基于真實情境的中學物理項目式學習

摘" 要：在教學中創設真實問題情境是當前中學物理教學的重點，項目式學習強調在真實情境下設置驅動性問題，學生圍繞問題自主探究，形成作品，使學生在實踐中獲取對概念的直觀認識，提高學生的實踐能力，發揮學生的自主性與合作性，對提升學生核心素養具有重要意義。本文以“自制簡易閃光燈”為例，探討基于真實情境的項目式學習的實施路徑及意義。

關鍵詞：項目式學習；真實情境；學習路徑；閃光燈

1" 引言

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，創設情境進行教學，讓學生在實際情境中獲得解決物理問題的大量經驗，形成把情境和知識相關聯的意識和能力，對培養學生物理學科核心素養具有關鍵意義。［1］項目式學習強調把學生置于真實情境中，在分析問題、探究問題和解決問題的過程中學習隱含于問題背后的知識，提升解決問題和自主學習的能力。因此，結合真實情境下的項目式學習，是一種值得探索的中學物理教學中培養學生核心素養的教學模式。

2" 項目式學習實施路徑

項目式學習（Project-based learning，簡稱PBL）以建構主義理論為指導，學科知識為載體，從現實世界的現象或問題出發，設計驅動性任務，學生在教師的指導下，以小組合作的方式，獨立開展探究活動，最后以項目作品或知識總結的形式展示出來，最終實現對所學知識的內化、進階，并能靈活地運用所學知識解決實際問題。項目式學習以學生為中心，充分發揮學生的自主性、合作性，培養其物理學科核心素養和實驗能力。基于上述理論分析，本文提出了基于真實情境的項目式學習路徑（如圖1所示）。

3" 教學實踐

電容器是生產生活中的一種重要的電學元件，但由于電容器多存在于電器的內部電路中，學生鮮有機會直接接觸和使用電容器，缺乏感性認識和直接經驗，電容器的構造與功能對于高中的學生而言是抽象的，一定程度上增加了理解難度，而閃光燈是學生生活中常見的物品，廣泛應用于攝影、施工等領域。閃光燈的基本工作原理涉及電容器的充、放電過程，［1］在高中學生學習電容器相關知識后，通過制作閃光燈有助于其獲得直觀認識，深度掌握相關知識，提升實驗技能。

3.1" 創設真實情境 設計驅動任務

項目式學習的實施注重設置生活實際問題情境，讓學生將真實生活與教學實際相結合，選取具有生活化的、吸引學生注意力的情境，以喚起學生的生活體驗，激發探究的欲望。［2］在此情境中，設置落在學生最近發展區內的驅動性問題和任務，在解決問題和達成任務的過程中發掘和提升學生的探究能力和實驗技能。

在日常生活中，絕大部分學生使用過閃光燈，熟悉其功能，卻鮮有人知其原理。教師首先向學生分別演示利用閃光燈與不利用閃光燈進行拍照，觀察閃光燈的工作特點，并對比有無閃光燈對成像的影響以歸納閃光燈的作用，通過重現這一學生熟悉的生活情境激發學生興趣。在此基礎上，拋出學生不熟悉的關于閃光燈工作原理的問題：閃光燈為什么能夠“閃”一下就熄滅了？如何制作閃光燈？這個驅動性問題從學生熟悉的生活情境出發，卻是多數學生不曾考慮過的，容易激發學生的好奇心與求知欲，且設置的問題在學生的知識和能力范圍內能夠解決，落在學生的最近發展區內，具有現實意義。

3.2" 分組研討學習 明晰問題原理

由于學生單獨進行探究的精力和能力有限，難以高效地完成任務，這就需要分組合作。教師按照“組間同質，組內異質”的原則將學生分成若干組，在教師的引導下，各小組圍繞驅動性任務分工協作，在合作中碰撞思想、融合觀點，尋找最佳方案，同時提升合作學習的能力。

這個驅動性問題對于多數學生來說是無從下手的，教師需要在學生認知領域和待探究問題間搭建橋梁，幫助學生有效地開展探究活動。教師通過線上教學平臺發布相關資源，并設置問題進行引導：

（1）在電路未出現開路和短路的情況下，燈為什么有時候亮，有時候不亮？

（2）普通小燈泡兩端電壓未達到額定電壓時，一般較暗，但不會熄滅，什么燈只有達到一定電壓后才能導通發光？

（3）如何實現加在燈兩端的電壓循環變化？

學生通過小組合作搜集資料，進行自主學習，交流研討，教師答疑解惑，最后歸納總結出閃光燈的基本原理。

現實中的閃光燈種類繁多，內部原理也不盡相同，但都可以簡化為如圖2所示的電路圖。

閃光燈電路通常由電源E、電阻R、電容器C和當正向電壓大于死區電壓才能導通的發光二極管LED組成。電路接通后，電源E開始對電容器C充電，當電容器兩端電壓達到發光二極管的導通電壓Umax時，發光二極管導通發光。此時發光二極管視為電阻RL，電容器對RL放電，當電容器兩端電壓下降到Umin，發光二極管將不再導通，相當于開路，電源E通過電阻R對電容器充電，直到電容器兩端電壓達到Umax，發光二極管再次導通發光，重復上述過程，實現“閃光”的功能。［3］

