迷你太阳能小车

缘起：“双减”背景下，项目式作业概况

2021年7月，《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》正式发布，明确指出要减轻学生过重作业负担，对学生作业统筹管理，加强作业设计、指导，鼓励教师布置个性化作业。2022年4月，2022年版课程标准正式印发，初中物理课程基本理念强调注重科学探究，强化科学思维，培养学生的观察能力、实验能力和分析解决问题的能力，同时强调物理学与生活、社会的联系，增强学生的物理应用意识和创新能力。

2022年7月6日，根据国家航天局发布的消息：“‘玉兔二号’月球车在月球背面累计行驶里程1239.88米，是月面工作时间最长的月球车。”班上大部分同学都是“玉兔二号”的小“粉丝”，借着对“玉兔二号”的想念，以及对“玉兔二号”工作能源获取方式的好奇，笔者以此为契机，设计了“光电转换——迷你太阳能小车”项目式作业，旨在引导学生关注生活和社会，实现学生从物理基础知识到拓展延伸，从被动学习到主动探究，从物理课堂到社会生活，从科学思维到科学态度的成长与蜕变。

剖析：基于初中物理核心素养的项目式作业目标设计

科学观念

●通过查阅资料，学生能够了解清洁能源的种类和来源，了解基础电路（含简单串联、并联电路）在实际生活中的运用，并通过各种途径收集、整理太阳能利用的相关资料。

●学生通过实践活动理解迷你太阳能小车模型涉及的基础电路知识。

科学思维

●通过头脑风暴，学生小组能合作制订实施方案，培养自己的科学思维能力和解决实际问题的能力。

●通过实施方案制订，学生能够获得分析需求（选择合适的材料）、设计（样品尺寸的测量）、创新（类比联想）、模型建构（制作模型）和科学论证（测试模型）等能力。

●通过成果交流环节，学生能够用直观的现象和简单的陈述表明自己观点。

科学探究

●在教师引导下，学生能对自己的模型设计、制作过程和模型成品进行反思、自我评价与调整。

●以问题驱动和动手实践的方式，学生能够逐步探索迷你太阳能小车模型的制作方法和原理。

●通过制作迷你太阳能小车模型，学生获得动手实践能力、表达交流能力及与他人合作学习的能力。

科学态度与责任

●学生通过直观感受并经历工程专家工作的过程，感悟工匠精神，感受科学魅力，感受科学与生活的紧密联系，畅想美好未来。

●学生通过项目式作业，了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力，了解科学、技术、社会与环境的关系。

本次项目式作业的计划流程如图1所示。

践行：基于初中物理核心素养的项目式作业实施过程

阶段一：创设情境，项目导入

创设情境。物理课上，教师播放视频资源，展现“嫦娥四号”探测器顺利在月球背面预选区冯·卡门撞击坑实施软着陆，“玉兔二号”巡视器踏上月球表面，着陆器上的相机清晰地拍摄到其“踏月留痕”的影像图。情境视频播放结束后，通过“‘玉兔二号’的动力能源来自哪里？”的问题导入项目任务，学生以小组为单位为制作迷你太阳能小车模型答疑解惑（如图2）。

查阅资料。学生通过学校图书馆、网络等查找与迷你太阳能小车工作原理相关的资料，如涉及的能源种类知识，光电转化原理、基础电路（串联和并联）知识等，也可包括学生在自己社区周边发现有利用太阳能的设备拍照分享。

本阶段设计意图：通过社会、生活场景将物理基础知识外延，激发学生学习兴趣，让学生直观感受玩中学、学中玩，体会物理学科与艺术有机融合的魅力。

阶段二：头脑风暴，制订方案

头脑风暴。学生建立项目式作业学习小组，以问题驱动的方式，进行头脑风暴，将收集的资料、讨论的结果进行整理，完成项目方案。

问题1.地球上有哪些能源？能源是怎么分类的？

学生小组讨论，形成观点。学生自由分享他们所知道的能源种类，教师引导学生从不同的分类方式对能源进行分类。

问题2.太阳能是一种什么样的能源？太阳能在生活中有哪些应用？

学生小组根据查阅资料获取的知识进行回答，并展示调查资料（太阳能一般是指太阳的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成，生物就主要以太阳提供的热和光生存。而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。太阳能的利用主要有光热转换和光电转换两种方式。太阳能是一种新兴的可再生能源，广义上的太阳能是地球上许多能源的来源，如风能、化学能、水的势能等）。

