基于项目式学习的初中物理单元复习教学设计①——以“电磁转换”为例

周 洁

(江苏省江阴初级中学,江苏 无锡 214442)

如何让复习课不再是学生原有知识的重复、零碎知识的叠加,而是单元知识的归纳整理、核心知识的关联进阶?基于项目式学习的单元复习,有助于实现零碎知识的有机整合,[1]凸显高阶思维的特征,同时引导学生学以致用,在实际问题解决中提高核心素养。

1 基于项目式学习的内容分析与教学目标确定

1.1 内容分析

“电磁转换”这一单元是苏科版物理九年级下册第十六章的内容,是在学习电功和电热后,对电学现象的进一步探索,同时让学生明白电和磁有着密切的联系。本单元在新课教学时,旨在通过四个实验探究活动和两个学生实验,让学生达成以下学习目标:认识磁场、知道地磁场;了解电流周围的磁场及通电螺线管外部的磁场方向;了解通电导线在磁场中会受到力的作用,并知道力的方向的影响因素;知道导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。由于概念较多,作为单元复习,很适合用项目式学习的方式,提纲挈领地将零碎知识结构化,这样便于学生找到核心概念以及关联,实现本章知识的总结和迁移。

1.2 学情分析

本章内容从学生熟悉的磁体入手,学生学习的兴趣很浓,但由于初中生空间想象能力相对较弱,而磁场的概念又比较抽象,所以认识磁场是个难点。又因为“电流的磁效应”“磁场对电流的作用”“电磁感应”这三个实验探究的装置有很多相似之处,学生学完这一单元后,对“电流的磁效应”“磁场对电流的作用”“电磁感应”这三大概念理解不清,容易将与此对应的三个实验张冠李戴,难以准确辨析。因此,在单元复习过程中,用项目引导学生解决实际问题,让学生将核心知识在情境中再建构、再应用,实现学习者的心智转换。[2]

1.3 教学目标

(1) 物理观念

“场”是物理学中一个很重要的概念,而且对磁场的正确认识是本章后面几节内容的基础,所以需要引导学生正确认识磁场的基本性质,建构磁场概念。本章内容隶属于课程内容中的一级主题“运动与相互作用”,所以在单元复习时,需要引导学生用运动与相互作用观念去理解本章知识。

(2) 科学思维

磁场看不见、摸不着,从磁场基本性质入手,通过转换法有助于学生认识磁场;为了描述磁场,引导学生建构“磁感线”模型,让学生体会模型分析带来的便利。本章的实验器材有很多相似之处,本单元复习也会多次采用比较法、归纳法等,以培养学生的模型建构、科学推理、科学论证等能力。

(3) 科学探究

通过“远距离控制车库道闸”任务展开项目式学习,进行单元复习,先后涉及三个具体任务,分别是电磁继电器工作电路实物模型的连接、直流电动机模型的安装、发电机和灵敏电流计的奥秘探寻。学生分组设计探究方案,进行实践操作,收集与处理信息,与他人交流并发表自己的观点,培养质疑创新能力,体验科学探究的乐趣。

(4) 科学态度与责任

学生在单元复习中能体验到科学探究的艰辛与不易,逐渐形成自然界现象之间是相互联系的科学观念,激发学生尝试运用实验的方法探索自然界奥秘的兴趣,养成科学态度和责任。

2 基于项目式学习的教学设计

2.1 寻找核心知识

常规的单元复习,通常是按照章节顺序,复习每一小节的知识点,这样复习带来的问题是学生对所学习的内容没有整体感,一旦碰到具体的情境,很难灵活应用。项目式学习聚焦概念的深层次理解和迁移,需要设计者关注从核心概念到关键概念再到具体概念的一整套知识体系。

世界是物质的,磁极间的相互作用、奥斯特实验中小磁针的偏转、电动机的转动等都涉及物质间的相互作用,所以本单元的重要任务是促进学生形成运动和相互作用观念。而发生作用的本质就是因为磁场对放入其中的磁体和电流有力的作用,所以磁场是本单元的关键概念,单元复习时需要引导学生认识磁场的本质特征,在不同情境中丰富对磁场的认识。站在这样的高度去看本单元的知识点,它们之间自然就有了联系,学生很容易将零碎知识串联起来(图1)。

