原始物理問題下的項目式學習
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摘要：在物理教學中滲透原始物理問題教學，可以提高學生解決真實問題的能力。項目式學習使學生主動搜集、獲取需要的知識，有效解決出現(xiàn)在項目中的問題，從而實現(xiàn)有意義的學習。通過介紹基于原始物理問題的項目式學習流程，并運用這種策略改進教學，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：原始物理問題；項目式學習；交流思辨；實踐創(chuàng)新
原始物理問題指對自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理現(xiàn)象的描述。原始物理問題不同于一般物理習題，它是在真實生活情境中存在的原汁原味且有價值的問題，沒有明確的已知量和未知量，解決問題所需的條件需要學生自己提取或設(shè)定[1]?，F(xiàn)象是物理學之源，在生產(chǎn)生活或自然環(huán)境中，能夠反映科學概念、規(guī)律本質(zhì)的現(xiàn)象客觀存在，對這些尚未被加工的科學現(xiàn)象或事實進行描述，就能夠產(chǎn)生原始物理問題[2]。項目式學習(Project-basedLearning，PBL)是一種圍繞項目組織學習的模式，即學生以小組為單位圍繞某一個真實的主題，利用各種認知工具進行調(diào)查、資料搜集、分析研究，最終展示自己的研究成果，并在動手實踐、思考內(nèi)化和探索創(chuàng)新中掌握知識、培養(yǎng)技能并獲得全面發(fā)展[3]?；谠嘉锢韱栴}的學習項目可以由教師根據(jù)教材內(nèi)容，聯(lián)系生產(chǎn)生活精心設(shè)計，也可以是教學過程中生成的疑難問題。下面通過“電風扇著火”探究項目來說明這種項目式學習的流程。
一、項目背景
在電學復習課上，教師讓學生列舉電流熱效應的應用與危害。一名學生提出：曾在電視上看過報道，一戶人家忘了關(guān)電風扇，結(jié)果造成嚴重的火災，這是不是熱效應引起的？由于不清楚火災發(fā)生的過程，教師一時也無法判斷它是否屬于電流的熱效應，于是決定將其作為一個探究項目，組織幾名學有余力的學生去完成。
二、過程設(shè)計
1.辨別真?zhèn)翁岢鰡栴}首先要確定這則新聞的真實性。提出問題的學生下載題為《安全第一：小心電風扇起火》的視頻，項目組成員一起觀看。視頻中介紹：起火的電風扇是由于長期缺乏養(yǎng)護，轉(zhuǎn)動不暢導致的。有學生繼而提出：為什么轉(zhuǎn)動不暢會導致電動機燒壞？電動機轉(zhuǎn)動不暢與正常轉(zhuǎn)動有什么樣的區(qū)別？
2.猜想假設(shè)設(shè)計方案有學生結(jié)合所學知識做出假設(shè)：可能是轉(zhuǎn)動不暢時，通過電動機的電流比正常工作時大很多，根據(jù)焦耳定律，電動機會過度發(fā)熱而被燒壞。也有學生提出異議：電動機的電阻又不會改變，通過的電流怎么會變？在教師的啟發(fā)下，有學生提出方案：可用實驗比較電動機正常工作與轉(zhuǎn)動不暢時的電流大小。經(jīng)過討論，學生設(shè)計了圖1所示的電路。
3.實驗操作收集證據(jù)在教師的指導下，學生使用電源(3V)、玩具電動機(3V)、電流表按圖進行模擬探究。閉合開關(guān)后，電動機正常轉(zhuǎn)動，此時電流表讀數(shù)為0.6A；用手按住玩具電動機的轉(zhuǎn)子，阻礙轉(zhuǎn)動，這時電流表讀數(shù)為6.2A。換用其他型號的電動機進行實驗也得到了相似的數(shù)據(jù)。在教師的提示下，學生還發(fā)現(xiàn)電動機卡住時，用手觸摸電動機的外殼，會發(fā)現(xiàn)溫度上升。
4.交流討論思辨釋疑通過實驗，小組學生初步得出結(jié)論：電動機卡住不動時的電流比正常工作時大許多，并且使電動機迅速發(fā)熱，故一致認為“電風扇著火”的確是由于電流的熱效應引起的。但為什么兩種情況下電流相差這么大？教師點撥：在正常轉(zhuǎn)動時，電流通過電動機做功將電能主要轉(zhuǎn)化為機械能，而在卡住不動時，無法實現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)化，但消耗的能量總是要有去處的，于是它就只能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，便發(fā)熱了。此外，歐姆定律只適用于純電阻電路，即電能只轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路，而對于電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的非純電阻電路則不適用。