一、教學(xué)內(nèi)容

筆者基于浙教版初中科學(xué)教材開展“自制電子秤”為項(xiàng)目教學(xué)探索。在本次教學(xué)中通過實(shí)驗(yàn)的方式深化學(xué)生對(duì)電阻、電流、電壓間聯(lián)系的理解，并應(yīng)用歐姆定律、串并聯(lián)電路中電阻關(guān)系等知識(shí)解決實(shí)際問題。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.學(xué)生能理解改變電阻的方法，設(shè)計(jì)電子秤工作電路，并掌握電路中的電流、電壓等基礎(chǔ)知識(shí)，以此加深對(duì)歐姆定律的理解和應(yīng)用。

2.學(xué)生能根據(jù)電子秤技術(shù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子秤電路的設(shè)計(jì)；掌握電路圖繪制方法，構(gòu)建和了解電路物理模型，鼓勵(lì)創(chuàng)新思維和設(shè)計(jì)方案。

3.通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)，讓學(xué)生感受科學(xué)技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類社會(huì)的便利，培養(yǎng)其合作與交流能力，激發(fā)其探究精神，并提升其物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：理解電子秤的工作原理，掌握電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)和技能。

教學(xué)難點(diǎn)：設(shè)計(jì)電子秤的電路，確保電路設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性，以及精確掌握和應(yīng)用電路中的電流、電壓等關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。

四、教學(xué)過程

（一）確定電子秤設(shè)計(jì)項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)

“自制電子秤”作為微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的主題之一，強(qiáng)調(diào)以科學(xué)學(xué)科中的物理知識(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)為主導(dǎo)，涵蓋科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度和責(zé)任等多個(gè)層面。本項(xiàng)目以浙教版九年級(jí)上冊(cè)科學(xué)教材為載體，尤其是教材中關(guān)于電學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)等相關(guān)內(nèi)容有關(guān)。本項(xiàng)目教學(xué)旨在通過實(shí)驗(yàn)的方式，探究電流、電壓以及電阻間的聯(lián)系，深化學(xué)生對(duì)歐姆定律的理解，要求學(xué)生應(yīng)用歐姆定律、串并聯(lián)電路中電阻關(guān)系展開分析，以此更好地應(yīng)用歐姆定律來解決實(shí)際問題。這部分教學(xué)內(nèi)容不僅是與課標(biāo)要求相契合，還要讓學(xué)生踐行科學(xué)教材中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，因此，最終的教學(xué)目標(biāo)如前所述。

（二）從烘焙廚房到電子秤：真實(shí)情境中的問題凝練

微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是一種非常實(shí)用、高效的學(xué)習(xí)方式，需要讓學(xué)生置身于真實(shí)的學(xué)習(xí)情境中，因此在選擇具體情景時(shí)，任課教師需要綜合學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)、學(xué)科知識(shí)等，考慮項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主題和項(xiàng)目目標(biāo)是否與之相匹配，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)緊貼生活的教學(xué)場景。

教師：同學(xué)們，我們可能在烘焙廚房里見過那種小巧、精確的電子秤，電子秤可以讓糕點(diǎn)師傅精準(zhǔn)地測量所需要的原材料。請(qǐng)同學(xué)們回顧我們之前研究的機(jī)械秤，與機(jī)械秤比較，電子秤具有哪些優(yōu)勢(shì)呢？

學(xué)生：電子秤更加精確，讀數(shù)也更方便，還可以很容易地轉(zhuǎn)換成其他單位。

教師：沒錯(cuò)，這些都是電子秤的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在我們利用所學(xué)的電路知識(shí)，思考一下如何利用電路元件，嘗試將機(jī)械秤改造成一個(gè)簡易的電子秤。

（三）繪制壓力敏感傳感器設(shè)計(jì)圖

學(xué)生1：我們需要一個(gè)可以根據(jù)物體重量變化而變化的電阻傳感器，這樣在接通電路后可以將電阻數(shù)值轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的重量數(shù)據(jù)。

教師：學(xué)生1給出的思路非常好，為了更好地理解電子秤的工作原理，我給大家展示提前準(zhǔn)備的資料卡，請(qǐng)同學(xué)們?cè)陂喿x中了解電子秤的基本工作原理。

（學(xué)生閱讀資料卡的內(nèi)容）

資料卡：當(dāng)物體放在秤盤上時(shí)，會(huì)對(duì)傳感器產(chǎn)生壓力，發(fā)生形變后，改變?cè)须娮钄?shù)值。電阻數(shù)值的變化導(dǎo)致電壓發(fā)生改變，產(chǎn)生模擬信號(hào)，后將信號(hào)放大，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，后由CPU進(jìn)行處理，并在屏幕上顯示出來。

