變阻器型動態(tài)電路復(fù)習(xí)的項目式教學(xué)設(shè)計與實施

林游 肖永琴

摘? ?要：以“制作光電煙霧報警器”為驅(qū)動性問題，開展初中物理“變阻器型動態(tài)電路復(fù)習(xí)”的項目式教學(xué)。學(xué)生通過完成“了解煙霧報警器原理”“制作煙霧檢測電路”“制作報警反應(yīng)”“尋找更多敏感電阻的實際應(yīng)用”等四個項目任務(wù)，調(diào)動內(nèi)驅(qū)力，提高學(xué)習(xí)興趣，最終落實課程目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)的達成。

關(guān)鍵詞：項目式學(xué)習(xí)；初中物理；動態(tài)電路復(fù)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)模式下的教與學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑之一，得到越來越多教育界人士的認可，在國內(nèi)關(guān)于項目式學(xué)習(xí)已有得研究多集中在跨學(xué)科、多學(xué)科的領(lǐng)域，在綜合實踐活動、研究性活動中應(yīng)用較多，但在單學(xué)科的常規(guī)課堂教學(xué)中應(yīng)用得非常少[ 1 ]。而只有立足于課堂的、關(guān)注以學(xué)科為中心的、落實學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)的項目式學(xué)習(xí)模式的開發(fā)和實踐，才能使項目式學(xué)習(xí)真正走進每一個教師的常態(tài)課堂，才會真正去改變學(xué)生的學(xué)習(xí)歷程。本文結(jié)合“變阻器型動態(tài)電路復(fù)習(xí)——制作光電煙霧報警器”的課例實踐，探索項目式學(xué)習(xí)如何與初中物理復(fù)習(xí)課融合。

1? 項目主題分析

課程標(biāo)準(zhǔn)要求：“理解歐姆定律。會看、會畫簡單的電路圖。會連接簡單的串、并聯(lián)電路。能說出生產(chǎn)生活中采用簡單串聯(lián)、并聯(lián)電路的實例，了解電路中的電流、電壓特點”[ 2 ]。變阻器型動態(tài)電路的復(fù)習(xí)課可以全面涵蓋課程標(biāo)準(zhǔn)中對電路的各項要求，傳感器在當(dāng)今生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，筆者選取學(xué)生生活中常見的，且對火災(zāi)預(yù)防有重大意義的煙霧報警器（光傳感器）為情境載體，最終確立驅(qū)動性問題——制作光電煙霧報警器。

如圖1所示，光電煙霧傳感器中光源和光傳感器位置呈90°角，正常情況下光源發(fā)出的光無法照射到傳感器。當(dāng)煙霧進入盒子內(nèi)部時，由于煙霧顆粒對光產(chǎn)生漫反射，使得部分光照到傳感器上，產(chǎn)生光電流輸出，光電流驅(qū)動報警電路，達到報警目的。

光電煙霧傳感器中的光傳感器即光敏電阻，是初中教學(xué)中常見的一種變阻器，但多數(shù)學(xué)生只從習(xí)題上見過。能夠親手利用它制作煙霧報警器，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，運用光敏電阻制作的過程，是對電路的設(shè)計連接、電流電壓的判斷、歐姆定律的理解的綜合應(yīng)用，既達成課標(biāo)要求，又能幫助學(xué)生形成真實問題解決的思路方法，達成復(fù)習(xí)課素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)目標(biāo)。

2? 項目教學(xué)目標(biāo)

（一）通過對檢測煙霧傳感器電路的設(shè)計，鞏固電路分析、歐姆定律、滑動變阻器型動態(tài)電路的定性分析方法等相關(guān)知識，對簡易傳感器及其實際應(yīng)用有較深刻的認識，并提高和同伴合作交流、表達能力。

（二）通過挑戰(zhàn)設(shè)計與制作報警電路，提高電路分析能力，初步養(yǎng)成批判、反思意識。

（三）從執(zhí)行項目的全過程中，初步了解工程項目的實施過程，形成團隊合作意識，提高解決實際問題的能力。

（四）在設(shè)計報警器的過程中，形成預(yù)防火災(zāi)的日常安全意識，建立正確的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感。

