基于項目式學(xué)習(xí)的初中物理單元復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計①
——以“電磁轉(zhuǎn)換”為例

周 潔

(江蘇省江陰初級中學(xué),江蘇 無錫 214442)

如何讓復(fù)習(xí)課不再是學(xué)生原有知識的重復(fù)、零碎知識的疊加,而是單元知識的歸納整理、核心知識的關(guān)聯(lián)進階?基于項目式學(xué)習(xí)的單元復(fù)習(xí),有助于實現(xiàn)零碎知識的有機整合,[1]凸顯高階思維的特征,同時引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用,在實際問題解決中提高核心素養(yǎng)。

1 基于項目式學(xué)習(xí)的內(nèi)容分析與教學(xué)目標確定

1.1 內(nèi)容分析

“電磁轉(zhuǎn)換”這一單元是蘇科版物理九年級下冊第十六章的內(nèi)容,是在學(xué)習(xí)電功和電熱后,對電學(xué)現(xiàn)象的進一步探索,同時讓學(xué)生明白電和磁有著密切的聯(lián)系。本單元在新課教學(xué)時,旨在通過四個實驗探究活動和兩個學(xué)生實驗,讓學(xué)生達成以下學(xué)習(xí)目標:認識磁場、知道地磁場;了解電流周圍的磁場及通電螺線管外部的磁場方向;了解通電導(dǎo)線在磁場中會受到力的作用,并知道力的方向的影響因素;知道導(dǎo)體在磁場中運動時產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。由于概念較多,作為單元復(fù)習(xí),很適合用項目式學(xué)習(xí)的方式,提綱挈領(lǐng)地將零碎知識結(jié)構(gòu)化,這樣便于學(xué)生找到核心概念以及關(guān)聯(lián),實現(xiàn)本章知識的總結(jié)和遷移。

1.2 學(xué)情分析

本章內(nèi)容從學(xué)生熟悉的磁體入手,學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣很濃,但由于初中生空間想象能力相對較弱,而磁場的概念又比較抽象,所以認識磁場是個難點。又因為“電流的磁效應(yīng)”“磁場對電流的作用”“電磁感應(yīng)”這三個實驗探究的裝置有很多相似之處,學(xué)生學(xué)完這一單元后,對“電流的磁效應(yīng)”“磁場對電流的作用”“電磁感應(yīng)”這三大概念理解不清,容易將與此對應(yīng)的三個實驗張冠李戴,難以準確辨析。因此,在單元復(fù)習(xí)過程中,用項目引導(dǎo)學(xué)生解決實際問題,讓學(xué)生將核心知識在情境中再建構(gòu)、再應(yīng)用,實現(xiàn)學(xué)習(xí)者的心智轉(zhuǎn)換。[2]

1.3 教學(xué)目標

(1) 物理觀念

“場”是物理學(xué)中一個很重要的概念,而且對磁場的正確認識是本章后面幾節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ),所以需要引導(dǎo)學(xué)生正確認識磁場的基本性質(zhì),建構(gòu)磁場概念。本章內(nèi)容隸屬于課程內(nèi)容中的一級主題“運動與相互作用”,所以在單元復(fù)習(xí)時,需要引導(dǎo)學(xué)生用運動與相互作用觀念去理解本章知識。

(2) 科學(xué)思維

磁場看不見、摸不著,從磁場基本性質(zhì)入手,通過轉(zhuǎn)換法有助于學(xué)生認識磁場;為了描述磁場,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)“磁感線”模型,讓學(xué)生體會模型分析帶來的便利。本章的實驗器材有很多相似之處,本單元復(fù)習(xí)也會多次采用比較法、歸納法等,以培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證等能力。