學(xué)生1：哇，原來電子秤的工作原理這么復(fù)雜啊！

學(xué)生2：讀完資料卡后，我明白了電子秤的工作原理（見圖1），這樣方便更好地選擇元器件。

教師：同學(xué)們已經(jīng)了解了電子秤的工作原理，現(xiàn)在我們面臨一個(gè)新的問題：如何利用這些原理設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的電子秤呢？

學(xué)生1：我們需要一個(gè)因壓力數(shù)值改變電阻數(shù)值也改變的傳感器，然后設(shè)計(jì)電路來讀取這種變化，將其轉(zhuǎn)化為我們可以理解的重量數(shù)值。

教師：學(xué)生1的思路非常好，為了我們更好地完成這項(xiàng)任務(wù)，老師將其進(jìn)行了拆解，共分為三個(gè)子任務(wù)。

（向?qū)W生展示子任務(wù)1：設(shè)計(jì)電子秤的傳感器）

教師：當(dāng)物體放在秤盤上時(shí)，傳感器能夠發(fā)生形變，從而改變其電阻值。小組討論，請(qǐng)大家畫出一個(gè)滿足這些要求的傳感器設(shè)計(jì)圖。

（小組討論后）學(xué)生1：這是我們繪制的設(shè)計(jì)圖，當(dāng)壓力增大時(shí)，傳感器的電阻會(huì)減小；反之，壓力減小時(shí)，電阻會(huì)增大。

教師：小組1的結(jié)論非常正確，那現(xiàn)在我們進(jìn)行子任務(wù)2。

（向?qū)W生展示子任務(wù)2：設(shè)計(jì)電子秤的工作電路）

教師：在傳感器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，我們需要思考還需要哪些電路元件，并設(shè)計(jì)出一個(gè)簡易電子秤的工作電路圖。請(qǐng)大家繼續(xù)討論，并確定你們小組的最優(yōu)方案。

（小組討論后）學(xué)生2：我們的設(shè)計(jì)中包含電源、傳感器、放大器和顯示器，當(dāng)傳感器電阻變化時(shí)，電路中的電壓也會(huì)相應(yīng)變化，這種變化會(huì)被放大器放大，并顯示在屏幕上。

教師：小組2的同學(xué)們說得非常好。

（向?qū)W生展示子任務(wù)3：介紹小組電子秤的設(shè)計(jì)方案）

教師：現(xiàn)在請(qǐng)每組的同學(xué)認(rèn)真思考和討論，設(shè)計(jì)出最優(yōu)電路圖，向同學(xué)們進(jìn)行展示和分享，并介紹電子秤的工作原理。其他小組的同學(xué)可以根據(jù)發(fā)言小組同學(xué)的方案表達(dá)自己的想法或者提出問題。

（小組代表發(fā)言）學(xué)生3：我們小組設(shè)計(jì)的電子秤方案主要包含了傳感器模塊、信號(hào)處理模塊、顯示模塊以及電源模塊，傳感器模塊負(fù)責(zé)將物體的重量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)會(huì)隨著重量的變化而變化；信號(hào)處理模塊包括一個(gè)放大器，用于將傳感器的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大，以便后續(xù)的處理和顯示；顯示模塊則是一個(gè)液晶顯示屏，可以直觀地顯示出物體的重量；電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓。在工作原理上，當(dāng)物體放在秤盤上時(shí)，壓力會(huì)施加到傳感器上，使傳感器發(fā)生形變，從而改變其電阻值。

教師：小組3的設(shè)計(jì)方案中提到了傳感器模塊、信號(hào)處理模塊、顯示模塊以及電源模塊，其他小組有哪些自己的想法或者建議嗎？

（其他同學(xué)提問或提出建議，進(jìn)行交流互動(dòng)）

（四）整合子任務(wù)，制訂完整的簡易電子秤設(shè)計(jì)方案

教師：同學(xué)們，我們已經(jīng)完成了三個(gè)主要任務(wù)的設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)在我們需要將這些設(shè)計(jì)整合起來，形成一個(gè)完整的簡易電子秤設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們和老師一起梳理剛才所提出的各種內(nèi)容，完成最終的方案。

學(xué)生1：我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了傳感器和工作電路，現(xiàn)在需要把它們連接起來，形成一個(gè)完整的工作系統(tǒng)。

教師：沒錯(cuò)。在我們進(jìn)行這一步之前，我想請(qǐng)大家回顧一下資料卡中關(guān)于電子秤工作原理的描述。在這段文字中，我們可以知道有一個(gè)輸入信號(hào)即壓力變化，輸出信號(hào)則是電壓變化，這是電子秤可以顯示出重量數(shù)值的關(guān)鍵（見圖2）。

