初中科學微項目式學習實踐

一、教學內容

筆者基于浙教版初中科學教材開展“自制電子秤”為項目教學探索。在本次教學中通過實驗的方式深化學生對電阻、電流、電壓間聯系的理解，并應用歐姆定律、串并聯電路中電阻關系等知識解決實際問題。

二、教學目標

1.學生能理解改變電阻的方法，設計電子秤工作電路，并掌握電路中的電流、電壓等基礎知識，以此加深對歐姆定律的理解和應用。

2.學生能根據電子秤技術信息，實現對電子秤電路的設計；掌握電路圖繪制方法，構建和了解電路物理模型，鼓勵創新思維和設計方案。

3.通過項目學習，讓學生感受科學技術應用對人類社會的便利，培養其合作與交流能力，激發其探究精神，并提升其物理學科核心素養。

三、教學重難點

教學重點：理解電子秤的工作原理，掌握電路設計的基礎知識和技能。

教學難點：設計電子秤的電路，確保電路設計的合理性和實用性，以及精確掌握和應用電路中的電流、電壓等關鍵知識點。

四、教學過程

（一）確定電子秤設計項目的教學目標

“自制電子秤”作為微項目化學習的主題之一，強調以科學學科中的物理知識核心素養培養為主導，涵蓋科學觀念、科學思維、科學探究以及科學態度和責任等多個層面。本項目以浙教版九年級上冊科學教材為載體，尤其是教材中關于電學、電磁學、光學以及化學反應等相關內容有關。本項目教學旨在通過實驗的方式，探究電流、電壓以及電阻間的聯系，深化學生對歐姆定律的理解，要求學生應用歐姆定律、串并聯電路中電阻關系展開分析，以此更好地應用歐姆定律來解決實際問題。這部分教學內容不僅是與課標要求相契合，還要讓學生踐行科學教材中的相關知識點，因此，最終的教學目標如前所述。

（二）從烘焙廚房到電子秤：真實情境中的問題凝練

微項目化學習是一種非常實用、高效的學習方式，需要讓學生置身于真實的學習情境中，因此在選擇具體情景時，任課教師需要綜合學生已有的生活經驗、學科知識等，考慮項目設計的主題和項目目標是否與之相匹配，為學生創設一個緊貼生活的教學場景。

教師：同學們，我們可能在烘焙廚房里見過那種小巧、精確的電子秤，電子秤可以讓糕點師傅精準地測量所需要的原材料。請同學們回顧我們之前研究的機械秤，與機械秤比較，電子秤具有哪些優勢呢？

學生：電子秤更加精確，讀數也更方便，還可以很容易地轉換成其他單位。

教師：沒錯，這些都是電子秤的優勢。現在我們利用所學的電路知識，思考一下如何利用電路元件，嘗試將機械秤改造成一個簡易的電子秤。

（三）繪制壓力敏感傳感器設計圖

學生1：我們需要一個可以根據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值轉變為對應的重量數據。

教師：學生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備的資料卡，請同學們在閱讀中了解電子秤的基本工作原理。

（學生閱讀資料卡的內容）

資料卡：當物體放在秤盤上時，會對傳感器產生壓力，發生形變后，改變原有電阻數值。電阻數值的變化導致電壓發生改變，產生模擬信號，后將信號放大，轉化為對應的數字信號，后由CPU進行處理，并在屏幕上顯示出來。

學生1：哇，原來電子秤的工作原理這么復雜啊！

學生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：同學們已經了解了電子秤的工作原理，現在我們面臨一個新的問題：如何利用這些原理設計一個簡易的電子秤呢？

學生1：我們需要一個因壓力數值改變電阻數值也改變的傳感器，然后設計電路來讀取這種變化，將其轉化為我們可以理解的重量數值。

教師：學生1的思路非常好，為了我們更好地完成這項任務，老師將其進行了拆解，共分為三個子任務。

（向學生展示子任務1：設計電子秤的傳感器）

教師：當物體放在秤盤上時，傳感器能夠發生形變，從而改變其電阻值。小組討論，請大家畫出一個滿足這些要求的傳感器設計圖。

（小組討論后）學生1：這是我們繪制的設計圖，當壓力增大時，傳感器的電阻會減小；反之，壓力減小時，電阻會增大。

教師：小組1的結論非常正確，那現在我們進行子任務2。

（向學生展示子任務2：設計電子秤的工作電路）

教師：在傳感器設計的基礎上，我們需要思考還需要哪些電路元件，并設計出一個簡易電子秤的工作電路圖。請大家繼續討論，并確定你們小組的最優方案。

（小組討論后）學生2：我們的設計中包含電源、傳感器、放大器和顯示器，當傳感器電阻變化時，電路中的電壓也會相應變化，這種變化會被放大器放大，并顯示在屏幕上。

教師：小組2的同學們說得非常好。

（向學生展示子任務3：介紹小組電子秤的設計方案）

教師：現在請每組的同學認真思考和討論，設計出最優電路圖，向同學們進行展示和分享，并介紹電子秤的工作原理。其他小組的同學可以根據發言小組同學的方案表達自己的想法或者提出問題。