也就是說，電動機卡住不動時屬于純電阻電路，而在正常轉(zhuǎn)動時則屬于非純電阻電路，所以此時歐姆定律是不適用的。事實上，電動機轉(zhuǎn)動時除了線圈的電阻對電流有阻礙外，由于轉(zhuǎn)動時線圈也在磁場中做切割磁感線運動，線圈中會產(chǎn)生反向的感應電流，因此正常轉(zhuǎn)動時線圈對電流的阻礙作用要大于卡住不動時。學生質(zhì)疑：就算電動機卡住不動時，電能不能轉(zhuǎn)化為機械能，而是全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，也不至于燒壞吧？畢竟玩具電動機的功率也不大呀？教師釋疑：上面實驗中電動機卡住不動時的發(fā)熱功率約為P=UI=3V×6.2A=18.6W，相當于一只電烙鐵的發(fā)熱功率，可以借助Q=cmΔt估算一下它的溫升是多少。
5.反思評估遷移創(chuàng)新教師啟發(fā)：視頻中的電風扇由于長期缺乏養(yǎng)護，導致轉(zhuǎn)動不暢，迫使電能大部分向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，最終導致火災的發(fā)生。能不能想辦法避免這種情況？小組討論：強制報廢；定期維護，確保轉(zhuǎn)動靈活；及時關(guān)閉電源……教師點撥：這幾種方法都是從使用維護的角度考慮的，能不能從產(chǎn)品設(shè)計上預防這種情況的發(fā)生，例如給電動機加保護裝置？小組討論：根據(jù)電動機卡住不動時電流較大的特點，可將額定電流略大于電動機正常工作電流的熔絲串聯(lián)在電路中，一旦電動機運轉(zhuǎn)不暢，熔絲就會熔斷。教師點撥：這個思路看上去不錯，但是電動機空轉(zhuǎn)與有負載運轉(zhuǎn)的工作電流是不同的，并且電流會隨所帶負載的不同而發(fā)生較大的變化。大家可以用模擬實驗探究一下。學生以玩具電動機為實驗對象，通過實驗變速箱吊起不同的重物，發(fā)現(xiàn)吊起的重物越重，電流越大。教師點撥：事實上，電動機啟動時的電流也比較大，因此串聯(lián)熔絲的方案不能有效解決問題。小組討論：可以在電動機溫度升高到一定程度時，讓電路自動斷開。教師點撥：具備這樣功能的裝置有雙金屬片、溫度保險絲、熱敏電阻等，大家可以查閱資料了解一下，還可以實際模擬制作一個能進行超溫保護的電動機。小組進行梳理總結(jié)，并對全班學生展示匯報。
三、結(jié)語
本次項目式學習以生活中真實的問題——“電風扇著火”為出發(fā)點，讓學生進行資料搜集、分析研究、模擬實驗、探究創(chuàng)新，并最終展示自己的研究成果。整個過程中，教師的作用是通過觀察、指導，使項目式學習朝著正確的方向進行。物理與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，只要教師善于發(fā)現(xiàn)、挖掘，就可以產(chǎn)生很多基于原始物理問題的學習項目，例如對無錫312國道錫港路上跨橋橋面?zhèn)确鹿?、家用除濕機與空調(diào)除濕的異同、微波爐中的物理知識、“貓眼”門鏡的原理、家庭暗敷電路的組成等的物理探究。項目可大可小，但是都包含了物理原始問題與項目式學習的要素?；谠嘉锢韱栴}的項目式學習過程中涉及的一些知識可能會超出新課程標準的要求，也不是考試所要求的，但是對于激發(fā)求知欲望、拓展知識視野卻是非常重要的。對此，蘇霍姆林斯基曾說：“教師在教學中要敢于鼓勵學生‘超大綱’?！盵4]在物理教學中適當滲透基于原始物理問題的項目式學習，有利于緩解過于注重紙筆測試、造成高分低能的問題。楊雁斌曾在著作中指出：重要的不是獲得知識，而是發(fā)展思維能力，教育無非是將一切已學過的東西都遺忘時所剩下來的東西[5]。在項目式學習過程中，學生通過各種認知手段加深了對已有知識的理解，提高了在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，增強了合作交流、實踐創(chuàng)新的意識?？梢哉f，基于原始物理問題的項目式學習真正落實了培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)，留給學生更多能終身受益的“剩下的東西”。
參考文獻
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[2]邢紅軍.原始物理問題教學研究[M].北京:北京師范大學出版社,2017:4-8.
[3]陳星，施丹萍.基于項目的學習教學案例設(shè)計:以《植物的采集與標本的制作》活動為例[J].中學生物學,2017(7):42.
[4]B.A.蘇霍姆林斯基.給教師的建議[M].北京:教育科學出版社,1984:274.
[5]楊雁斌.創(chuàng)新思維法[M].上海:華東理工大學出版社,2002(2):25.
作者：王乃東 單位：江蘇省鹽城市鹽都區(qū)教師發(fā)展中心