3? 項目任務(wù)及教學(xué)流程（見圖 2）

4? 項目實施過程及學(xué)生學(xué)習(xí)成果

4.1? 設(shè)計并制作檢測煙霧的電路

（1）設(shè)計電路

請學(xué)生設(shè)計簡易檢測煙霧電路（要求：{1}用滑動變阻器作為可變電阻； {2}改變電阻時，電流表或電壓表示數(shù)增大；{3}畫出電路圖，并分析變化過程。）

【學(xué)生展示】學(xué)生共展示了6種不同電路設(shè)計（見圖3）

【學(xué)生評價】方案一、二、三的電路設(shè)計符合電路設(shè)計的要求。

【學(xué)生評價】方案四和方案五中，雖然能達到要求，但當(dāng)滑片位于最左端時，電路會發(fā)生短路故障，所以并聯(lián)電路的方案不合適。

【教師評價】肯定學(xué)生的評價。

【學(xué)生評價】方案六，當(dāng)滑片位于最左端時電路也會短路。

【學(xué)生評價】方案六，不會短路，就是電流表示數(shù)不變，但電壓表示數(shù)會變化。

【教師引導(dǎo)】既然大家存在分歧，不妨按這個小組同學(xué)的設(shè)計連接電路，試試看。

學(xué)生經(jīng)過操作后發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)滑片自左向右移，電流表示數(shù)不變，電壓表示數(shù)變小。

【追問】為什么電流表示數(shù)不變呢？而電壓表示數(shù)變小呢？

學(xué)生討論后從電路分析的角度重新分析電路，并正確解釋現(xiàn)象。

【教師評價】方案一、二、三、六都符合電路設(shè)計要求。

（2）選擇器材

【學(xué)習(xí)支架】教師提供資料，光敏電阻有這些特性：第一，由硫化鎘等半導(dǎo)體材料制成；第二，其在無光照時，呈高阻狀態(tài)，暗電阻一般可達1.5 MΩ；第三，光照時，電阻迅速降低，亮電阻值可小至5 kΩ下。

【問題】當(dāng)煙霧濃度增大，光強如何變化？光敏電阻的阻值如何變化？

【學(xué)生回答】考慮到煙霧的遮光作用，煙霧濃度增大，光強變?nèi)?，光敏電阻的阻值變大?/p>

【追問】鑒于光敏電阻的這一特性，之前的四個方案中哪些方案是可行的，為什么？

【學(xué)生重新評價】學(xué)生分組討論得出結(jié)論：只有方案三可行。方案六的變阻器需要三個接線柱肯定不可行；光敏電阻的阻值很大，電路中電流很小，方案一電流表無法測量，只能用看出電壓的變化；方案二電壓表隨光敏電阻阻值的減小而減小，顯然也不可行；方案三電壓表隨光敏電阻阻值的減小而增大，該方案行。

【問題】電壓表示數(shù)要有明顯變化，定值電阻如何選擇？依據(jù)？（提供20 Ω ，200 Ω ，2 kΩ）

【學(xué)生回答】2 kΩ。根據(jù)串聯(lián)分壓的原理，太小的電阻分壓太少電壓變化不明顯。

【教師引導(dǎo)】請大家畫出最終確定的檢測電路注明元件的具體參數(shù)，并進行實物電路的安裝調(diào)試。

學(xué)生畫電路圖，并實驗（見圖4）。

4.2? 設(shè)計并制作帶有鈴聲的報警反應(yīng)電路

【學(xué)習(xí)支架】完成煙霧檢測電路后，需加入鈴聲的報警反應(yīng)，請閱讀該型號蜂鳴器相關(guān)參數(shù)，完善電路設(shè)計并進行安裝調(diào)試。

