張余燚

【摘要】在項目式學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生從真實情境的問題出發(fā)，通過真實性任務(wù)驅(qū)動學(xué)生自主學(xué)習(xí).本文嘗試在“歐姆定律在串并聯(lián)電路的應(yīng)用”教學(xué)中，運用項目式學(xué)習(xí)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的同時，提高學(xué)生的核心素養(yǎng).

【關(guān)鍵詞】項目式學(xué)習(xí)；核心素養(yǎng)；教學(xué)設(shè)計

項目式學(xué)習(xí)是一種以提升探究能力為目標(biāo)，以解決具體問題為驅(qū)動，以學(xué)生活動為中心的學(xué)習(xí)模式.義務(wù)教育科學(xué)課程中要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)定義為：學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課程的過程中，逐步形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，是科學(xué)課程育人價值的集中體現(xiàn)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、實踐探究、態(tài)度責(zé)任等方面.借助項目式學(xué)習(xí)模式對“歐姆定律在串并聯(lián)電路中的應(yīng)用”一課進(jìn)行設(shè)計與實施.

1 教學(xué)與評價目標(biāo)

1.1 教學(xué)要求

（1）科學(xué)觀念：能從電壓與電阻的本質(zhì)理解歐姆定律，能將歐姆定律運用于串并聯(lián)電路中進(jìn)行電路分析與運算.

（2）科學(xué)思維：通過分析實驗獲得的數(shù)據(jù)歸納出串并聯(lián)電路中的電阻規(guī)律以及電壓與電流分配規(guī)律.

（3）實踐探究：利用“伏安法”設(shè)計實驗探究或驗證串并聯(lián)電路中電阻的規(guī)律， 并能自主實施實驗方案.能夠根據(jù)串并聯(lián)電路特點設(shè)計酒精測試儀的電路圖，并能自主實施實驗方案.

（4）態(tài)度責(zé)任：能夠以實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)作出判斷以及歸納；能夠根據(jù)實際需求分析設(shè)計電路圖的優(yōu)點以及缺點，并能做出調(diào)整.了解酒駕的危害，從而知道酒精測試儀存在的意義和價值.

1.2 評價目標(biāo)

（1）課堂評價：學(xué)習(xí)過程中能夠利用“伏安法”設(shè)計實驗并完成.在課堂內(nèi)能夠?qū)W會用類比的思想從影響電阻大小因素思考，解釋為何串聯(lián)電路中總電阻大于各電阻，并聯(lián)電路中總電阻小于各電阻.關(guān)注學(xué)生在酒精測試儀的電路圖設(shè)計中能夠進(jìn)行小組合作.

（2）作業(yè)評價：學(xué)生能夠分析酒精測試儀的工作原理，并完成相應(yīng)習(xí)題.學(xué)生能根據(jù)自己設(shè)計的電路圖通過不斷改進(jìn)制作出酒精測試儀并投入使用.

2 教學(xué)與評價思路的設(shè)計

本節(jié)課以交警利用酒精測試儀測量駕駛員是否酒駕出發(fā)，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.

3 教學(xué)情境

引入 同學(xué)們，你們是否見過以下的場景，交警將車輛攔截下來，拿出一個儀器對司機(jī)進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)司機(jī)喝了酒，那交警就會做出相應(yīng)的處罰.這種儀器就是酒精測試儀.酒精測試儀實際上是由酒精氣體傳感器（相當(dāng)于隨酒精氣體濃度變化的變阻器）與一個定值電阻及一個電壓表或電流表組成.那么它到底是如何制作的呢？

3.1 探究串并聯(lián)電路中的電阻關(guān)系

學(xué)習(xí)任務(wù)1 復(fù)習(xí)歐姆定律，并能利用“伏安法”設(shè)計實驗探究串、并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系.進(jìn)行理論推導(dǎo)并進(jìn)行驗證，用類比的方法解釋.

從介紹酒精測試儀的組成出發(fā)，拋出本節(jié)課的核心任務(wù)——制作一個簡易的酒精測試儀.首先復(fù)習(xí)串并聯(lián)電路中電流與電壓的特點，引出串并聯(lián)電路中的電阻特點.以“伏安法”測電阻為基礎(chǔ)，遷移到設(shè)計實驗探究串并聯(lián)電路中電阻特點.再到利用公式推導(dǎo)并驗證串并聯(lián)電路中電阻特點與實驗是否相符.然后利用類比的科學(xué)方法解釋串、并聯(lián)電路中電阻特點的原因.接著小組討論設(shè)計，小組間互評，迭代設(shè)計后形成最終方案.最后通過對模型的理解，應(yīng)用物理模型進(jìn)行運算，同時了解酒駕的危害.在應(yīng)用科學(xué)知識解決問題的過程中，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

教師：兩個電阻有兩種連接方式：串聯(lián)和并聯(lián).那么制作酒精測試儀時兩個電阻應(yīng)該是串聯(lián)還是并聯(lián)呢？我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過串并聯(lián)電路中電流與電壓的關(guān)系，那電阻又有什么關(guān)系呢？同學(xué)們是否可以根據(jù)以下提供的實驗儀器設(shè)計并探究呢？（以串聯(lián)電路為例）

PPT展示：實驗1，用“伏安法”探究串聯(lián)電路中電阻的規(guī)律.實驗原理為R=U/I.

實驗器材：5Ω和10Ω的電阻、電流表、電壓表、開關(guān)、學(xué)生電源、滑動變阻器各1個，導(dǎo)線若干.

學(xué)生：討論后展示各小組實驗圖.小組間相互評價優(yōu)劣，改進(jìn)后完成實驗并記錄實驗數(shù)據(jù).發(fā)現(xiàn)R總＝R1+R2.