(3) 科學(xué)探究

通過“遠距離控制車庫道閘”任務(wù)展開項目式學(xué)習(xí),進行單元復(fù)習(xí),先后涉及三個具體任務(wù),分別是電磁繼電器工作電路實物模型的連接、直流電動機模型的安裝、發(fā)電機和靈敏電流計的奧秘探尋。學(xué)生分組設(shè)計探究方案,進行實踐操作,收集與處理信息,與他人交流并發(fā)表自己的觀點,培養(yǎng)質(zhì)疑創(chuàng)新能力,體驗科學(xué)探究的樂趣。

(4) 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

學(xué)生在單元復(fù)習(xí)中能體驗到科學(xué)探究的艱辛與不易,逐漸形成自然界現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系的科學(xué)觀念,激發(fā)學(xué)生嘗試運用實驗的方法探索自然界奧秘的興趣,養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

2 基于項目式學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計

2.1 尋找核心知識

常規(guī)的單元復(fù)習(xí),通常是按照章節(jié)順序,復(fù)習(xí)每一小節(jié)的知識點,這樣復(fù)習(xí)帶來的問題是學(xué)生對所學(xué)習(xí)的內(nèi)容沒有整體感,一旦碰到具體的情境,很難靈活應(yīng)用。項目式學(xué)習(xí)聚焦概念的深層次理解和遷移,需要設(shè)計者關(guān)注從核心概念到關(guān)鍵概念再到具體概念的一整套知識體系。

世界是物質(zhì)的,磁極間的相互作用、奧斯特實驗中小磁針的偏轉(zhuǎn)、電動機的轉(zhuǎn)動等都涉及物質(zhì)間的相互作用,所以本單元的重要任務(wù)是促進學(xué)生形成運動和相互作用觀念。而發(fā)生作用的本質(zhì)就是因為磁場對放入其中的磁體和電流有力的作用,所以磁場是本單元的關(guān)鍵概念,單元復(fù)習(xí)時需要引導(dǎo)學(xué)生認識磁場的本質(zhì)特征,在不同情境中豐富對磁場的認識。站在這樣的高度去看本單元的知識點,它們之間自然就有了聯(lián)系,學(xué)生很容易將零碎知識串聯(lián)起來(圖1)。

圖1

2.2 設(shè)計驅(qū)動性問題

驅(qū)動性問題的設(shè)計應(yīng)指向物理觀念,讓學(xué)生在解決實際問題的過程中感受到學(xué)習(xí)物理是有用的。為了保障學(xué)生安全,學(xué)校在車庫旁裝有一個道閘(圖2),實行人車分流,但隨之帶來了問題,每當(dāng)課間跑操的時候,體育老師都要從較遠的辦公樓跑過來打開道閘讓學(xué)生通過,這樣很不方便。能否設(shè)置一個遠程控制裝置,讓體育老師在辦公室就可以打開道閘,這就成了本單元復(fù)習(xí)課的驅(qū)動性問題,這個問題的解決涉及磁場、電磁繼電器電路的設(shè)計與連接、電動機的原理與連接等,是將本章知識有效關(guān)聯(lián)的載體。

圖2

2.3 培養(yǎng)高階認知

2.3.1 問題解決與決策

電磁繼電器可以實現(xiàn)遠程控制,這是學(xué)生的低階知識儲備。通過小組討論,學(xué)生決定使用電磁繼電器,幫助體育老師實現(xiàn)在辦公室遠程控制道閘。雖然學(xué)生能順利完成電路圖的設(shè)計,但要在模擬板上連接實物,這對學(xué)生的模型建構(gòu)能力提出了挑戰(zhàn),需要學(xué)生仔細研究電磁繼電器的結(jié)構(gòu)(圖3),知道哪些接線柱需要連入控制電路,哪些是連入工作電路的,為后續(xù)的操作做好準備。道閘通過電動機來控制,從安全使用的角度,學(xué)生選擇了玩具直流電動機控制道閘,然后依次連接低壓控制電路和高壓工作電路。由于實物模擬中的閘桿是用泡沫板制作的,盡管直流電動機功率小,但閘桿抬起的速度依然較快,容易損壞,于是,學(xué)生通過改進、調(diào)試,在工作電路中串聯(lián)滑動變阻器來優(yōu)化設(shè)計,最終完成項目任務(wù)(圖4)。整個問題解決與決策的過程是一個使用高階認知策略的過程,能有效培養(yǎng)學(xué)生的解釋、交流、反思、應(yīng)用等科學(xué)探究能力。