學(xué)生畫電路圖，并實驗（見圖5）。

【學(xué)生評價】我們的產(chǎn)品，需要煙霧濃度要很濃的時候遮光效果才比較明顯才會觸發(fā)報警，能否實現(xiàn)在煙霧較少的時候就能夠報警呢？

【學(xué)生評價】可以呀，可以改變電源電壓，改變電阻阻值等。

【教師評價】這個想法非常好，我們的產(chǎn)品和實際的煙霧報警器還有很大差別，有很多可以改進的地方，比如實際煙霧報警器中有加入三極管的放大作用，所以大家可以思考并嘗試對產(chǎn)品進行升級迭代。

【教師設(shè)疑】敏感電阻在生產(chǎn)生活中還有哪些實際應(yīng)用？

【學(xué)生回答】電子控溫裝置、汽車地磅、汽車尾氣檢測儀等。

【教師設(shè)疑】大家課后可以嘗試用不同的敏感類電路繼續(xù)設(shè)計產(chǎn)品，感受半導(dǎo)體的神奇。

5? 項目教學(xué)反思及建議

傳統(tǒng)的復(fù)習(xí)課，由于學(xué)生對已經(jīng)學(xué)過的知識的新鮮感下降，參與熱情低，因此本節(jié)課將項目式教學(xué)和初中物理動態(tài)電路復(fù)習(xí)相融合。從本項目的實施看，項目的驅(qū)動性問題，極大調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生不僅能夠主動基于自身已有經(jīng)驗構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，以高階思維帶動低階認知[ 4 ]，部分學(xué)生還在課后繼續(xù)對敏感類電阻進行研究，制作了雨天感應(yīng)關(guān)窗系統(tǒng)（濕度傳感器），作品獲第37屆福州市科技創(chuàng)新大賽二等獎。一個真實且富有挑戰(zhàn)性的驅(qū)動性問題，使復(fù)習(xí)課達成了知識的回顧與整合、能力的縱向深化延伸、素養(yǎng)的橫向發(fā)散拓展的教學(xué)目標(biāo)。

基于項目式學(xué)習(xí)模式的復(fù)習(xí)課堂是否高效？傳統(tǒng)的動態(tài)電路復(fù)習(xí)課，在一個課時中可以完成開關(guān)類和變阻器類動態(tài)電路定性分析的復(fù)習(xí)，但在項目式學(xué)習(xí)模式下本節(jié)課只完成變阻器型動態(tài)電路的復(fù)習(xí)。然而，所謂高效課堂，應(yīng)是在相同的教學(xué)時間內(nèi)達成更多的教學(xué)目標(biāo)，不僅讓學(xué)生建構(gòu)物理觀念，更要發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維等，讓學(xué)科核心素養(yǎng)得到提升。教學(xué)的真正意義在于喚醒靈魂，只有學(xué)生真正參與課堂，學(xué)習(xí)才真實發(fā)生了。從這個角度看，本節(jié)課是高效的，雖然知識的容量上比傳統(tǒng)課堂要少，但落實的教學(xué)目標(biāo)遠比傳統(tǒng)課堂多很多，表現(xiàn)在：源于真實情境概括出具有挑戰(zhàn)性的項目，培養(yǎng)建模意識；用已有知識設(shè)計方案并正確實施方案；基于證據(jù)對同伴的方案提出質(zhì)疑和改進，建立批判性思維；學(xué)會與他人合作，大膽表達自己的觀點；動手安裝電路，解決問題，培養(yǎng)了動手能力，成就感和自我認同感得到提升等。

綜上所述，項目式學(xué)習(xí)模式能夠讓學(xué)科核心素養(yǎng)顯形，很適合與初中物理復(fù)習(xí)課堂結(jié)合。

參考文獻：

［1］ 候肖，胡久華.在常規(guī)課堂教學(xué)中實施項目式學(xué)習(xí)[J].教育學(xué)報，2016（8）.

［2］ 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社.2022.4.

［3］ 從余.煙霧報警器的制作[J].實用電子文摘，1996（4）.

［4］ 錢永昌，鄭遠鵬.學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下項目式學(xué)習(xí)特征再認識[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2021（7）.