基于项目式学习的初中物理课堂教学设计

张余燚

【摘要】在项目式学习的过程中，学生从真实情境的问题出发，通过真实性任务驱动学生自主学习.本文尝试在“欧姆定律在串并联电路的应用”教学中，运用项目式学习达成教学目标的同时，提高学生的核心素养.

【关键词】项目式学习；核心素养；教学设计

项目式学习是一种以提升探究能力为目标，以解决具体问题为驱动，以学生活动为中心的学习模式.义务教育科学课程中要培养的学生核心素养定义为：学生在学习科学课程的过程中，逐步形成适应个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力，是科学课程育人价值的集中体现，包括科学观念、科学思维、实践探究、态度责任等方面.借助项目式学习模式对“欧姆定律在串并联电路中的应用”一课进行设计与实施.

1 教学与评价目标

1.1 教学要求

（1）科学观念：能从电压与电阻的本质理解欧姆定律，能将欧姆定律运用于串并联电路中进行电路分析与运算.

（2）科学思维：通过分析实验获得的数据归纳出串并联电路中的电阻规律以及电压与电流分配规律.

（3）实践探究：利用“伏安法”设计实验探究或验证串并联电路中电阻的规律， 并能自主实施实验方案.能够根据串并联电路特点设计酒精测试仪的电路图，并能自主实施实验方案.

（4）态度责任：能够以实验数据为依据作出判断以及归纳；能够根据实际需求分析设计电路图的优点以及缺点，并能做出调整.了解酒驾的危害，从而知道酒精测试仪存在的意义和价值.

1.2 评价目标

（1）课堂评价：学习过程中能够利用“伏安法”设计实验并完成.在课堂内能够学会用类比的思想从影响电阻大小因素思考，解释为何串联电路中总电阻大于各电阻，并联电路中总电阻小于各电阻.关注学生在酒精测试仪的电路图设计中能够进行小组合作.

（2）作业评价：学生能够分析酒精测试仪的工作原理，并完成相应习题.学生能根据自己设计的电路图通过不断改进制作出酒精测试仪并投入使用.

2 教学与评价思路的设计

本节课以交警利用酒精测试仪测量驾驶员是否酒驾出发，创设真实的问题情境，激发学生学习兴趣.

3 教学情境

引入 同学们，你们是否见过以下的场景，交警将车辆拦截下来，拿出一个仪器对司机进行检测，如果发现司机喝了酒，那交警就会做出相应的处罚.这种仪器就是酒精测试仪.酒精测试仪实际上是由酒精气体传感器（相当于随酒精气体浓度变化的变阻器）与一个定值电阻及一个电压表或电流表组成.那么它到底是如何制作的呢？

3.1 探究串并联电路中的电阻关系

学习任务1 复习欧姆定律，并能利用“伏安法”设计实验探究串、并联电路中电阻的关系.进行理论推导并进行验证，用类比的方法解釋.

从介绍酒精测试仪的组成出发，抛出本节课的核心任务——制作一个简易的酒精测试仪.首先复习串并联电路中电流与电压的特点，引出串并联电路中的电阻特点.以“伏安法”测电阻为基础，迁移到设计实验探究串并联电路中电阻特点.再到利用公式推导并验证串并联电路中电阻特点与实验是否相符.然后利用类比的科学方法解释串、并联电路中电阻特点的原因.接着小组讨论设计，小组间互评，迭代设计后形成最终方案.最后通过对模型的理解，应用物理模型进行运算，同时了解酒驾的危害.在应用科学知识解决问题的过程中，发展学生的核心素养.

教师：两个电阻有两种连接方式：串联和并联.那么制作酒精测试仪时两个电阻应该是串联还是并联呢？我们已经学习过串并联电路中电流与电压的关系，那电阻又有什么关系呢？同学们是否可以根据以下提供的实验仪器设计并探究呢？（以串联电路为例）

PPT展示：实验1，用“伏安法”探究串联电路中电阻的规律.实验原理为R=U/I.

实验器材：5Ω和10Ω的电阻、电流表、电压表、开关、学生电源、滑动变阻器各1个，导线若干.

学生：讨论后展示各小组实验图.小组间相互评价优劣，改进后完成实验并记录实验数据.发现R总＝R1+R2.