圖3

圖4

2.3.2 科學(xué)推理與比較

學(xué)生參與項目的積極性特別高,利用問題鏈可啟發(fā)學(xué)生深入思考,問題鏈是由低階認知螺旋上升到高階認知的鑰匙。因此,用問題鏈貫穿整個單元,運用科學(xué)推理,聚焦磁場的基本性質(zhì);結(jié)合圖形比較,歸納實驗及其裝置的異同。最后,電流計的原理是本章復(fù)習(xí)的拓展延伸,引導(dǎo)學(xué)生從表象走向本質(zhì),需要學(xué)生運用邏輯推理,由指針偏轉(zhuǎn)到線圈受力,再到通電線圈在磁場中受力,最后指向感應(yīng)電流的產(chǎn)生,這是評價學(xué)生對于物理概念掌握情況的依據(jù)。因此,通過閉環(huán)式的問題鏈設(shè)計(圖5),能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理、科學(xué)論證能力,同時給學(xué)生呈現(xiàn)了本章知識之間的內(nèi)在聯(lián)系,學(xué)生能深刻感受電與磁之間的聯(lián)系,形成自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系的科學(xué)觀。

圖5

2.3.3 實驗探究與創(chuàng)新

蘇科版初中物理教材在本章第四節(jié)安排了一個學(xué)生實驗:安裝直流電動機模型,能夠讓學(xué)生進一步認識電動機的原理,單元復(fù)習(xí)課應(yīng)在原有基礎(chǔ)上進行提升與創(chuàng)新。在課堂上讓學(xué)生拆卸玩具電動機,了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu),并與圖6作對比,在實物中準確找到換向器和電刷,同時提出新問題:如果沒有換向器,能否實現(xiàn)通電線圈的連續(xù)轉(zhuǎn)動?以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

圖6

在學(xué)生分組活動中,老師提供漆包線繞制成的線圈、銅支架、磁體等,讓學(xué)生制作沒有換向器的簡易直流電動機。經(jīng)過反復(fù)實驗,學(xué)生發(fā)現(xiàn)用砂紙將線圈兩端的漆包線一邊全部刮去,一邊刮去一半,可以實現(xiàn)線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動。同時,他們還利用自制的裝置,借助靈敏電流計,轉(zhuǎn)動線圈時成功產(chǎn)生了感應(yīng)電流(圖7),親身體驗兩個實驗裝置的異同,深刻感受電動機和發(fā)電機之間的區(qū)別和聯(lián)系,用能量觀念認識自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系。

3 教學(xué)反思

本單元復(fù)習(xí)課運用項目式學(xué)習(xí)方式,使復(fù)習(xí)更具有大局觀、整體觀。驅(qū)動性問題貼近學(xué)生的生活實際,設(shè)計的起點較低,能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。但是,該驅(qū)動性問題仍有一定的局限性,例如利用電磁繼電器實現(xiàn)遠程控制,大都是用低電壓、弱電流控制高電壓、強電流的電路,而我們在用模擬板仿真演示時,從安全的角度只能選擇玩具電動機,導(dǎo)致控制電路的電壓比工作電路中的電源電壓還要大,對學(xué)生已有的認知會產(chǎn)生一定的干擾,還需進一步優(yōu)化。

4 結(jié)語

項目式學(xué)習(xí)是學(xué)生能力的培養(yǎng)與學(xué)科知識的習(xí)得相兼容的一種學(xué)習(xí)方式,是落實物理核心素養(yǎng)的有效途徑。盡管一節(jié)課不能顯著提高學(xué)生的核心素養(yǎng),但只要教師在平常教學(xué)中持之以恒,一定會促進學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。