基于項(xiàng)目式教學(xué)的高中物理教學(xué)實(shí)踐

寧文文 李振文

摘 要：基于項(xiàng)目式教學(xué)的高中物理教學(xué)，以“如何制作歐姆表”為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)問題，讓學(xué)生經(jīng)歷歐姆表的原理設(shè)計(jì)、器材選取、成品制作、成果匯報(bào)等項(xiàng)目環(huán)節(jié)，從而達(dá)到學(xué)生對(duì)電路及其應(yīng)用相關(guān)知識(shí)深度融合的教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式教學(xué) 教學(xué)實(shí)踐 制作歐姆表

“項(xiàng)目式教學(xué)”是依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容，通過項(xiàng)目研究、項(xiàng)目實(shí)施的基本方法，由教師創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，以項(xiàng)目問題的生成、探究、解決、運(yùn)用來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，以學(xué)生的發(fā)展為本，注重核心素養(yǎng)全面提升的一種探究式教學(xué)方式。[1]項(xiàng)目式教學(xué)如何在物理學(xué)科課堂中實(shí)施，以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，是研究者正在關(guān)注的問題。[2]項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施可分為課前制作過程、課堂展示過程兩個(gè)主要階段。本文擬以“制作歐姆表”為例，對(duì)項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐過程進(jìn)行探索。本項(xiàng)目的目的是促進(jìn)學(xué)生對(duì)“電路及其應(yīng)用”專題知識(shí)的深度融合。

一、課前制作過程

為了完成制作歐姆表的項(xiàng)目，學(xué)生在課前經(jīng)歷了三個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，首先是設(shè)計(jì)電路圖，然后依據(jù)電路圖選擇所需的器材，最后完成歐姆表的制作。

任務(wù)一：設(shè)計(jì)歐姆表的電路圖

學(xué)生通過自學(xué)、查閱資料的方式，設(shè)計(jì)歐姆表的電路圖。不同的小組有不同的設(shè)計(jì)方案。有的小組采用理論定標(biāo)的定標(biāo)方案，有的小組采用實(shí)驗(yàn)定標(biāo)的定標(biāo)方式。還有兩個(gè)小組提出了更換歐姆表倍率的設(shè)計(jì)方法。教師基于學(xué)生的設(shè)計(jì)方案及實(shí)際分組情況，及時(shí)調(diào)整任務(wù)，使每個(gè)小組都有側(cè)重點(diǎn)。四個(gè)小組的任務(wù)分別為：第一小組為理論定標(biāo)，第二小組為實(shí)驗(yàn)定標(biāo)，第三小組為通過并聯(lián)電阻改變倍率，第四小組為通過更換電池改變倍率。

任務(wù)二：選擇器材

學(xué)生基于任務(wù)一中選取的實(shí)驗(yàn)方案，選擇合適的器材，并了解各個(gè)元件在電路中的作用。主要器材包括電池（1.5 V）、表頭（200 μA，1 mA）、可變電阻等。其中可變電阻經(jīng)歷了由滑動(dòng)變阻器（阻值不夠）到電阻箱（阻值不連續(xù)、調(diào)節(jié)不方便）最后到電位器的選擇過程。由此，學(xué)生深刻體會(huì)到實(shí)驗(yàn)器材選取的重要性。

任務(wù)三：制作歐姆表

學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖連接好實(shí)物，然后進(jìn)行歐姆表定標(biāo)、誤差評(píng)定、說明書制作等環(huán)節(jié)，最終完成歐姆表的制作。

二、課堂展示過程

學(xué)生在課前完成歐姆表后，在課堂上對(duì)其制作原理、制作過程、誤差分析等進(jìn)行展示交流?？紤]到課堂時(shí)間的局限，為了能夠讓學(xué)生進(jìn)行充分的討論，所有小組都進(jìn)行詳細(xì)的展示是不現(xiàn)實(shí)的。所以，不同的小組會(huì)承擔(dān)不同的角色，有的小組主要負(fù)責(zé)展示，有的小組主要負(fù)責(zé)質(zhì)疑。教師根據(jù)小組制作歐姆表的原理和類型，統(tǒng)籌安排第一、三小組進(jìn)行詳細(xì)展示，第二、四小組進(jìn)行質(zhì)疑，并同時(shí)簡(jiǎn)要展示自己的項(xiàng)目成果。下面對(duì)課堂的實(shí)踐過程進(jìn)行詳細(xì)說明。

