原始物理問題下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)
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摘要：在物理教學(xué)中滲透原始物理問題教學(xué)，可以提高學(xué)生解決真實(shí)問題的能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)使學(xué)生主動搜集、獲取需要的知識，有效解決出現(xiàn)在項(xiàng)目中的問題，從而實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)。通過介紹基于原始物理問題的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)流程，并運(yùn)用這種策略改進(jìn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：原始物理問題；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；交流思辨；實(shí)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(xí)題，它是在真實(shí)生活情境中存在的原汁原味且有價(jià)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(xué)生自己提取或設(shè)定[1]?，F(xiàn)象是物理學(xué)之源，在生產(chǎn)生活或自然環(huán)境中，能夠反映科學(xué)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(xué)現(xiàn)象或事實(shí)進(jìn)行描述，就能夠產(chǎn)生原始物理問題[2]。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)(Project-basedLearning，PBL)是一種圍繞項(xiàng)目組織學(xué)習(xí)的模式，即學(xué)生以小組為單位圍繞某一個(gè)真實(shí)的主題，利用各種認(rèn)知工具進(jìn)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(shí)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]。基于原始物理問題的學(xué)習(xí)項(xiàng)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(jì)，也可以是教學(xué)過程中生成的疑難問題。下面通過“電風(fēng)扇著火”探究項(xiàng)目來說明這種項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的流程。
一、項(xiàng)目背景
在電學(xué)復(fù)習(xí)課上，教師讓學(xué)生列舉電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與危害。一名學(xué)生提出：曾在電視上看過報(bào)道，一戶人家忘了關(guān)電風(fēng)扇，結(jié)果造成嚴(yán)重的火災(zāi)，這是不是熱效應(yīng)引起的？由于不清楚火災(zāi)發(fā)生的過程，教師一時(shí)也無法判斷它是否屬于電流的熱效應(yīng)，于是決定將其作為一個(gè)探究項(xiàng)目，組織幾名學(xué)有余力的學(xué)生去完成。
二、過程設(shè)計(jì)
1.辨別真?zhèn)翁岢鰡栴}首先要確定這則新聞的真實(shí)性。提出問題的學(xué)生下載題為《安全第一：小心電風(fēng)扇起火》的視頻，項(xiàng)目組成員一起觀看。視頻中介紹：起火的電風(fēng)扇是由于長期缺乏養(yǎng)護(hù)，轉(zhuǎn)動不暢導(dǎo)致的。有學(xué)生繼而提出：為什么轉(zhuǎn)動不暢會導(dǎo)致電動機(jī)燒壞？電動機(jī)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(jì)方案有學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識做出假設(shè)：可能是轉(zhuǎn)動不暢時(shí)，通過電動機(jī)的電流比正常工作時(shí)大很多，根據(jù)焦耳定律，電動機(jī)會過度發(fā)熱而被燒壞。也有學(xué)生提出異議：電動機(jī)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(xué)生提出方案：可用實(shí)驗(yàn)比較電動機(jī)正常工作與轉(zhuǎn)動不暢時(shí)的電流大小。經(jīng)過討論，學(xué)生設(shè)計(jì)了圖1所示的電路。
3.實(shí)驗(yàn)操作收集證據(jù)在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生使用電源(3V)、玩具電動機(jī)(3V)、電流表按圖進(jìn)行模擬探究。閉合開關(guān)后，電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動，此時(shí)電流表讀數(shù)為0.6A；用手按住玩具電動機(jī)的轉(zhuǎn)子，阻礙轉(zhuǎn)動，這時(shí)電流表讀數(shù)為6.2A。換用其他型號的電動機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)也得到了相似的數(shù)據(jù)。在教師的提示下，學(xué)生還發(fā)現(xiàn)電動機(jī)卡住時(shí)，用手觸摸電動機(jī)的外殼，會發(fā)現(xiàn)溫度上升。