（小組代表發言）學生3：我們小組設計的電子秤方案主要包含了傳感器模塊、信號處理模塊、顯示模塊以及電源模塊，傳感器模塊負責將物體的重量轉化為電信號，這個電信號會隨著重量的變化而變化；信號處理模塊包括一個放大器，用于將傳感器的微弱電信號進行放大，以便后續的處理和顯示；顯示模塊則是一個液晶顯示屏，可以直觀地顯示出物體的重量；電源模塊為整個系統提供穩定的工作電壓。在工作原理上，當物體放在秤盤上時，壓力會施加到傳感器上，使傳感器發生形變，從而改變其電阻值。

教師：小組3的設計方案中提到了傳感器模塊、信號處理模塊、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？

（其他同學提問或提出建議，進行交流互動）

（四）整合子任務，制訂完整的簡易電子秤設計方案

教師：同學們，我們已經完成了三個主要任務的設計工作，現在我們需要將這些設計整合起來，形成一個完整的簡易電子秤設計方案。現在請同學們和老師一起梳理剛才所提出的各種內容，完成最終的方案。

學生1：我們已經設計了傳感器和工作電路，現在需要把它們連接起來，形成一個完整的工作系統。

教師：沒錯。在我們進行這一步之前，我想請大家回顧一下資料卡中關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輸入信號即壓力變化，輸出信號則是電壓變化，這是電子秤可以顯示出重量數值的關鍵（見圖2）。

學生2：我們需要確保當壓力變化時，電路中的電壓也會相應變化，這樣我們才能通過測量電壓來得知物體的重量。

（五）從設計到現實：動手制作簡易電子秤并展示成果

教師：很好！現在，我們就根據剛才確定的設計方案動手制作。

（學生開始實施項目，教師巡回指導）

教師：同學們，你們的項目完成得怎么樣了？現在哪一小組的同學們要先展示呢？其他小組成員可以適當地提出自己的看法與建議。

（展示設計方案）學生代表1：當物體放置在秤盤上，壓力傳感器會檢測到壓力變化并轉化為電信號，信號處理電路會對這個信號進行放大和濾波，然后傳輸給微處理器進行處理，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上設計了超重報警功能，當秤盤上的物體超過一定重量時，電子秤會發出警報聲以提醒使用者目前物品已經超重。

教師：非常好，小組1的設計既有了常規的功能，又考慮到了使用時的特殊性，設計了超重報警功能。現在，請其他小組的同學對小組1的設計方案進行評價和補充。

學生代表2：我覺得小組1的設計很出色，特別是加入了超重報警功能，這在實際使用中會非常有用。但是，我想知道他們的電源模塊是如何設計的，是否考慮了節能和環保的問題。

學生代表1回應：關于電源模塊，我們采用了低功耗的芯片和元件，以減少電能的消耗。同時，我們設計了自動關機功能，如果電子秤在一段時間內沒有被使用，它會自動關閉以節省電能。

（鼓掌）教師：剛才同學們的交流非常精彩，提出的建議也很具有建設性和代表性。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計方法，還能夠從日常生活出發，思考如何提升產品的實用性和便利性。

五、教學反思

在本次“自制電子秤”項目化學習教學設計中，我結合教材內容，確立明確的學習目標和核心素養要求，即將教學重點放在深化學生對電阻、電壓、電流之間聯系的理解，以及歐姆定律的實際應用上，旨在幫助學生將抽象的物理知識與實際生活中的問題相結合，培養學生的科學探究能力和創新思維。

在教學過程中，我注重創設情境，緊密聯系學生的生活經驗，成功激發了學生的探究興趣和學習動力，利用子任務的形式逐步引導學生先設計電阻傳感器，再構建完整的工作電路，最終確定產品設計方案。這樣的遞進式設計不僅有助于學生系統地掌握知識，還提升了學生解決問題的能力。同時回顧此次教學全過程，我也發現了項目式教學方法應用中存在的問題，如部分學生在電路設計環節表現出對基礎知識掌握不夠扎實，這就要求我在課前導入或者在說明概念和原理時需要更加細致。雖然大部分學生能夠積極參與，但仍有少數學生表現得較為被動，這就要求我結合學情采用分層設計，以此來激發不同學生的學習興趣和學習動力，讓學生更好地參與到整個活動項目中，實現學生個人能力的提升。

（作者單位：溫州市甌海區外國語學校）

編輯：陳鮮艷