1. 交代項(xiàng)目 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

首先，教師對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并強(qiáng)調(diào)制作歐姆表的電路圖中各個(gè)元件對(duì)應(yīng)的物理符號(hào)，從而統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。其中包括電源（電動(dòng)勢(shì)E，內(nèi)阻r）、滑動(dòng)變阻器（R）、表頭（Ig，Rg）、待測(cè)電阻（Rx）等。

教師對(duì)課堂展示方式進(jìn)行介紹，課上匯報(bào)總共分為四個(gè)小組，兩個(gè)匯報(bào)組，兩個(gè)質(zhì)疑組。鼓勵(lì)學(xué)生要在交流和質(zhì)疑中共同進(jìn)步。同時(shí)提醒學(xué)生，當(dāng)某個(gè)小組匯報(bào)時(shí)，其余小組完成“歐姆表成果匯報(bào)課堂評(píng)價(jià)表”，如表1所示。

2. 小組匯報(bào) 評(píng)價(jià)交流

（1）第一小組匯報(bào)

第一小組重點(diǎn)匯報(bào)了歐姆表的制作原理及理論定標(biāo)的過程。首先，學(xué)生展示如何測(cè)量歐姆表的內(nèi)阻。學(xué)生通過紅黑表筆短接，將表頭調(diào)為滿偏。然后在紅黑表筆間接入電阻箱，調(diào)節(jié)電阻箱使表頭達(dá)到半偏，讀出電阻箱的示數(shù)，此即為歐姆表的內(nèi)阻。由于此時(shí)示數(shù)在表盤中間，也稱為中值電阻。然后，學(xué)生展示如何進(jìn)行理論定標(biāo)。此階段學(xué)生進(jìn)行了公式推導(dǎo)。

由于表頭上的電流值與滿偏電流之間存在倍數(shù)關(guān)系，因此，令：

代入公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的電阻值。之后，小組成員將計(jì)算好的電阻值標(biāo)在1∶1繪制好的表盤上，將表盤固定在表頭上，歐姆表制作完成。實(shí)物如圖1所示。

另外，學(xué)生用歐姆表和多用電表測(cè)量了多組阻值，從而對(duì)歐姆表進(jìn)行了誤差評(píng)定，如表2所示。

最后，學(xué)生將制作的使用說明書附在儀器上。學(xué)生依照自己的使用說明書演示自制歐姆表的使用方法，并進(jìn)行了測(cè)量未知電阻的演示。

（2）第二小組質(zhì)疑

第二小組學(xué)生按照“歐姆表成果匯報(bào)課堂評(píng)價(jià)表”完成對(duì)第一小組的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)的評(píng)價(jià)，針對(duì)自己的疑惑進(jìn)行提問，同時(shí)簡(jiǎn)要展示自己小組的實(shí)驗(yàn)定標(biāo)方式。

他們通過與第一小組相同的測(cè)量中值電阻的方法得到歐姆表的內(nèi)阻。然后，在紅黑表筆調(diào)零的前提下，保持電位器不變，依次調(diào)節(jié)電阻箱阻值，記錄指針在電流表表盤的位置與電阻箱讀數(shù)的關(guān)系。學(xué)生將所有刻度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定后，再依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)1∶1將其繪制在表盤上，從而完成實(shí)驗(yàn)定標(biāo)過程，同時(shí)自制使用說明書。他們的成品如圖2所示。學(xué)生對(duì)他們制作的歐姆表也進(jìn)行了誤差評(píng)定，如表3所示。

此時(shí)，教師引導(dǎo)討論：第一小組和第二小組的兩種定標(biāo)方式有何不同之處？學(xué)生討論得出，理論定標(biāo)由于歐姆表內(nèi)阻的測(cè)量存在誤差，導(dǎo)線本身的電阻、導(dǎo)線連接位置的電阻都會(huì)引起表盤阻值標(biāo)定時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)偏差。實(shí)驗(yàn)定標(biāo)過程主要是電阻箱本身的阻值引起的誤差，如果用更加精確的定值電阻來標(biāo)定，實(shí)驗(yàn)定標(biāo)的誤差會(huì)非常小。從以上兩組的誤差評(píng)定數(shù)據(jù)也可以得出，實(shí)驗(yàn)定標(biāo)比理論定標(biāo)的誤差小。因此在實(shí)際的定標(biāo)過程中，都是通過用標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)定標(biāo)的方式對(duì)歐姆表進(jìn)行定標(biāo)的。