图1

2.2 设计驱动性问题

驱动性问题的设计应指向物理观念,让学生在解决实际问题的过程中感受到学习物理是有用的。为了保障学生安全,学校在车库旁装有一个道闸(图2),实行人车分流,但随之带来了问题,每当课间跑操的时候,体育老师都要从较远的办公楼跑过来打开道闸让学生通过,这样很不方便。能否设置一个远程控制装置,让体育老师在办公室就可以打开道闸,这就成了本单元复习课的驱动性问题,这个问题的解决涉及磁场、电磁继电器电路的设计与连接、电动机的原理与连接等,是将本章知识有效关联的载体。

图2

2.3 培养高阶认知

2.3.1 问题解决与决策

电磁继电器可以实现远程控制,这是学生的低阶知识储备。通过小组讨论,学生决定使用电磁继电器,帮助体育老师实现在办公室远程控制道闸。虽然学生能顺利完成电路图的设计,但要在模拟板上连接实物,这对学生的模型建构能力提出了挑战,需要学生仔细研究电磁继电器的结构(图3),知道哪些接线柱需要连入控制电路,哪些是连入工作电路的,为后续的操作做好准备。道闸通过电动机来控制,从安全使用的角度,学生选择了玩具直流电动机控制道闸,然后依次连接低压控制电路和高压工作电路。由于实物模拟中的闸杆是用泡沫板制作的,尽管直流电动机功率小,但闸杆抬起的速度依然较快,容易损坏,于是,学生通过改进、调试,在工作电路中串联滑动变阻器来优化设计,最终完成项目任务(图4)。整个问题解决与决策的过程是一个使用高阶认知策略的过程,能有效培养学生的解释、交流、反思、应用等科学探究能力。

图3

图4

2.3.2 科学推理与比较

学生参与项目的积极性特别高,利用问题链可启发学生深入思考,问题链是由低阶认知螺旋上升到高阶认知的钥匙。因此,用问题链贯穿整个单元,运用科学推理,聚焦磁场的基本性质;结合图形比较,归纳实验及其装置的异同。最后,电流计的原理是本章复习的拓展延伸,引导学生从表象走向本质,需要学生运用逻辑推理,由指针偏转到线圈受力,再到通电线圈在磁场中受力,最后指向感应电流的产生,这是评价学生对于物理概念掌握情况的依据。因此,通过闭环式的问题链设计(图5),能培养学生的科学推理、科学论证能力,同时给学生呈现了本章知识之间的内在联系,学生能深刻感受电与磁之间的联系,形成自然现象之间是相互联系的科学观。

图5

2.3.3 实验探究与创新

苏科版初中物理教材在本章第四节安排了一个学生实验:安装直流电动机模型,能够让学生进一步认识电动机的原理,单元复习课应在原有基础上进行提升与创新。在课堂上让学生拆卸玩具电动机,了解其内部结构,并与图6作对比,在实物中准确找到换向器和电刷,同时提出新问题:如果没有换向器,能否实现通电线圈的连续转动?以此培养学生的创新实践能力。

图6

在学生分组活动中,老师提供漆包线绕制成的线圈、铜支架、磁体等,让学生制作没有换向器的简易直流电动机。经过反复实验,学生发现用砂纸将线圈两端的漆包线一边全部刮去,一边刮去一半,可以实现线圈连续转动。同时,他们还利用自制的装置,借助灵敏电流计,转动线圈时成功产生了感应电流(图7),亲身体验两个实验装置的异同,深刻感受电动机和发电机之间的区别和联系,用能量观念认识自然现象之间的联系。

3 教学反思

本单元复习课运用项目式学习方式,使复习更具有大局观、整体观。驱动性问题贴近学生的生活实际,设计的起点较低,能激发学生的学习热情。但是,该驱动性问题仍有一定的局限性,例如利用电磁继电器实现远程控制,大都是用低电压、弱电流控制高电压、强电流的电路,而我们在用模拟板仿真演示时,从安全的角度只能选择玩具电动机,导致控制电路的电压比工作电路中的电源电压还要大,对学生已有的认知会产生一定的干扰,还需进一步优化。

4 结语

项目式学习是学生能力的培养与学科知识的习得相兼容的一种学习方式,是落实物理核心素养的有效途径。尽管一节课不能显著提高学生的核心素养,但只要教师在平常教学中持之以恒,一定会促进学生核心素养的提升。