初中物理項目式學習對提高學生實驗技能的作用

項目式學習是一種以學生為中心的教學方法，通過設計和完成一個具體的、有目的的項目來實現教學目標。在這個過程中，學生不僅獲取和應用特定的知識與技能，更重要的是通過探索、研究、解決問題、協作與反思，發展批判性思維、創新能力和終身學習的技能。這一學習模式強調實踐與理論的結合，讓學習更加貼近生活，促進學生的全面發展。

一、項目式學習與傳統教學方法的對比（見表1）

二、項目簡介

學生正在上課時，教室突然停電，教室內電子智能黑板、空調等用電器集體“停工”，這給教學和學習帶來了很多不便。這時，有學生說，我們已經學習了關于電學的知識，是不是可以利用這些知識來給學校發電呢？這樣以后再遇到同樣的問題就不會措手不及了。于是，學生成立探究小組，開展“‘發電’的秘密”項目學習。

三、驅動問題

一級主題：我來為學校發電。

二級主題：（1）如何發電；（2）什么叫電磁感應現象；（3）電磁感應現象產生的電流叫什么電流；（4）產生感應電流的條件有哪些；（5）感應電流的方向與什么因素有關；（6）發電機將什么能轉化為電能。

四、學習目標

1.通過自主探究了解產生感應電流的條件，知道電磁感應現象。

2.通過探究磁生電的條件，進一步了解電和磁之間的相互聯系，提高觀察能力、分析概括能力和聯系簡單現象探索物理規律的能力。

3.認識自然現象之間是相互聯系的，進一步了解探索自然奧妙的科學方法。

五、教學過程

（一）通過視頻學習水力發電相關知識

師：通過剛才的視頻，我們學習了水力發電的知識。誰來介紹一下發電站發電的主要設備有哪些？

生：主要設備為水輪機和發電機。

生：視頻中的發電站現有一級水輪機三臺、二級水輪機兩臺。

師：大家說一下，視頻中的發電站是怎樣發電的？

生：水從高處流下，水的重力能轉化為動能，帶動水輪機轉動。水輪機通過連軸帶動發電線圈轉動發電的。

師：發電機的發電原理是什么？除了這種原理，還有其他的發電原理嗎？

生：發電機的發電原理是電磁感應。

師：對，我們在學習電磁感應定律時知道，當導體切割磁力線時會產生感應電動勢能。

我們今天探討的主要是電磁感應原理發電。同學們知道發電機的線圈是什么材料制成的嗎？

生：發電機的線圈是由銅線繞制成的。

師：為什么是銅，而不是其他別的材料呢？

生：銅是一種良好的導電金屬，它的電阻率低。這意味著在通過電流時，銅導體上的能量損耗較少。良好的導電性能使銅能夠高效地傳輸電流。

生：銅具有良好的熱傳導性能，這有助于線圈在運行過程中散發產生的熱量，防止過熱，提高設備的穩定性和壽命。

生：在潮濕環境下，銅因具有較好的耐腐蝕性能，這有助于保護線圈免受水分和鹽分等物質的侵蝕，延長發電機的使用壽命。

師：對，同學們概括得很好。除了以上幾個原因，銅還具有易于加工和成型的特點，可以制成各種形狀的線圈，便于與磁鐵或鐵芯配合，形成有效的磁場切割，從而產生電能。另外，從成本方面來說，雖然銅的價格較高，但是考慮到其卓越的電氣和物理性能，以及在長期運行中的高可靠性和低維護成本，銅作為發電機線圈的材料在整體上提供了良好的性價比。

師：大家知道這臺發電機產生的是直流電還是交流電嗎？

生：交流電。

師：有了以上關于發電機知識的學習，再結合大家在物理課上學習的電路知識以及電磁能知識，我們今天就一起來探究如何發電。

（二）探究發電實驗

實驗裝置基本組成：

1.磁鐵（或電磁鐵）：用于產生變化的磁場。磁鐵應該能夠容易改變磁場的強度和方向，如可以通過調整電流的方向和大小來控制。

2.線圈：由絕緣導線繞成的環形結構。線圈應該足夠大且有多個匝數，以增強電磁感應產生的電動勢。

3.開關：用來控制磁鐵與線圈之間的連接狀態，可以是一個手動開關，也可以是一個電子開關。

4.指示器（如指針式電流表）：用來顯示流經線圈的電流大小，這是觀察電磁感應效果的重要工具。

5.電源（可選）：如果需要演示磁化效應，可以使用外部直流電源給磁鐵供電，使其成為電磁鐵。

實驗步驟簡述：

1.組裝線圈：將導線繞成一個合適的線圈，并確保所有線圈均勻、緊密地排列在一起。

2.放置磁鐵：將磁鐵放置在線圈內部或外部，確保它可以產生變化的磁場。

3.連接電路：使用導線將開關與磁鐵和線圈連接起來，確保線圈的一端通過開關與磁鐵或外部電源相連。

4.操作實驗：將磁鐵移動靠近或遠離線圈，或者改變磁鐵的磁場方向（通過改變電流方向）；觀察電流指示器的變化，以驗證電磁感應現象?？梢試L試調整磁鐵的磁場強度、線圈的匝數或改變電流的頻率，以探究不同參數對電磁感應效果的影響。