此時(shí)教師將單一量程的歐姆表過渡到可變量程的歐姆表。教師引導(dǎo)學(xué)生思考，理論上制作好的歐姆表可以測(cè)量任何阻值的電阻，但是由于歐姆表電阻值與電流之間不是線性關(guān)系，當(dāng)待測(cè)電阻阻值太大或者太小時(shí)，誤差都比較大。當(dāng)Rx≈R中，即接近中間刻度附近時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)與Rx的關(guān)系更接近線性，刻度更均勻，測(cè)量值才更加準(zhǔn)確。[3]因此要想測(cè)量各種電阻，實(shí)際的歐姆表都會(huì)制作成多倍率。而為了讀數(shù)方便，一般將相鄰的倍率設(shè)為10。如何更換歐姆表的倍率成了學(xué)生需要繼續(xù)深入研究的問題。緊接著此問題，第三小組進(jìn)行匯報(bào)。

（3）第三小組匯報(bào)

第三小組學(xué)生首先對(duì)改變歐姆表量程的原理進(jìn)行介紹。在電源電動(dòng)勢(shì)不變的前提下，依據(jù)擴(kuò)大電流表量程的原理，通過并聯(lián)電阻使流過干路中的電流擴(kuò)大為電流表滿偏電流的10倍，從而使歐姆表倍率降低10倍。同理，使干路電流擴(kuò)大為滿偏電流的100倍，從而使歐姆表倍率降低100倍。

那么需要并聯(lián)多大的電阻，才能實(shí)現(xiàn)倍率降低10倍呢？此時(shí)，需要測(cè)量表頭的滿偏電流和內(nèi)阻。首先，他們組利用精密毫安表測(cè)量表頭的滿偏電流。將表頭、滑動(dòng)變阻器、精密毫安表、電源、開關(guān)串聯(lián)。閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使表頭達(dá)到滿偏，讀出此時(shí)毫安表的讀數(shù)為1 mA。因此，表頭的滿偏電流Ig =1 mA。然后，他們組利用伏安法測(cè)量表頭的內(nèi)阻，如圖3所示。

他們利用圖3所示原理，先調(diào)節(jié)電阻箱使表頭達(dá)到滿偏，記錄此時(shí)電阻箱讀數(shù)為1 400 Ω、電壓表的示數(shù)為1.5 V。然后根據(jù)歐姆定律：

學(xué)生借助電阻箱，利用實(shí)驗(yàn)定標(biāo)法，對(duì)“×1”擋的歐姆表進(jìn)行定標(biāo)?！啊?0”擋直接在“×1”擋的基礎(chǔ)上，將其示數(shù)乘10即可。歐姆表實(shí)物如圖5所示。

第三小組對(duì)他們制作的歐姆表進(jìn)行了誤差評(píng)定，如表4所示。

（4）第四小組質(zhì)疑

第四小組學(xué)生按照“歐姆表成果匯報(bào)課堂評(píng)價(jià)表”完成對(duì)第三小組的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)的評(píng)價(jià)，針對(duì)自己的疑惑進(jìn)行提問。例如：并聯(lián)的電阻并非準(zhǔn)確數(shù)值，這會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)倍率之間并非嚴(yán)格的10倍關(guān)系。更換倍率后直接用示數(shù)乘10會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，建議兩個(gè)倍率都進(jìn)行標(biāo)定，修正誤差。同時(shí)簡(jiǎn)要展示自己小組更改倍率的方式。

四組學(xué)生的方案是在電表的滿偏電流不變的情況下，通過更換電池改變電動(dòng)勢(shì)的方法來擴(kuò)大歐姆表的倍率。第四小組學(xué)生設(shè)計(jì)的歐姆表電路如圖6所示。

據(jù)此設(shè)計(jì)的項(xiàng)目成果如圖7所示。

學(xué)生對(duì)他們的歐姆表也進(jìn)行了誤差評(píng)定，如表5所示。

在第三小組和第四小組展示與質(zhì)疑之后，教師引導(dǎo)討論：兩種不同的更換倍率的方式，哪種更好？學(xué)生討論得出，通過并聯(lián)電阻的方式可以降低歐姆表的倍率，但是卻無法擴(kuò)大歐姆表的倍率。雖然電池的增多會(huì)增加歐姆表的體積，但是它卻可以實(shí)現(xiàn)歐姆表倍率的擴(kuò)大。因此，減小倍率是通過改變與表頭并聯(lián)阻值的大小來實(shí)現(xiàn)，增大倍率是通過改變電源電動(dòng)勢(shì)來實(shí)現(xiàn)。這兩種方法需要配合使用。一般的歐姆表中，“×1”擋、“×10”擋、“×100”擋是通過改變與表頭并聯(lián)電阻的阻值來實(shí)現(xiàn)，而“×1k”擋是通過同時(shí)改變表頭的滿偏電流Ig和電源電動(dòng)勢(shì)E來實(shí)現(xiàn)。[4]