教师：大家通过实验发现R总＝R1+R2.真的是这样的吗？能否根据串联电路中电压以及电流的特点推导一下电阻特点呢？

板书：推导过程如图1所示.

教师：大家通过实验发现R总＝R1+R2.那为什么会这样呢？同学们能否根据我们学过的影响电阻大小的因素来考虑一下，当两个电阻串联在一起时相当于改变了电阻的什么因素呢？

学生：思考并得出结论——长度.

PPT：出示习题

教师：板书等效电路图的画法（见图2），解题过程.

总结解题思路：1画，等效电路；2标，标注已知条件；3析，分析电路情况选择合适的公式；4运算求解.

评价任务1 判断并发展学生的论证推理与模型认知的素养水平以及实验探究水平.

3.2 酒精测试仪电路图设计及分析

学习任务2 通过串并联电路特点设计酒精测试仪，并画出相应的电路图.通过小组互评的方式确定酒精测试仪的连接方式为两电阻串联，再利用电压表或电流表完成读数.学习过程见图3.

组内讨论画出电路设计图. 组间互评，修改电路设计.

教师：已知酒精气体传感器的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小.请同学们小组讨论设计酒精测试仪，并画出电路图（R1为定值电阻，R2为敏感电阻）.

学生：讨论后展示各组方案，见图4.

教师：展示评价量表（如表1），请同学根据评价量表对各种方案进行打分.

评价任务2 诊断并发展学生模型建构的能力.依据评价量表实施组内自评以及组间互评.

3.3 酒精测试仪电路分析及制作

学习任务3 通过查阅资料了解酒精敏感电阻的阻值范围，并选择合适的定值电阻以及电源，连接正确的电路并进行测试.

PPT：有一种由酒精气体传感器制成的呼气酒精测试仪，当接触到的酒精气体浓度增加时，其电阻值降低，如图5甲所示.在图5乙所示的工作电路中，电源电压恒为12V，定值电阻R2=20Ω.

现在国际公认的酒驾标准是0.2mg/mL≤酒精气体浓度≤0.8mg/mL，试通过计算判断当被测试者酒驾时，电压表的示数范围是多少？

学生：通过练习加深理解物理模型，掌握欧姆定律在串并联电路中的应用.

评价任务3 判断并发展学生对于模型的应用水平，同时发展学生的社会责任意识.

4 教学反思

4.1 教学设计应以教学评一致为原则

有效教学的基本原理是要达到教学评一致.科学课中有关于物理模型的学习和应用多以公式推导加习题讲解为落实途径.在本节课中，笔者尝试了以设计酒精测试仪为核心任务进行项目式学习.在核心任务的驱动下，教师的教与学生的学高度一致，同时借助评价量表，小组自评与组间互评从而达到教学评的一致性.

4.2 教学设计应注重整体化

与传统的教师讲授式为主的教学方式相比，项目式学习是从现实情境出发，通过设置真实性任务，将学生放置于具体的任务中.让学生围绕着要解决的核心问题，通过小組合作的方式体验活动过程，找到正确的方法，学会相关的支撑性学科知识与技能.本节课就是以完成“酒精测试仪的设计”为中心任务，从新知学习到电路设计，再到应用物理模型进行运算.从生活中的科学到科学运用于生活，最终树立学习中应该获得的正确的情感态度价值观，充分发挥了应用项目式学习培养学生的科学核心素养.

4.3 关于跨学科学习

本文主要是基于“欧姆定律在串并联电路中的应用”这一科学知识来进行设计和落实的，实际的酒精测试仪的制作远不止对于电路的了解及应用.在后续的教学中可以尝试与信息技术老师跨学科合作，完成酒精测试仪的编程部分的学习以及Arduino板的使用方法学习.与美术老师合作完成外观的设计与评价.将本节课发展成为一堂跨学科学习的STEAM课程.

参考文献：

［1］孙康，唐敏，王伟群.项目式学习与化学实验教学的融合研究［J］.化学教与学，2021（17）：82-85+28.

［2］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［3］胡卫平，刘守印.义务教育科学课程标准（2022年版）［M］解读.北京：高等教育出版社，2022.

［4］王俊华.第14讲欧姆定律［J］.初中生世界（九年级物理版）2013（z3）：27-34+26.