初中科学微项目式学习实践

一、教学内容

笔者基于浙教版初中科学教材开展“自制电子秤”为项目教学探索。在本次教学中通过实验的方式深化学生对电阻、电流、电压间联系的理解，并应用欧姆定律、串并联电路中电阻关系等知识解决实际问题。

二、教学目标

1.学生能理解改变电阻的方法，设计电子秤工作电路，并掌握电路中的电流、电压等基础知识，以此加深对欧姆定律的理解和应用。

2.学生能根据电子秤技术信息，实现对电子秤电路的设计；掌握电路图绘制方法，构建和了解电路物理模型，鼓励创新思维和设计方案。

3.通过项目学习，让学生感受科学技术应用对人类社会的便利，培养其合作与交流能力，激发其探究精神，并提升其物理学科核心素养。

三、教学重难点

教学重点：理解电子秤的工作原理，掌握电路设计的基础知识和技能。

教学难点：设计电子秤的电路，确保电路设计的合理性和实用性，以及精确掌握和应用电路中的电流、电压等关键知识点。

四、教学过程

（一）确定电子秤设计项目的教学目标

“自制电子秤”作为微项目化学习的主题之一，强调以科学学科中的物理知识核心素养培养为主导，涵盖科学观念、科学思维、科学探究以及科学态度和责任等多个层面。本项目以浙教版九年级上册科学教材为载体，尤其是教材中关于电学、电磁学、光学以及化学反应等相关内容有关。本项目教学旨在通过实验的方式，探究电流、电压以及电阻间的联系，深化学生对欧姆定律的理解，要求学生应用欧姆定律、串并联电路中电阻关系展开分析，以此更好地应用欧姆定律来解决实际问题。这部分教学内容不仅是与课标要求相契合，还要让学生践行科学教材中的相关知识点，因此，最终的教学目标如前所述。

（二）从烘焙厨房到电子秤：真实情境中的问题凝练

微项目化学习是一种非常实用、高效的学习方式，需要让学生置身于真实的学习情境中，因此在选择具体情景时，任课教师需要综合学生已有的生活经验、学科知识等，考虑项目设计的主题和项目目标是否与之相匹配，为学生创设一个紧贴生活的教学场景。

教师：同学们，我们可能在烘焙厨房里见过那种小巧、精确的电子秤，电子秤可以让糕点师傅精准地测量所需要的原材料。请同学们回顾我们之前研究的机械秤，与机械秤比较，电子秤具有哪些优势呢？

学生：电子秤更加精确，读数也更方便，还可以很容易地转换成其他单位。

教师：没错，这些都是电子秤的优势。现在我们利用所学的电路知识，思考一下如何利用电路元件，尝试将机械秤改造成一个简易的电子秤。

（三）绘制压力敏感传感器设计图

学生1：我们需要一个可以根据物体重量变化而变化的电阻传感器，这样在接通电路后可以将电阻数值转变为对应的重量数据。

教师：学生1给出的思路非常好，为了更好地理解电子秤的工作原理，我给大家展示提前准备的资料卡，请同学们在阅读中了解电子秤的基本工作原理。

（学生阅读资料卡的内容）

资料卡：当物体放在秤盘上时，会对传感器产生压力，发生形变后，改变原有电阻数值。电阻数值的变化导致电压发生改变，产生模拟信号，后将信号放大，转化为对应的数字信号，后由CPU进行处理，并在屏幕上显示出来。

学生1：哇，原来电子秤的工作原理这么复杂啊！

学生2：读完资料卡后，我明白了电子秤的工作原理（见图1），这样方便更好地选择元器件。

教师：同学们已经了解了电子秤的工作原理，现在我们面临一个新的问题：如何利用这些原理设计一个简易的电子秤呢？

学生1：我们需要一个因压力数值改变电阻数值也改变的传感器，然后设计电路来读取这种变化，将其转化为我们可以理解的重量数值。

教师：学生1的思路非常好，为了我们更好地完成这项任务，老师将其进行了拆解，共分为三个子任务。

（向学生展示子任务1：设计电子秤的传感器）

教师：当物体放在秤盘上时，传感器能够发生形变，从而改变其电阻值。小组讨论，请大家画出一个满足这些要求的传感器设计图。

（小组讨论后）学生1：这是我们绘制的设计图，当压力增大时，传感器的电阻会减小；反之，压力减小时，电阻会增大。

教师：小组1的结论非常正确，那现在我们进行子任务2。

（向学生展示子任务2：设计电子秤的工作电路）

教师：在传感器设计的基础上，我们需要思考还需要哪些电路元件，并设计出一个简易电子秤的工作电路图。请大家继续讨论，并确定你们小组的最优方案。

（小组讨论后）学生2：我们的设计中包含电源、传感器、放大器和显示器，当传感器电阻变化时，电路中的电压也会相应变化，这种变化会被放大器放大，并显示在屏幕上。

教师：小组2的同学们说得非常好。

（向学生展示子任务3：介绍小组电子秤的设计方案）

教师：现在请每组的同学认真思考和讨论，设计出最优电路图，向同学们进行展示和分享，并介绍电子秤的工作原理。其他小组的同学可以根据发言小组同学的方案表达自己的想法或者提出问题。