教師：大家通過實驗發(fā)現(xiàn)R總＝R1+R2.真的是這樣的嗎？能否根據(jù)串聯(lián)電路中電壓以及電流的特點推導(dǎo)一下電阻特點呢？

板書：推導(dǎo)過程如圖1所示.

教師：大家通過實驗發(fā)現(xiàn)R總＝R1+R2.那為什么會這樣呢？同學(xué)們能否根據(jù)我們學(xué)過的影響電阻大小的因素來考慮一下，當(dāng)兩個電阻串聯(lián)在一起時相當(dāng)于改變了電阻的什么因素呢？

學(xué)生：思考并得出結(jié)論——長度.

PPT：出示習(xí)題

教師：板書等效電路圖的畫法（見圖2），解題過程.

總結(jié)解題思路：1畫，等效電路；2標(biāo)，標(biāo)注已知條件；3析，分析電路情況選擇合適的公式；4運算求解.

評價任務(wù)1 判斷并發(fā)展學(xué)生的論證推理與模型認(rèn)知的素養(yǎng)水平以及實驗探究水平.

3.2 酒精測試儀電路圖設(shè)計及分析

學(xué)習(xí)任務(wù)2 通過串并聯(lián)電路特點設(shè)計酒精測試儀，并畫出相應(yīng)的電路圖.通過小組互評的方式確定酒精測試儀的連接方式為兩電阻串聯(lián)，再利用電壓表或電流表完成讀數(shù).學(xué)習(xí)過程見圖3.

組內(nèi)討論畫出電路設(shè)計圖. 組間互評，修改電路設(shè)計.

教師：已知酒精氣體傳感器的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小.請同學(xué)們小組討論設(shè)計酒精測試儀，并畫出電路圖（R1為定值電阻，R2為敏感電阻）.

學(xué)生：討論后展示各組方案，見圖4.

教師：展示評價量表（如表1），請同學(xué)根據(jù)評價量表對各種方案進(jìn)行打分.

評價任務(wù)2 診斷并發(fā)展學(xué)生模型建構(gòu)的能力.依據(jù)評價量表實施組內(nèi)自評以及組間互評.

3.3 酒精測試儀電路分析及制作

學(xué)習(xí)任務(wù)3 通過查閱資料了解酒精敏感電阻的阻值范圍，并選擇合適的定值電阻以及電源，連接正確的電路并進(jìn)行測試.

PPT：有一種由酒精氣體傳感器制成的呼氣酒精測試儀，當(dāng)接觸到的酒精氣體濃度增加時，其電阻值降低，如圖5甲所示.在圖5乙所示的工作電路中，電源電壓恒為12V，定值電阻R2=20Ω.

現(xiàn)在國際公認(rèn)的酒駕標(biāo)準(zhǔn)是0.2mg/mL≤酒精氣體濃度≤0.8mg/mL，試通過計算判斷當(dāng)被測試者酒駕時，電壓表的示數(shù)范圍是多少？

學(xué)生：通過練習(xí)加深理解物理模型，掌握歐姆定律在串并聯(lián)電路中的應(yīng)用.

評價任務(wù)3 判斷并發(fā)展學(xué)生對于模型的應(yīng)用水平，同時發(fā)展學(xué)生的社會責(zé)任意識.

4 教學(xué)反思

4.1 教學(xué)設(shè)計應(yīng)以教學(xué)評一致為原則

有效教學(xué)的基本原理是要達(dá)到教學(xué)評一致.科學(xué)課中有關(guān)于物理模型的學(xué)習(xí)和應(yīng)用多以公式推導(dǎo)加習(xí)題講解為落實途徑.在本節(jié)課中，筆者嘗試了以設(shè)計酒精測試儀為核心任務(wù)進(jìn)行項目式學(xué)習(xí).在核心任務(wù)的驅(qū)動下，教師的教與學(xué)生的學(xué)高度一致，同時借助評價量表，小組自評與組間互評從而達(dá)到教學(xué)評的一致性.

4.2 教學(xué)設(shè)計應(yīng)注重整體化

與傳統(tǒng)的教師講授式為主的教學(xué)方式相比，項目式學(xué)習(xí)是從現(xiàn)實情境出發(fā)，通過設(shè)置真實性任務(wù)，將學(xué)生放置于具體的任務(wù)中.讓學(xué)生圍繞著要解決的核心問題，通過小組合作的方式體驗活動過程，找到正確的方法，學(xué)會相關(guān)的支撐性學(xué)科知識與技能.本節(jié)課就是以完成“酒精測試儀的設(shè)計”為中心任務(wù)，從新知學(xué)習(xí)到電路設(shè)計，再到應(yīng)用物理模型進(jìn)行運算.從生活中的科學(xué)到科學(xué)運用于生活，最終樹立學(xué)習(xí)中應(yīng)該獲得的正確的情感態(tài)度價值觀，充分發(fā)揮了應(yīng)用項目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng).

4.3 關(guān)于跨學(xué)科學(xué)習(xí)

本文主要是基于“歐姆定律在串并聯(lián)電路中的應(yīng)用”這一科學(xué)知識來進(jìn)行設(shè)計和落實的，實際的酒精測試儀的制作遠(yuǎn)不止對于電路的了解及應(yīng)用.在后續(xù)的教學(xué)中可以嘗試與信息技術(shù)老師跨學(xué)科合作，完成酒精測試儀的編程部分的學(xué)習(xí)以及Arduino板的使用方法學(xué)習(xí).與美術(shù)老師合作完成外觀的設(shè)計與評價.將本節(jié)課發(fā)展成為一堂跨學(xué)科學(xué)習(xí)的STEAM課程.

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