问题3.太阳能板的工作原理是什么？

学生小组探究、讨论，形成观点（太阳能板以半导体材料为主，是将太阳能转换成电能的装置，其原理主要是利用光电效应将太阳辐射能转换成电能）。

问题4.想要电机转动，如何连接电路？太阳能板相当于哪个元件？

学生小组探究、讨论，形成观点。学生通过尝试获得基础电路知识。将太阳能板代替电池，此时太阳能板相当于电源，提供电能（如图3）。

问题5.迷你太阳能小车模型各部分结构的材料如何选择？

迷你太阳能小车模型的底座、支架部分，学生采用购置的薄木板材料，配有4个小轮子和1个蜗杆齿轮；固定配件采用螺丝固定；电路部分有60mm×60mm太阳能板2块、小型电机及适量导线（如图4）。

制订方案。头脑风暴后以小组为单位填写迷你太阳能小车模型实施方案，图5为学生方案示例。

本阶段设计意图：通过设计具有逻辑递进、层层深入的问题串分解、驱动项目，将物理核心知识融入问题中，帮助学生理清头绪，引导学生发现问题，找到解决问题的途径。学生在上网查阅资料、利用社会资源和同学间的合作互助过程中，体现了物理学科科学思维、科学态度与责任核心素养。

阶段三：制作模型，测试模型

制作模型。项目小组根据组内确定的迷你太阳能小车模型制作方案进行制作，教师在过程中给予指导，优化设计制作。在制作模型过程中，小组需要进行任务分工，小组成员按照分工表的安排进行工作，时刻审视和修正自己在小组工作中的表现（如图6）。在制作过程中学生易出现以下问题：①将蜗杆齿轮装在电机轴上时，容易装得太靠里面；②将蜗杆电机用螺丝钉安装在底座板上时，有部分学生使用螺丝不熟练；③学生在搭建太阳能车模型的过程中，容易用力过猛，将薄木板卡扣折断；④将太阳能板的导线与电机的导线连接时，导线与导线之间的接驳不熟悉。

测试模型。项目小组依据设定的标准检测和评估迷你太阳能小车模型的工作性能，判断其能否正常工作，如在阳光下闭合开关，电机是否转动？能否带动小车正常行驶？分析存在的问题并提出改进意见（如图7）。

本阶段设计意图：学生在制作、测试迷你太阳能小车模型过程中，分工合作，协调互动，围绕制作真实的产品，深度参与了课后作业活动，最大限度地激发了潜能。

升华：基于学生核心素养的作业成果交流与评价

阶段四：成果交流，活动评价

汇报展示。教师提供多媒体平台、摄录机等设备，指导学生准备汇报展示，学生以小组为单位互相练习，可从以下几个方面汇报展示项目成果（如图8、图9）：①制作迷你太阳能小车模型所需要掌握的相关知识，展示小组对核心知识的理解。②制作迷你太阳能小车模型的具体方案和设计图纸。③制作好的迷你太阳能小车模型，描述其工作性能。④设计过程中遇到了哪些困难？如何解决的？

填写评价量表。一个小组在汇报展示时，其他小组认真倾听并对他们的设计中可借鉴的地方或不足提出自己的看法，汇报的小组成员可作出相应的解释说明。所有小组汇报完毕后，每个成员填写评价量表（图10）。

小车模型竞赛。每个小组携带自己的作品进行小组间的太阳能小车模型竞赛活动，在考验学生组装赛车的能力和解决突发问题能力的同时，感受作品带来的乐趣。

本阶段设计意图：通过展示成果、汇报交流，让学生再次回顾自己的项目历程，促进学生反思，让所学知识变得可视和真实。同时锻炼学生的小组合作能力、语言表达能力、社会交往能力，让学生有仪式感和获得感。

畅想：作业成效与反思

本项目作业中，产生了过程性资源，即学生在测试小车的过程中得到了进一步的启发，他们经过一系列探究，发现光照强度、光电板面积、光电板受光角度都会影响小车的速度。此外，学生在动手组装太阳能小车的过程中要用到小螺丝刀和螺丝固定底座，学生普遍动手能力较弱，动手能力有待加强。

太阳能作为一种清洁能源，已经成为城市可持续发展中最值得推广的新兴能源。将太阳能这种源源不断的自然资源充分利用起来，既会降低城市能源的使用成本，又会让城市持续发展下去，对于城市的未来发展具有重要意义。本项目作业通过制作迷你太阳能小车，引导学生了解能源知识，培养学生动手能力，同时让学生切身体会到生态环境的保护要依靠科技创新。