（小组代表发言）学生3：我们小组设计的电子秤方案主要包含了传感器模块、信号处理模块、显示模块以及电源模块，传感器模块负责将物体的重量转化为电信号，这个电信号会随着重量的变化而变化；信号处理模块包括一个放大器，用于将传感器的微弱电信号进行放大，以便后续的处理和显示；显示模块则是一个液晶显示屏，可以直观地显示出物体的重量；电源模块为整个系统提供稳定的工作电压。在工作原理上，当物体放在秤盘上时，压力会施加到传感器上，使传感器发生形变，从而改变其电阻值。

教师：小组3的设计方案中提到了传感器模块、信号处理模块、显示模块以及电源模块，其他小组有哪些自己的想法或者建议吗？

（其他同学提问或提出建议，进行交流互动）

（四）整合子任务，制订完整的简易电子秤设计方案

教师：同学们，我们已经完成了三个主要任务的设计工作，现在我们需要将这些设计整合起来，形成一个完整的简易电子秤设计方案。现在请同学们和老师一起梳理刚才所提出的各种内容，完成最终的方案。

学生1：我们已经设计了传感器和工作电路，现在需要把它们连接起来，形成一个完整的工作系统。

教师：没错。在我们进行这一步之前，我想请大家回顾一下资料卡中关于电子秤工作原理的描述。在这段文字中，我们可以知道有一个输入信号即压力变化，输出信号则是电压变化，这是电子秤可以显示出重量数值的关键（见图2）。

学生2：我们需要确保当压力变化时，电路中的电压也会相应变化，这样我们才能通过测量电压来得知物体的重量。

（五）从设计到现实：动手制作简易电子秤并展示成果

教师：很好！现在，我们就根据刚才确定的设计方案动手制作。

（学生开始实施项目，教师巡回指导）

教师：同学们，你们的项目完成得怎么样了？现在哪一小组的同学们要先展示呢？其他小组成员可以适当地提出自己的看法与建议。

（展示设计方案）学生代表1：当物体放置在秤盘上，压力传感器会检测到压力变化并转化为电信号，信号处理电路会对这个信号进行放大和滤波，然后传输给微处理器进行处理，最终在显示屏上显示出物体的重量。此外，我们小组在原有的基础上设计了超重报警功能，当秤盘上的物体超过一定重量时，电子秤会发出警报声以提醒使用者目前物品已经超重。

教师：非常好，小组1的设计既有了常规的功能，又考虑到了使用时的特殊性，设计了超重报警功能。现在，请其他小组的同学对小组1的设计方案进行评价和补充。

学生代表2：我觉得小组1的设计很出色，特别是加入了超重报警功能，这在实际使用中会非常有用。但是，我想知道他们的电源模块是如何设计的，是否考虑了节能和环保的问题。

学生代表1回应：关于电源模块，我们采用了低功耗的芯片和元件，以减少电能的消耗。同时，我们设计了自动关机功能，如果电子秤在一段时间内没有被使用，它会自动关闭以节省电能。

（鼓掌）教师：刚才同学们的交流非常精彩，提出的建议也很具有建设性和代表性。通过这次的交流和讨论，我看到大家不仅掌握了电子秤的基本原理和设计方法，还能够从日常生活出发，思考如何提升产品的实用性和便利性。

五、教学反思

在本次“自制电子秤”项目化学习教学设计中，我结合教材内容，确立明确的学习目标和核心素养要求，即将教学重点放在深化学生对电阻、电压、电流之间联系的理解，以及欧姆定律的实际应用上，旨在帮助学生将抽象的物理知识与实际生活中的问题相结合，培养学生的科学探究能力和创新思维。

在教学过程中，我注重创设情境，紧密联系学生的生活经验，成功激发了学生的探究兴趣和学习动力，利用子任务的形式逐步引导学生先设计电阻传感器，再构建完整的工作电路，最终确定产品设计方案。这样的递进式设计不仅有助于学生系统地掌握知识，还提升了学生解决问题的能力。同时回顾此次教学全过程，我也发现了项目式教学方法应用中存在的问题，如部分学生在电路设计环节表现出对基础知识掌握不够扎实，这就要求我在课前导入或者在说明概念和原理时需要更加细致。虽然大部分学生能够积极参与，但仍有少数学生表现得较为被动，这就要求我结合学情采用分层设计，以此来激发不同学生的学习兴趣和学习动力，让学生更好地参与到整个活动项目中，实现学生个人能力的提升。

（作者单位：温州市瓯海区外国语学校）

编辑：陈鲜艳