初中物理项目式学习对提高学生实验技能的作用

项目式学习是一种以学生为中心的教学方法，通过设计和完成一个具体的、有目的的项目来实现教学目标。在这个过程中，学生不仅获取和应用特定的知识与技能，更重要的是通过探索、研究、解决问题、协作与反思，发展批判性思维、创新能力和终身学习的技能。这一学习模式强调实践与理论的结合，让学习更加贴近生活，促进学生的全面发展。

一、项目式学习与传统教学方法的对比（见表1）

二、项目简介

学生正在上课时，教室突然停电，教室内电子智能黑板、空调等用电器集体“停工”，这给教学和学习带来了很多不便。这时，有学生说，我们已经学习了关于电学的知识，是不是可以利用这些知识来给学校发电呢？这样以后再遇到同样的问题就不会措手不及了。于是，学生成立探究小组，开展“‘发电’的秘密”项目学习。

三、驱动问题

一级主题：我来为学校发电。

二级主题：（1）如何发电；（2）什么叫电磁感应现象；（3）电磁感应现象产生的电流叫什么电流；（4）产生感应电流的条件有哪些；（5）感应电流的方向与什么因素有关；（6）发电机将什么能转化为电能。

四、学习目标

1.通过自主探究了解产生感应电流的条件，知道电磁感应现象。

2.通过探究磁生电的条件，进一步了解电和磁之间的相互联系，提高观察能力、分析概括能力和联系简单现象探索物理规律的能力。

3.认识自然现象之间是相互联系的，进一步了解探索自然奥妙的科学方法。

五、教学过程

（一）通过视频学习水力发电相关知识

师：通过刚才的视频，我们学习了水力发电的知识。谁来介绍一下发电站发电的主要设备有哪些？

生：主要设备为水轮机和发电机。

生：视频中的发电站现有一级水轮机三台、二级水轮机两台。

师：大家说一下，视频中的发电站是怎样发电的？

生：水从高处流下，水的重力能转化为动能，带动水轮机转动。水轮机通过连轴带动发电线圈转动发电的。

师：发电机的发电原理是什么？除了这种原理，还有其他的发电原理吗？

生：发电机的发电原理是电磁感应。

师：对，我们在学习电磁感应定律时知道，当导体切割磁力线时会产生感应电动势能。

我们今天探讨的主要是电磁感应原理发电。同学们知道发电机的线圈是什么材料制成的吗？

生：发电机的线圈是由铜线绕制成的。

师：为什么是铜，而不是其他别的材料呢？

生：铜是一种良好的导电金属，它的电阻率低。这意味着在通过电流时，铜导体上的能量损耗较少。良好的导电性能使铜能够高效地传输电流。

生：铜具有良好的热传导性能，这有助于线圈在运行过程中散发产生的热量，防止过热，提高设备的稳定性和寿命。

生：在潮湿环境下，铜因具有较好的耐腐蚀性能，这有助于保护线圈免受水分和盐分等物质的侵蚀，延长发电机的使用寿命。

师：对，同学们概括得很好。除了以上几个原因，铜还具有易于加工和成型的特点，可以制成各种形状的线圈，便于与磁铁或铁芯配合，形成有效的磁场切割，从而产生电能。另外，从成本方面来说，虽然铜的价格较高，但是考虑到其卓越的电气和物理性能，以及在长期运行中的高可靠性和低维护成本，铜作为发电机线圈的材料在整体上提供了良好的性价比。

师：大家知道这台发电机产生的是直流电还是交流电吗？

生：交流电。

师：有了以上关于发电机知识的学习，再结合大家在物理课上学习的电路知识以及电磁能知识，我们今天就一起来探究如何发电。

（二）探究发电实验

实验装置基本组成：

1.磁铁（或电磁铁）：用于产生变化的磁场。磁铁应该能够容易改变磁场的强度和方向，如可以通过调整电流的方向和大小来控制。

2.线圈：由绝缘导线绕成的环形结构。线圈应该足够大且有多个匝数，以增强电磁感应产生的电动势。

3.开关：用来控制磁铁与线圈之间的连接状态，可以是一个手动开关，也可以是一个电子开关。

4.指示器（如指针式电流表）：用来显示流经线圈的电流大小，这是观察电磁感应效果的重要工具。

5.电源（可选）：如果需要演示磁化效应，可以使用外部直流电源给磁铁供电，使其成为电磁铁。

实验步骤简述：

1.组装线圈：将导线绕成一个合适的线圈，并确保所有线圈均匀、紧密地排列在一起。

2.放置磁铁：将磁铁放置在线圈内部或外部，确保它可以产生变化的磁场。

3.连接电路：使用导线将开关与磁铁和线圈连接起来，确保线圈的一端通过开关与磁铁或外部电源相连。

4.操作实验：将磁铁移动靠近或远离线圈，或者改变磁铁的磁场方向（通过改变电流方向）；观察电流指示器的变化，以验证电磁感应现象。可以尝试调整磁铁的磁场强度、线圈的匝数或改变电流的频率，以探究不同参数对电磁感应效果的影响。