注意事項：（1）確保實驗裝置的安全，避免接觸強磁場可能導致的不適。（2）使用適當的絕緣材料，確保實驗的安全性和有效性。（3）當實驗涉及電磁鐵和大電流時，注意防止電磁干擾和其他安全隱患。

實驗過程：

各組學生用自己組裝的發電實驗裝置進行實驗。在不斷探索和教師的引導下，學生設計了探究導體在磁場中運動時產生感應電流條件的裝置，并通過實驗探究得出結論（見表2）。

1.當線圈靜止時，靈敏電流計指針方向不偏轉，表示沒有電流產生。

2.當線圈向左運動時，靈敏電流計指針方向向右偏轉，表示有電流產生。

3.當線圈向右運動時，靈敏電流計指針方向向左偏轉，表示有電流產生。

4.當線圈向上運動時，靈敏電流計指針方向不偏轉，表示沒有電流產生。

5.當線圈向下運動時，靈敏電流計指針方向不偏轉，表示沒有電流產生。

師：通過剛才的實驗我們觀察到，線圈只有向左和向右運動時才有電流產生，靜止或上下運動時都沒有電流產生。那線圈向左或向右運動時，和磁割線是什么方向呢？

生：垂直方向。

師：也就是說，閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中就會產生感應電流。感應電流的方向與磁感線的方向和導體切割磁感線的方向有關。

六、學習收獲

基于法拉第電磁感應定律進行發電實驗項目的學習，對提高學生的實驗技能有重要作用。通過此類實驗，學生不僅可以深刻理解電磁感應現象背后的物理原理，還能親身實踐并掌握一系列關鍵的實驗技能。首先，這種實驗提高了學生的動手操作能力。從線圈的組裝到電流表的正確使用，每一個步驟都需要準確無誤的操作，培養了學生的細致耐心和實踐操作技巧。通過實驗觀察電流隨磁通量變化的關系，學生能夠培養數據分析能力，提高科學推理能力，學會從實驗數據中提取信息并進行合理的解釋。此外，實驗還鼓勵學生進行假設檢驗和問題解決，激發了他們的創新思維和解決問題的能力。最重要的是，基于電磁感應的實驗項目讓學生感受到了物理的魅力，增強了對科學探索的熱情和興趣，這對于培養未來的科學家、工程師和科技人才至關重要。總之，這樣的實驗項目不僅提升了學生的實驗技能，還激發了他們對科學的好奇心和探索欲，為其未來的學習打下了堅實的基礎。

七、教學總結

“‘發電’的秘密”這個課題涉及的范圍非常廣，在具體實施項目式學習時，如果不對任務進行限定，將影響教學活動的開展。本次學習基于學習過程中的事實為學生創設了一個真實的問題情境，將問題聚焦于“為學校發電”的設計及模型制作上。這是一個不僅具有真實性，而且對學生來講具有一定挑戰性和可操作性的項目，在讓學生感受到物理與技術以及現實生活關系的同時，培養了學生解決問題的能力。

項目設計部分是學生基于已有知識和能力，圍繞項目任務，通過小組合作方式進行學習的過程，充分尊重了學生學習的主體地位。通過這一學習過程，學生更深刻地理解電磁感應原理，認識到學科知識的價值，并學習如何與他人溝通合作。本次教學中利用學生在制作模型上的分歧發起討論，有利于培養學生的質疑創新思維和溝通交流能力；使用實物進行檢驗的操作，有利于學生深刻理解實驗檢驗在物理研究中的重要作用。需要說明的是，項目式學習的形式并非都是本項目所展現的課堂教學，課上、課下結合會有更好的效果。如可以將項目導入、項目展示的部分置于課堂中，而項目設計和項目實施部分交由學生課下完成。一方面，這對學生學習的自主性提出了更高的要求；另一方面，各小組的作品應該呈現出更多的獨特性。課堂教學部分的交流討論會更精彩，有利于進一步優化方案，促進學生深度學習。

項目式學習顯著提高了學生對物理概念的理解深度，使抽象的理論知識通過具體的實驗活動可視化，幫助學生建立理論與實踐之間的橋梁。學生在實踐中學會了解決問題的方法，培養了批判性思維和創新意識。長期來看，這些技能對學生未來的學業和職業發展都極為重要。

總之，初中物理項目式學習通過精心設計的實驗項目，不僅有效提升了學生的實驗技能，還促進了其學科素養的全面發展，為學生的終身學習和成長奠定了堅實的基礎。在未來的教學中，我們應繼續探索和實踐更多具有創新性的教學方法，讓物理課堂 成為激發學生興趣、啟迪學生智慧的生動課堂。

（作者單位：陜西省咸陽市實驗中學）

編輯：常超波