案例介紹：基于科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境（STSE）教育的高中物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)。
實(shí)施過程：通過“重走磁力發(fā)電之路”、“制作環(huán)保手電筒”等項(xiàng)目任務(wù)設(shè)計(jì)，學(xué)生通過實(shí)踐活動(dòng)學(xué)習(xí)物理知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感和環(huán)保意識(shí)保護(hù)意識(shí)。
1. 教材分析
《電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用》選自人民教育出版社出版的《高中物理必修課3》第13章第3節(jié)。本節(jié)內(nèi)容基于前兩節(jié)對磁力線和磁通的感性經(jīng)驗(yàn)，可以自然合理地得出感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因。本部分內(nèi)容也是楞次定律、電磁感應(yīng)定律等選修必修課的重要基礎(chǔ)，起到了承前啟后的作用。本節(jié)以物理學(xué)史線索為切入點(diǎn)，通過循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)探索，通過分析整合形成理性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而總結(jié)出“磁生電”的規(guī)律，最后用法拉第圓盤的故事發(fā)電機(jī)引入電磁感應(yīng)。該應(yīng)用給教師和學(xué)生留下了廣闊的思考空間。
《能源與可持續(xù)發(fā)展》選自新高中物理教育版必修課3第12章第4節(jié)。它用“問題”引入能量耗散的概念，深入自然界宏觀過程的方向規(guī)律；然后介紹了能源的分類、開發(fā)和應(yīng)用，剖析了當(dāng)今社會(huì)的能源與環(huán)境問題，引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的關(guān)系。最后呈現(xiàn)STSE欄目內(nèi)容，并與社會(huì)生活實(shí)際相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生思考。論能源發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的辯證關(guān)系
從結(jié)構(gòu)上看，“能源與可持續(xù)發(fā)展”部分的內(nèi)容在本章中相對獨(dú)立。因此，我們嘗試將本節(jié)的內(nèi)容放在“電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用”之后，旨在以“電”的相關(guān)內(nèi)容為基礎(chǔ)。主要線索巧妙地連接了重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過了解物理學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，我們可以經(jīng)歷艱難曲折的探索和明智的結(jié)論；通過一系列的邏輯探索，我們可以揭示更本質(zhì)的核心原因；結(jié)合“磁與電”的鋪墊，我們可以探索更多的最優(yōu)發(fā)電方法，并以此為任務(wù)腳手架，提出能源應(yīng)用、社會(huì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等問題。
2.學(xué)術(shù)狀況分析
學(xué)生已經(jīng)了解了電源、磁場、磁通量等知識(shí)，對閉合回路中的部分導(dǎo)體切割磁力線時(shí)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象有了一定的認(rèn)知基礎(chǔ)，但對它的具體原理還不清楚。問題的性質(zhì)。學(xué)生通常對物理和人文史料有濃厚的興趣，對揭開電磁爐、無線充電等原理有強(qiáng)烈的好奇心，但探索“磁生電”的本質(zhì)過程需要學(xué)生具有高度的合作探究能力。 、分析和歸納能力。學(xué)生可能存在思維障礙，應(yīng)予以支持并重點(diǎn)突破。此外，探索更好的發(fā)電方法需要學(xué)生具備一定的自主學(xué)習(xí)和合作能力，這可以提供必要的學(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)生建立自信心。也借此機(jī)會(huì)滲透STSE理念，培養(yǎng)核心能力，內(nèi)化道德品質(zhì)。
三、教學(xué)過程
（一）激發(fā)學(xué)生思考
師：拿出一些銅線和一個(gè)LED燈泡，問：如何讓燈泡發(fā)光？
健康：將設(shè)備連接至電源（干電池）。
老師：老師不用干電池就能讓小燈泡發(fā)光。你相信嗎？
健康：表達(dá)懷疑和期望。
（提醒學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)，能夠描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。為了保持神秘感，提前將通電的電磁爐包裹在黑盒子里。一個(gè)裝滿水的鐵器皿可以放在電磁爐上提前將電磁爐置于待機(jī)模式。）