3. 課堂總結(jié) 概念整合

教師對(duì)本節(jié)課的展示與交流進(jìn)行總結(jié)。本項(xiàng)目促進(jìn)了學(xué)生觀察和識(shí)別常見的電路元件，包括滑動(dòng)變阻器、表頭、電位器、電阻箱、表頭、微安表等；促進(jìn)學(xué)生理解和使用多用電表；促進(jìn)學(xué)生深入理解閉合回路歐姆定律等內(nèi)容。從項(xiàng)目中引申出的超出課標(biāo)要求的知識(shí)，包括電表的理論定標(biāo)和實(shí)驗(yàn)定標(biāo)方式、降低和擴(kuò)大歐姆表倍率的方法、測(cè)量表頭的滿偏電流和內(nèi)阻等，這也加深了學(xué)生對(duì)串并聯(lián)電路等恒定電流核心概念的理解。

三、小結(jié)與反思

項(xiàng)目式教學(xué)最終目的是落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，特別是核心概念的深度學(xué)習(xí)。通過“制作歐姆表”項(xiàng)目式教學(xué)，學(xué)生將串并聯(lián)電路、電表改裝、閉合回路歐姆定律、練習(xí)使用多用電表等核心知識(shí)進(jìn)行整合。在整個(gè)制作過程中也培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手操作能力。同時(shí)還促使學(xué)生逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度?？傊?，項(xiàng)目式教學(xué)與新課改下高中物理的模塊化、主題化內(nèi)容相契合，在以項(xiàng)目為研究對(duì)象的過程中，有助于提高學(xué)生的問題解決能力，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力。[5]同時(shí)，本次項(xiàng)目式教學(xué)通過小組互評(píng)、質(zhì)疑的過程，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我、建立自信。總體上，本次項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐過程，有效促進(jìn)了學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

另外，本次項(xiàng)目式教學(xué)還有部分不足，將來可以在以下地方進(jìn)行改進(jìn)：

（1）誤差評(píng)定環(huán)節(jié)可以選用標(biāo)準(zhǔn)電阻，用多用電表測(cè)一次，用自制歐姆表測(cè)一次，比較兩次結(jié)果的誤差。由于多用電表也不能準(zhǔn)確測(cè)量電阻阻值，因此不能以多用電表的測(cè)量值直接作為評(píng)定自制歐姆表誤差的依據(jù)。

（2）誤差評(píng)定環(huán)節(jié)應(yīng)該提前作出統(tǒng)一要求，例如需要進(jìn)行幾組數(shù)據(jù)的誤差評(píng)定、可變倍率的歐姆表需要將兩個(gè)倍率都進(jìn)行誤差評(píng)定等，從而使四個(gè)小組的評(píng)定結(jié)果可以統(tǒng)一分析和比較。

（3）課堂結(jié)尾可以增設(shè)歐姆表評(píng)定環(huán)節(jié)。課堂快結(jié)束時(shí)，可以給出一個(gè)未知電阻，四組學(xué)生分別用自己的歐姆表進(jìn)行測(cè)量，比較四組的結(jié)果，分析各組的誤差大小和來源。

參考文獻(xiàn)

[1]周彩麗.青島三十九中：項(xiàng)目式教學(xué)，讓學(xué)習(xí)自然發(fā)生[J].教育家，2017（45）：90-91.

[2]侯肖，胡久華.在常規(guī)課堂教學(xué)中實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)：以化學(xué)教學(xué)為例[J].教育學(xué)報(bào)，2016，12（04）：39-44.

[3]曹吉安.多用電表測(cè)電阻為什么指針落在刻度盤中間附近最準(zhǔn)確[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018，47（21）：35-36.

[4]歐劍雄，陳國(guó)文.串聯(lián)式歐姆表的誤差分析及其量程選擇[J].物理教師，2014，35（03）：36-38+41.

[5]張惠鈺.高中物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)策略探討[J].物理教師，2017，38（09）：26-28.