注意事项：（1）确保实验装置的安全，避免接触强磁场可能导致的不适。（2）使用适当的绝缘材料，确保实验的安全性和有效性。（3）当实验涉及电磁铁和大电流时，注意防止电磁干扰和其他安全隐患。

实验过程：

各组学生用自己组装的发电实验装置进行实验。在不断探索和教师的引导下，学生设计了探究导体在磁场中运动时产生感应电流条件的装置，并通过实验探究得出结论（见表2）。

1.当线圈静止时，灵敏电流计指针方向不偏转，表示没有电流产生。

2.当线圈向左运动时，灵敏电流计指针方向向右偏转，表示有电流产生。

3.当线圈向右运动时，灵敏电流计指针方向向左偏转，表示有电流产生。

4.当线圈向上运动时，灵敏电流计指针方向不偏转，表示没有电流产生。

5.当线圈向下运动时，灵敏电流计指针方向不偏转，表示没有电流产生。

师：通过刚才的实验我们观察到，线圈只有向左和向右运动时才有电流产生，静止或上下运动时都没有电流产生。那线圈向左或向右运动时，和磁割线是什么方向呢？

生：垂直方向。

师：也就是说，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。感应电流的方向与磁感线的方向和导体切割磁感线的方向有关。

六、学习收获

基于法拉第电磁感应定律进行发电实验项目的学习，对提高学生的实验技能有重要作用。通过此类实验，学生不仅可以深刻理解电磁感应现象背后的物理原理，还能亲身实践并掌握一系列关键的实验技能。首先，这种实验提高了学生的动手操作能力。从线圈的组装到电流表的正确使用，每一个步骤都需要准确无误的操作，培养了学生的细致耐心和实践操作技巧。通过实验观察电流随磁通量变化的关系，学生能够培养数据分析能力，提高科学推理能力，学会从实验数据中提取信息并进行合理的解释。此外，实验还鼓励学生进行假设检验和问题解决，激发了他们的创新思维和解决问题的能力。最重要的是，基于电磁感应的实验项目让学生感受到了物理的魅力，增强了对科学探索的热情和兴趣，这对于培养未来的科学家、工程师和科技人才至关重要。总之，这样的实验项目不仅提升了学生的实验技能，还激发了他们对科学的好奇心和探索欲，为其未来的学习打下了坚实的基础。

七、教学总结

“‘发电’的秘密”这个课题涉及的范围非常广，在具体实施项目式学习时，如果不对任务进行限定，将影响教学活动的开展。本次学习基于学习过程中的事实为学生创设了一个真实的问题情境，将问题聚焦于“为学校发电”的设计及模型制作上。这是一个不仅具有真实性，而且对学生来讲具有一定挑战性和可操作性的项目，在让学生感受到物理与技术以及现实生活关系的同时，培养了学生解决问题的能力。

项目设计部分是学生基于已有知识和能力，围绕项目任务，通过小组合作方式进行学习的过程，充分尊重了学生学习的主体地位。通过这一学习过程，学生更深刻地理解电磁感应原理，认识到学科知识的价值，并学习如何与他人沟通合作。本次教学中利用学生在制作模型上的分歧发起讨论，有利于培养学生的质疑创新思维和沟通交流能力；使用实物进行检验的操作，有利于学生深刻理解实验检验在物理研究中的重要作用。需要说明的是，项目式学习的形式并非都是本项目所展现的课堂教学，课上、课下结合会有更好的效果。如可以将项目导入、项目展示的部分置于课堂中，而项目设计和项目实施部分交由学生课下完成。一方面，这对学生学习的自主性提出了更高的要求；另一方面，各小组的作品应该呈现出更多的独特性。课堂教学部分的交流讨论会更精彩，有利于进一步优化方案，促进学生深度学习。

项目式学习显著提高了学生对物理概念的理解深度，使抽象的理论知识通过具体的实验活动可视化，帮助学生建立理论与实践之间的桥梁。学生在实践中学会了解决问题的方法，培养了批判性思维和创新意识。长期来看，这些技能对学生未来的学业和职业发展都极为重要。

总之，初中物理项目式学习通过精心设计的实验项目，不仅有效提升了学生的实验技能，还促进了其学科素养的全面发展，为学生的终身学习和成长奠定了坚实的基础。在未来的教学中，我们应继续探索和实践更多具有创新性的教学方法，让物理课堂 成为激发学生兴趣、启迪学生智慧的生动课堂。

（作者单位：陕西省咸阳市实验中学）

编辑：常超波