续调节灯泡亮度；当开关调到“1”，开关闭合，电位器起不到调节作用.图11中（原调光灯内部电路进行了改装，取掉电位器，原电位器位置换为几百欧的定值电阻，也可用二极管替代），开关调到“0”，灯泡较暗；当开关调到“1”，灯泡正常发光.

图10

图11

学生根据实际调光灯设计满足要求的电路图.

分析：项目实施过程就是学生学习体验的过程.形式上，在兴趣的引导下完成选择的任务，实质上，学生在任务的驱动下逐步达成课程学习目标.这个过程是项目学习的关键.当然，在项目实施过程中，教师要适时组织学生进行项目评价.通过项目分析指导学生发现问题、纠正偏差、调整方案.“设计和制作一个模拟的调光灯”属于技术设计类型的综合实践活动，又与欧姆定律等物理知识紧密相关，因此该项目适合具备各种各样智力、技能的学生，既能促进学生“扬长避短”的错位、个性化发展，又能促进学生“扬长补短”的全面发展.

2.4 项目展示：了解真实调光灯

教师展示学生设计的电路，共同讨论完善得到图12和图13所示电路.

图12

图13

教师提问：对比模拟调光灯和真实调光灯电路，从节能角度看，模拟调光灯电路有什么缺点，如何改进？学生讨论后得出：模拟调光灯电路中，串联的定值电阻一直消耗电能，可采用降低电源电压或提高灯泡的额定电压，让电源电压等于灯泡的额定电压，这样可以节约能源.

教师演示触摸式调光台灯，通过触摸开关就可以调节灯泡的亮度.学生猜测后，教师总结：触摸式调光台灯实际上它采用的三极管触摸延时电路.当然，现在的调光灯除了调亮度还可以调色彩，如（黄光 正白 暖白），这就需要半导体集成电路或半导体芯片来完成.如果感兴趣，可以上网去查找.

分析：项目展示过程就是展示学生自己的“劳动成果”过程，实质上是分享学习成果的过程.通过展示活动，组织学生进行交流，在交流中，教师及时帮助学生进行归纳和总结，发现知识和技能上的空白，及时进行补充；学生在与同伴的交流中、教师的补充归纳中获得系统的、完整的、并且来自于实践的知识.

作为技术设计制作类的综合实践活动，在项目展示环节，不仅要展示实验方案电路图，还应该展示模拟制作的成品，并且每一小组的作品都应该有它的独特性.但由于设计的电路比较简单，前面已经验证过较复杂电路，另外，其它类型的调光灯原理比较复杂，超过学生的知识储备，所以课堂上没有安排学生进行模拟制作.

3 结束语

用“项目学习”方式开展初中物理“综合实践活动”，不仅能让学生掌握物理核心知识，而且学生在项目实践过程中，经历全程的实践活动和开放性的技术训练，发挥了他们的个性特长，丰富了他们的学习经验，同时增加了他们的合作的意识和能力.总之，采用“项目学习”方式开展“综合实践活动”是发展学生综合素养的重要途径，值得我们做更多的实践研究.