（二）施展“空氣充電”小魔法
教師：將連接LED燈泡的閉合線圈慢慢移到黑匣子正上方，引導(dǎo)描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
學(xué)生：奇跡的燈泡逐漸亮起。
師：借這個(gè)機(jī)會(huì)，我來揭開黑盒子的神秘面紗，并輔以電磁爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
學(xué)生：我突然意識(shí)到，那個(gè)神秘物體竟然是大家都熟悉的電磁爐。為什么會(huì)出現(xiàn)如此奇妙的現(xiàn)象呢？
老師：如果我們想揭開“黑匣子”的秘密，我們就進(jìn)入“電”的“前世今生”項(xiàng)目吧。
【設(shè)計(jì)意圖：引入貼近生活的有趣魔術(shù)，增強(qiáng)學(xué)生的感性體驗(yàn)，激發(fā)探索和好奇心。 】
（三）介紹項(xiàng)目計(jì)劃
教師：分發(fā)評價(jià)表；引入項(xiàng)目任務(wù)，充分考慮每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、性格特點(diǎn)、綜合能力進(jìn)行異構(gòu)分組，力求組內(nèi)異構(gòu)、組間同質(zhì)。
學(xué)生：團(tuán)隊(duì)成員共同努力了解項(xiàng)目任務(wù)、流程和要求。
【設(shè)計(jì)意圖：突出團(tuán)隊(duì)意識(shí)，激發(fā)學(xué)生對項(xiàng)目的投入。 】
任務(wù)一：重走“磁發(fā)電”之路
老師：介紹一下高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)師，生活中類似“空氣充電”的例子還有很多，比如手機(jī)無線充電、新能源汽車無線充電等，這些現(xiàn)代成果的產(chǎn)生都離不開科學(xué)家們的潛心探索。讓我們一起回顧一下對“磁電”的追求。
（展示物理學(xué)家奧斯特、科拉頓、法拉第的信息卡，引入駕駛問題，引導(dǎo)學(xué)生了解科學(xué)家的奮斗歷程。）
學(xué)生：獨(dú)立學(xué)習(xí)教材內(nèi)容，了解科學(xué)家的探索過程。
教師：將學(xué)生分成四組，請各組代表畫任務(wù)活動(dòng)卡。任務(wù)卡分別對應(yīng)四位著名物理學(xué)家：“對電和磁感興趣的奧斯特”、“錯(cuò)失良機(jī)的科拉頓”、“陷入誤會(huì)的法拉第”、“實(shí)現(xiàn)磁和電夢想的法拉第” 。家鄉(xiāng)的故事。
還描述了任務(wù)要求：
① 填寫團(tuán)隊(duì)成員分工明細(xì)；
②撰寫科學(xué)家演講稿；
③場景實(shí)驗(yàn)演示；
④全體學(xué)生回答關(guān)鍵問題并分享勵(lì)志經(jīng)歷。
學(xué)生：小組討論交流留學(xué)之路，商定細(xì)則，分工合作。
活動(dòng)①：演講簡介：奧斯特的生平和對物理學(xué)的貢獻(xiàn)。場景實(shí)驗(yàn)演示：將電線朝北、南方向放置，分別連接到電池組的正負(fù)極。同樣，放置在南北的小磁針在導(dǎo)線通電時(shí)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且小磁針的偏轉(zhuǎn)方向隨著電流的方向而變化。
關(guān)鍵問題：奧斯特為何成功？與初中所學(xué)的知識(shí)相比，你有哪些新的感悟？
【設(shè)計(jì)意圖：回顧“電生磁”實(shí)驗(yàn)，為“磁生電”的追求鋪平道路，體現(xiàn)物理學(xué)家對和諧之美的欣賞和實(shí)現(xiàn)理想的不懈堅(jiān)持。 】
活動(dòng)②：演講簡介：科拉頓的生平和對物理學(xué)的貢獻(xiàn)。場景實(shí)驗(yàn)演示：將磁鐵插入連接敏感檢流計(jì)的螺旋線圈中。為了減少磁鐵對檢流計(jì)指針的影響，敏感檢流計(jì)放置在講臺(tái)上，線圈放置在教室門外，兩者之間。連接一根長電線，觀察是否有電流流動(dòng)。演示的學(xué)生將磁鐵插入線圈中，然后跑進(jìn)教室查看靈敏的檢流計(jì)是否顯示讀數(shù)。他們在四處奔波中失去了機(jī)會(huì)。
關(guān)鍵問題：科拉頓失敗的原因是什么？你能得到什么啟發(fā)？
設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)思維走向更本質(zhì)的原因，即不要從“穩(wěn)態(tài)”思維轉(zhuǎn)向“瞬態(tài)”考慮，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題時(shí)嘗試去適應(yīng)。
活動(dòng)③：演講簡介：法拉第的一生和對物理學(xué)的貢獻(xiàn)。場景實(shí)驗(yàn)演示：將一根電線或線圈放在強(qiáng)磁鐵旁邊，觀察導(dǎo)體中是否會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的電流；將兩根導(dǎo)線并聯(lián)，在一根導(dǎo)線中通入強(qiáng)電流，觀察相鄰導(dǎo)線是否會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。電流高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)師，不產(chǎn)生穩(wěn)定電流。