4.交流討論思辨釋疑通過實(shí)驗(yàn)，小組學(xué)生初步得出結(jié)論：電動機(jī)卡住不動時(shí)的電流比正常工作時(shí)大許多，并且使電動機(jī)迅速發(fā)熱，故一致認(rèn)為“電風(fēng)扇著火”的確是由于電流的熱效應(yīng)引起的。但為什么兩種情況下電流相差這么大？教師點(diǎn)撥：在正常轉(zhuǎn)動時(shí)，電流通過電動機(jī)做功將電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而在卡住不動時(shí)，無法實(shí)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(jī)卡住不動時(shí)屬于純電阻電路，而在正常轉(zhuǎn)動時(shí)則屬于非純電阻電路，所以此時(shí)歐姆定律是不適用的。事實(shí)上，電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)除了線圈的電阻對電流有阻礙外，由于轉(zhuǎn)動時(shí)線圈也在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，線圈中會產(chǎn)生反向的感應(yīng)電流，因此正常轉(zhuǎn)動時(shí)線圈對電流的阻礙作用要大于卡住不動時(shí)。學(xué)生質(zhì)疑：就算電動機(jī)卡住不動時(shí)，電能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)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(jī)的功率也不大呀？教師釋疑：上面實(shí)驗(yàn)中電動機(jī)卡住不動時(shí)的發(fā)熱功率約為P=UI=3V×6.2A=18.6W，相當(dāng)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(fēng)扇由于長期缺乏養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動不暢，迫使電能大部分向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，最終導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。能不能想辦法避免這種情況？小組討論：強(qiáng)制報(bào)廢；定期維護(hù)，確保轉(zhuǎn)動靈活；及時(shí)關(guān)閉電源……教師點(diǎn)撥：這幾種方法都是從使用維護(hù)的角度考慮的，能不能從產(chǎn)品設(shè)計(jì)上預(yù)防這種情況的發(fā)生，例如給電動機(jī)加保護(hù)裝置？小組討論：根據(jù)電動機(jī)卡住不動時(shí)電流較大的特點(diǎn)，可將額定電流略大于電動機(jī)正常工作電流的熔絲串聯(lián)在電路中，一旦電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，熔絲就會熔斷。教師點(diǎn)撥：這個(gè)思路看上去不錯(cuò)，但是電動機(jī)空轉(zhuǎn)與有負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的工作電流是不同的，并且電流會隨所帶負(fù)載的不同而發(fā)生較大的變化。大家可以用模擬實(shí)驗(yàn)探究一下。學(xué)生以玩具電動機(jī)為實(shí)驗(yàn)對象，通過實(shí)驗(yàn)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(diǎn)撥：事實(shí)上，電動機(jī)啟動時(shí)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(jī)溫度升高到一定程度時(shí)，讓電路自動斷開。教師點(diǎn)撥：具備這樣功能的裝置有雙金屬片、溫度保險(xiǎn)絲、熱敏電阻等，大家可以查閱資料了解一下，還可以實(shí)際模擬制作一個(gè)能進(jìn)行超溫保護(hù)的電動機(jī)。小組進(jìn)行梳理總結(jié)，并對全班學(xué)生展示匯報(bào)。
三、結(jié)語
本次項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以生活中真實(shí)的問題——“電風(fēng)扇著火”為出發(fā)點(diǎn)，讓學(xué)生進(jìn)行資料搜集、分析研究、模擬實(shí)驗(yàn)、探究創(chuàng)新，并最終展示自己的研究成果。整個(gè)過程中，教師的作用是通過觀察、指導(dǎo)，使項(xiàng)目式學(xué)習(xí)朝著正確的方向進(jìn)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(xué)習(xí)項(xiàng)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(jī)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(xiàng)目可大可小，但是都包含了物理原始問題與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的要素。基于原始物理問題的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中涉及的一些知識可能會超出新課程標(biāo)準(zhǔn)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(xué)中要敢于鼓勵學(xué)生‘超大綱’?！盵4]在物理教學(xué)中適當(dāng)滲透基于原始物理問題的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，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(xué)過的東西都遺忘時(shí)所剩下來的東西[5]。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過各種認(rèn)知手段加深了對已有知識的理解，提高了在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，增強(qiáng)了合作交流、實(shí)踐創(chuàng)新的意識?？梢哉f，基于原始物理問題的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)真正落實(shí)了培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，留給學(xué)生更多能終身受益的“剩下的東西”。
參考文獻(xiàn)
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[3]陳星，施丹萍.基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)教學(xué)案例設(shè)計(jì):以《植物的采集與標(biāo)本的制作》活動為例[J].中學(xué)生物學(xué),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(xué)出版社,1984:274.
[5]楊雁斌.創(chuàng)新思維法[M].上海:華東理工大學(xué)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