變阻器型動態電路復習的項目式教學設計與實施

林游 肖永琴

摘? ?要：以“制作光電煙霧報警器”為驅動性問題，開展初中物理“變阻器型動態電路復習”的項目式教學。學生通過完成“了解煙霧報警器原理”“制作煙霧檢測電路”“制作報警反應”“尋找更多敏感電阻的實際應用”等四個項目任務，調動內驅力，提高學習興趣，最終落實課程目標和素養目標的達成。

關鍵詞：項目式學習；初中物理；動態電路復習

項目式學習模式下的教與學作為培養學生學科核心素養的重要途徑之一，得到越來越多教育界人士的認可，在國內關于項目式學習已有得研究多集中在跨學科、多學科的領域，在綜合實踐活動、研究性活動中應用較多，但在單學科的常規課堂教學中應用得非常少[ 1 ]。而只有立足于課堂的、關注以學科為中心的、落實學科課程標準的項目式學習模式的開發和實踐，才能使項目式學習真正走進每一個教師的常態課堂，才會真正去改變學生的學習歷程。本文結合“變阻器型動態電路復習——制作光電煙霧報警器”的課例實踐，探索項目式學習如何與初中物理復習課融合。

1? 項目主題分析

課程標準要求：“理解歐姆定律。會看、會畫簡單的電路圖。會連接簡單的串、并聯電路。能說出生產生活中采用簡單串聯、并聯電路的實例，了解電路中的電流、電壓特點”[ 2 ]。變阻器型動態電路的復習課可以全面涵蓋課程標準中對電路的各項要求，傳感器在當今生產生活中應用廣泛，筆者選取學生生活中常見的，且對火災預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，正常情況下光源發出的光無法照射到傳感器。當煙霧進入盒子內部時，由于煙霧顆粒對光產生漫反射，使得部分光照到傳感器上，產生光電流輸出，光電流驅動報警電路，達到報警目的。

光電煙霧傳感器中的光傳感器即光敏電阻，是初中教學中常見的一種變阻器，但多數學生只從習題上見過。能夠親手利用它制作煙霧報警器，極大地提高了學生的學習興趣和學習熱情，運用光敏電阻制作的過程，是對電路的設計連接、電流電壓的判斷、歐姆定律的理解的綜合應用，既達成課標要求，又能幫助學生形成真實問題解決的思路方法，達成復習課素養發展的教學目標。

2? 項目教學目標

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

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

（三）從執行項目的全過程中，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）在設計報警器的過程中，形成預防火災的日常安全意識，建立正確的科學態度和社會責任感。

3? 項目任務及教學流程（見圖 2）

4? 項目實施過程及學生學習成果

4.1? 設計并制作檢測煙霧的電路

（1）設計電路

請學生設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增大；{3}畫出電路圖，并分析變化過程。）

【學生展示】學生共展示了6種不同電路設計（見圖3）

【學生評價】方案一、二、三的電路設計符合電路設計的要求。

【學生評價】方案四和方案五中，雖然能達到要求，但當滑片位于最左端時，電路會發生短路故障，所以并聯電路的方案不合適。

【教師評價】肯定學生的評價。

【學生評價】方案六，當滑片位于最左端時電路也會短路。

【學生評價】方案六，不會短路，就是電流表示數不變，但電壓表示數會變化。

【教師引導】既然大家存在分歧，不妨按這個小組同學的設計連接電路，試試看。

學生經過操作后發現，發現滑片自左向右移，電流表示數不變，電壓表示數變小。

【追問】為什么電流表示數不變呢？而電壓表示數變小呢？

學生討論后從電路分析的角度重新分析電路，并正確解釋現象。

【教師評價】方案一、二、三、六都符合電路設計要求。

（2）選擇器材

【學習支架】教師提供資料，光敏電阻有這些特性：第一，由硫化鎘等半導體材料制成；第二，其在無光照時，呈高阻狀態，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】當煙霧濃度增大，光強如何變化？光敏電阻的阻值如何變化？

【學生回答】考慮到煙霧的遮光作用，煙霧濃度增大，光強變弱，光敏電阻的阻值變大。

【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？

【學生重新評價】學生分組討論得出結論：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】電壓表示數要有明顯變化，定值電阻如何選擇？依據？（提供20 Ω ，200 Ω ，2 kΩ）

【學生回答】2 kΩ。根據串聯分壓的原理，太小的電阻分壓太少電壓變化不明顯。

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

學生畫電路圖，并實驗（見圖4）。

4.2? 設計并制作帶有鈴聲的報警反應電路

【學習支架】完成煙霧檢測電路后，需加入鈴聲的報警反應，請閱讀該型號蜂鳴器相關參數，完善電路設計并進行安裝調試。

學生畫電路圖，并實驗（見圖5）。

【學生評價】我們的產品，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報警，能否實現在煙霧較少的時候就能夠報警呢？

【學生評價】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品進行升級迭代。

【教師設疑】敏感電阻在生產生活中還有哪些實際應用？

【學生回答】電子控溫裝置、汽車地磅、汽車尾氣檢測儀等。

【教師設疑】大家課后可以嘗試用不同的敏感類電路繼續設計產品，感受半導體的神奇。

5? 項目教學反思及建議

傳統的復習課，由于學生對已經學過的知識的新鮮感下降，參與熱情低，因此本節課將項目式教學和初中物理動態電路復習相融合。從本項目的實施看，項目的驅動性問題，極大調動了學生的學習熱情，學生不僅能夠主動基于自身已有經驗構建知識網絡，以高階思維帶動低階認知[ 4 ]，部分學生還在課后繼續對敏感類電阻進行研究，制作了雨天感應關窗系統（濕度傳感器），作品獲第37屆福州市科技創新大賽二等獎。一個真實且富有挑戰性的驅動性問題，使復習課達成了知識的回顧與整合、能力的縱向深化延伸、素養的橫向發散拓展的教學目標。

基于項目式學習模式的復習課堂是否高效？傳統的動態電路復習課，在一個課時中可以完成開關類和變阻器類動態電路定性分析的復習，但在項目式學習模式下本節課只完成變阻器型動態電路的復習。然而，所謂高效課堂，應是在相同的教學時間內達成更多的教學目標，不僅讓學生建構物理觀念，更要發展學生的科學思維等，讓學科核心素養得到提升。教學的真正意義在于喚醒靈魂，只有學生真正參與課堂，學習才真實發生了。從這個角度看，本節課是高效的，雖然知識的容量上比傳統課堂要少，但落實的教學目標遠比傳統課堂多很多，表現在：源于真實情境概括出具有挑戰性的項目，培養建模意識；用已有知識設計方案并正確實施方案；基于證據對同伴的方案提出質疑和改進，建立批判性思維；學會與他人合作，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，項目式學習模式能夠讓學科核心素養顯形，很適合與初中物理復習課堂結合。

參考文獻：

［1］ 候肖，胡久華.在常規課堂教學中實施項目式學習[J].教育學報，2016（8）.

［2］ 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022版）[S].北京：北京師范大學出版社.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.學習素養視角下項目式學習特征再認識[J].福建基礎教育研究，2021（7）.