關(guān)鍵問題：法拉第為何會(huì)提出這樣的設(shè)計(jì)思路？您從法拉第的失敗中吸取了哪些教訓(xùn)？
設(shè)計(jì)意圖：認(rèn)識(shí)到取得巨大成就的科學(xué)家也經(jīng)歷過無數(shù)的失敗，鼓勵(lì)學(xué)生堅(jiān)定理想、自強(qiáng)不息。
活動(dòng)④：場景實(shí)驗(yàn)演示：準(zhǔn)備兩個(gè)電磁線圈。一個(gè)連接到靈敏的電流表，形成閉合回路（或在回路旁邊放置一個(gè)小磁針），另一個(gè)連接到開關(guān)和電池組。兩個(gè)線圈彼此靠近。合上開關(guān)后，觀察靈敏電流表是否有指示。
關(guān)鍵問題：您如何看待法拉第追求磁力發(fā)電的艱難歷程？您最欣賞科學(xué)家法拉第的什么？
設(shè)計(jì)意圖：突破“穩(wěn)態(tài)”轉(zhuǎn)向“瞬態(tài)”的思想體現(xiàn)辯證思維，使學(xué)生體會(huì)到不懈追求理想的價(jià)值。
總體設(shè)計(jì)意圖：重走科學(xué)家的研究道路（如圖，從左到右分別是科學(xué)家奧斯特、科拉頓、法拉第的情景實(shí)驗(yàn)圖），增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)同感，獲得深刻的體會(huì)情緒 性經(jīng)歷；分析實(shí)驗(yàn)失敗和成功的原因，提高分析判斷能力；培育歷史人文底蘊(yùn)，鼓勵(lì)學(xué)生堅(jiān)定目標(biāo)和理想，敢于面對挫折，靈活轉(zhuǎn)變思維，勇于適應(yīng)變化。
任務(wù)二：合作生產(chǎn)環(huán)保手電筒
探索產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件
教師：①提供問題驅(qū)動(dòng)任務(wù)：參考科拉頓的實(shí)驗(yàn)思路，將螺線管和檢流計(jì)組合成一個(gè)閉環(huán)（如圖），觀察思考如何操作條形磁鐵，幫助科拉頓找到“好機(jī)會(huì)” ”。
學(xué)生：團(tuán)隊(duì)合作連接物理圖并記錄在閉環(huán)中產(chǎn)生電流的實(shí)驗(yàn)操作。分析總結(jié)：磁棒插入螺線管和拔出螺線管的過程中都會(huì)產(chǎn)生電流。
在螺線管中插入和取出磁鐵的示意圖
師：回憶一下中學(xué)時(shí)學(xué)過的東西。將導(dǎo)軌和活動(dòng)導(dǎo)體棒置于磁場中，與檢流計(jì)結(jié)合形成閉環(huán)。記錄并總結(jié)什么情況下可以產(chǎn)生電流，什么情況下不能產(chǎn)生電流。
學(xué)生：分組連接物理圖，分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)導(dǎo)體棒和磁場保持相對靜止，導(dǎo)體棒平行于磁力線方向移動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生電流；當(dāng)導(dǎo)體棒移動(dòng)切割磁力線時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流。
教師：組織學(xué)生回顧整個(gè)項(xiàng)目過程，記錄項(xiàng)目任務(wù)階段的收獲和反思，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上發(fā)言，分享經(jīng)驗(yàn)。
學(xué)生：填寫反思收獲清單
您最喜歡整個(gè)項(xiàng)目的哪一部分；您認(rèn)為自己在哪些方面有所進(jìn)步；您認(rèn)為自己對團(tuán)隊(duì)做出了哪些貢獻(xiàn)；您從整個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)中學(xué)到的最重要的事情是什么？您認(rèn)為您在項(xiàng)目活動(dòng)中還有什么？哪些方面需要改進(jìn)？說說自己的經(jīng)歷，交流分享，總結(jié)。
教師：將學(xué)生的項(xiàng)目成果、實(shí)踐表現(xiàn)、反思等材料納入個(gè)人成長檔案袋中，產(chǎn)生學(xué)生獨(dú)特的記憶。
【設(shè)計(jì)意圖：增強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)特體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 】
上述案例展示了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在不同學(xué)科和領(lǐng)域的應(yīng)用。通過具體的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生可以在實(shí)際情境中學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)，培養(yǎng)解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新思維。
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