經過該環節的學習，學生對電容器的充、放電過程以及二極管的工作特性等相關概念有了更深入的認識，明晰了所探究問題的原理，并且提升了與他人合作的能力、信息檢索與整合的能力和應用信息技術的能力。

3.3" 自主設計制作 形成項目成果

在該環節中，各組學生分工協作，自主設計制作簡易閃光燈，并制作說明書，用于說明其原理與使用方法。教師應幫助學生合理規劃探究計劃，監督各小組活動進程，確保每個學生積極參與，指導學生遇到的困難問題，以及提供必要的軟硬件支持。引導學生在自主合作探究式的實踐性學習活動中持續進行知識與能力的建構，培養學生核心素養，促進學生深度學習的發生。［4］在該環節中，將驅動性任務分為原理圖設計和制作實踐兩個子任務進行。

3.3.1" 原理圖設計

在明晰閃光燈原理的基礎上，教師提供資料，引導學生自主學習電子設計的基礎知識，合作設計出自制簡易閃光燈原理圖（如圖3所示），并解釋其原理以撰寫說明書。

原理：電路圖中兩個NPN型三極管的基極都通過一個33KΩ電阻連接到供電正極，當電路接通電源，三極管的基極電壓相對于集電極電壓達到一定條件時電路導通，但由于元器件間存在微小的差異，只有一個三極管最先導通。假設Q1最先導通，集電極和發射極相當于短路，兩者間電勢差趨于0，則D1被點亮，電容C1的左端接近零電壓，由于電容器兩端的電壓不能突變，所以Q2的基極也接近零電壓，使Q2截止，集電極和發射極不導通，D2不亮。隨著電源通過電阻R2對C1的充電，使三極管Q2的基極電壓逐漸升高，當超過0.6V時，Q2由截止狀態變為導通狀態，Q2的集電極電壓下降，D2被點亮。與此同時，三極管Q2的集電極電壓的下降通過電容C2的作用使三極管Q1的基極電壓也下降，Q1由導通狀態變為截止狀態，D1熄滅。如此循環，電路中兩個三極管便輪流導通和截止，兩個發光二極管就交替發光。

3.3.2" 制作實踐

學生根據原理圖和實驗材料開始制作簡易閃光燈。在制作過程中，教師提醒學生實驗要點與注意事項，確保實驗安全進行。制作完成后，教師指導學生進行成品測試與調整，以達到理想的實驗效果。

制作簡易閃光燈所需的元件如圖4所示：510Ω電阻×2，33kΩ電阻×2，9014三極管×2，22μF電解電容×2，5mm藍色LED×2，公—母杜邦線×2和PBC板×2。如圖5所示，指導學生依據原理圖在電路板上設計美觀可行的電路，并進行電路焊接。連接6V的電源（如圖6所示），并進行測試。實驗可達到兩個LED交替閃爍的效果，如圖7、8所示，測試成功后，完成實驗成品，進行實驗總結與反思。

3.4" 匯報交流作品" 評價升華總結

各組學生在作品完成后，根據本組的成果制作PPT進行展示匯報，說明本組的設計理念、制作原理、核心要點、團隊管理以及如何解決遇到的問題等。結合小組完成的作品與匯報情況等方面進行綜合評價，分為小組自評、小組互評和教師評價三部分。在評價時，教師鼓勵學生暢所欲言，勇于表達自己的觀點和傾聽他人的觀點，給予他人適當的、具有創造性的改進意見。小組根據評估反饋的結果反思交流，做出改進，實現自我反思與他人觀點的有效融合，同時提升學生的評價能力。

教師最后對項目整體實施過程升華總結，整合知識框架，凝練學生的思想與觀點，做出如表1所示的綜合評價。通過設計制作的過程，學生整體達成如表2所示的能力。

2. 通過互相交流評價，能準確表達自己的見解、傾聽吸收他人的觀點，能準確評估、反思自己與他人的成果，提出客觀的、有價值的建議。

4" 總結

教學中教師不能僅“灌輸”知識，學生一味地被動接受知識，這將導致學生缺乏學習的主動性，失去學習的興趣。在信息爆炸式增長的時代，學習方式應發生改變，項目式學習鼓勵學生應用信息技術主動獲取信息，自主設計方案與制作作品，合作交流學習，在學習中培養學生思維能力，提升核心素養，以適應時代要求。因此，在新時代背景下，項目式學習模式值得教師去嘗試與完善。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：9-11.

［2］賈建鋒，張麗騰，張蘭霞.PBL教學模式中問題情境的設計與實施［J］.山西高等學校社會科學學報，2021，33（7）：63-66.

［3］孫振偉.閃光燈的電路模型及其工作原理［J］.電大理工，2005（2）：23-25.

［4］姜爽.深度學習理念下物理學科項目式學習路徑設計——以“創意吉他制作”為例［J］.物理教師，2022，43（2）：34-38.