學(xué)生2：我們需要確保當(dāng)壓力變化時(shí)，電路中的電壓也會(huì)相應(yīng)變化，這樣我們才能通過測量電壓來得知物體的重量。

（五）從設(shè)計(jì)到現(xiàn)實(shí)：動(dòng)手制作簡易電子秤并展示成果

教師：很好！現(xiàn)在，我們就根據(jù)剛才確定的設(shè)計(jì)方案動(dòng)手制作。

（學(xué)生開始實(shí)施項(xiàng)目，教師巡回指導(dǎo)）

教師：同學(xué)們，你們的項(xiàng)目完成得怎么樣了？現(xiàn)在哪一小組的同學(xué)們要先展示呢？其他小組成員可以適當(dāng)?shù)靥岢鲎约旱目捶ㄅc建議。

（展示設(shè)計(jì)方案）學(xué)生代表1：當(dāng)物體放置在秤盤上，壓力傳感器會(huì)檢測到壓力變化并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)處理電路會(huì)對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，然后傳輸給微處理器進(jìn)行處理，最終在顯示屏上顯示出物體的重量。此外，我們小組在原有的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了超重報(bào)警功能，當(dāng)秤盤上的物體超過一定重量時(shí)，電子秤會(huì)發(fā)出警報(bào)聲以提醒使用者目前物品已經(jīng)超重。

教師：非常好，小組1的設(shè)計(jì)既有了常規(guī)的功能，又考慮到了使用時(shí)的特殊性，設(shè)計(jì)了超重報(bào)警功能?，F(xiàn)在，請(qǐng)其他小組的同學(xué)對(duì)小組1的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和補(bǔ)充。

學(xué)生代表2：我覺得小組1的設(shè)計(jì)很出色，特別是加入了超重報(bào)警功能，這在實(shí)際使用中會(huì)非常有用。但是，我想知道他們的電源模塊是如何設(shè)計(jì)的，是否考慮了節(jié)能和環(huán)保的問題。

學(xué)生代表1回應(yīng)：關(guān)于電源模塊，我們采用了低功耗的芯片和元件，以減少電能的消耗。同時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了自動(dòng)關(guān)機(jī)功能，如果電子秤在一段時(shí)間內(nèi)沒有被使用，它會(huì)自動(dòng)關(guān)閉以節(jié)省電能。

（鼓掌）教師：剛才同學(xué)們的交流非常精彩，提出的建議也很具有建設(shè)性和代表性。通過這次的交流和討論，我看到大家不僅掌握了電子秤的基本原理和設(shè)計(jì)方法，還能夠從日常生活出發(fā)，思考如何提升產(chǎn)品的實(shí)用性和便利性。

五、教學(xué)反思

在本次“自制電子秤”項(xiàng)目化學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)中，我結(jié)合教材內(nèi)容，確立明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和核心素養(yǎng)要求，即將教學(xué)重點(diǎn)放在深化學(xué)生對(duì)電阻、電壓、電流之間聯(lián)系的理解，以及歐姆定律的實(shí)際應(yīng)用上，旨在幫助學(xué)生將抽象的物理知識(shí)與實(shí)際生活中的問題相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維。

在教學(xué)過程中，我注重創(chuàng)設(shè)情境，緊密聯(lián)系學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，成功激發(fā)了學(xué)生的探究興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，利用子任務(wù)的形式逐步引導(dǎo)學(xué)生先設(shè)計(jì)電阻傳感器，再構(gòu)建完整的工作電路，最終確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。這樣的遞進(jìn)式設(shè)計(jì)不僅有助于學(xué)生系統(tǒng)地掌握知識(shí)，還提升了學(xué)生解決問題的能力。同時(shí)回顧此次教學(xué)全過程，我也發(fā)現(xiàn)了項(xiàng)目式教學(xué)方法應(yīng)用中存在的問題，如部分學(xué)生在電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)表現(xiàn)出對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)掌握不夠扎實(shí)，這就要求我在課前導(dǎo)入或者在說明概念和原理時(shí)需要更加細(xì)致。雖然大部分學(xué)生能夠積極參與，但仍有少數(shù)學(xué)生表現(xiàn)得較為被動(dòng)，這就要求我結(jié)合學(xué)情采用分層設(shè)計(jì)，以此來激發(fā)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，讓學(xué)生更好地參與到整個(gè)活動(dòng)項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)人能力的提升。

（作者單位：溫州市甌海區(qū)外國語學(xué)校）

編輯：陳鮮艷