基于微项目式教学的初中物理跨学科实践应用研究——以＂制作自行车发电夜行灯＂为例

《物理教师》2026年10月第17~21页刊登文章，作者蔡文钊、邓李君，深圳市龙华区第二外国语学校。《义务教育物理课程标准（2022年版）》对学生跨学科实践能力提出更高要求，需打破学科壁垒与知识孤立教学的局限、为此，以"制作自行车发电夜行灯"为微项目，采用"主题一目标一问题一方案一评价"的设计思路开展初中物理跨学科的项目式教学，引导学生在阶梯式任务中从认识电磁感应走向自主设计制作发电装置、研究运用过程性与终结性相结合的评价方式，深化了学生的实践体验与学习获得感，同时为初中物理开展轻量化、聚焦化的跨学科实践提供了可借鉴的实施模式与融合路径．基金项目：本文系广东省2026年重点课题"基于融教育理念的跨学科主题项目式学习行动研究——以科学等学科为例"（课题编号：2026ZQJK0104)，深圳市"十四五"规划成果培育类课题"项目式学习视域下的跨学科主题学习行动研究——以小学科学等学科为例"（课题编号：cgpy21029）阶段性研究成果之一．

原文

《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称"新课标"）将跨学科实践纳为一级主题，以此培育学生的综合素养能力．但传统物理课堂存在知识抽象、与实际应用脱节、学科壁垒明显、评价方式单一等问题．微项目式教学具有短周期、聚焦化的特点，能有效驱动跨学科实践，破解上述困境．本文依托微项目式教学开展跨学科学习，以物理核心概念为核心，在"制作自行车发电夜行灯"的真实情境中融合数学、工程、劳动技术等内容，构建"物理核心一跨学科学习工具一问题解决"的教学模式，实现知识结构化与应用生活化．研究围绕主题选择、目标确定、问题拟定、方案设计与评价构建5个环节展开，为初中物理跨学科教学提供参考，助力落实新课标"做中学、用中学、创中学"的要求．

1  微项目式教学驱动物理跨学科实践的路径构建

1.1  微项目式教学与跨学科实践具有共同的育人目标

微项目式教学与跨学科实践均以真实问题驱动实践性学习，二者育人目标契合、逻辑同频，共同指向"学知识一提能力一养品格"的育人闭环：均打破单学科碎片化知识记忆的局限，引导学生多维度认知知识、明确适用场景、搭建知识体系，沿"需求一设计一试验一优化"的路径培养高阶思维；[2］同时依托 STSE 教育（ Science , Technology , Society and Environment ）衔接知识与生活，渗透科学精神、工程思想与社会责任，实现学科教学与德育的有机统一．微项目式教学是跨学科实践的高效落地载体，跨学科实践拓宽了微项目的育人边界，二者相辅相成，助力学生全面发展，真正实现从教书到育人的转变．

1.2  基于微项目式教学的物理跨学科实践教学

微项目式教学下的初中物理跨学科实践，以物理核心知识点联动多学科解决真实问题，深度契合新课标"从生活走向物理，从物理走向社会"的要求，设计可分三步推进，如图1所示．一是确定核心物理知识，以夜行灯项目电磁感应原理为核心，坚守物理学科本质；二是精准搭建跨学科联结，以物理实践需求融合多学科内容，避免无目的杂糅；三是设计"原理一实践一迁移"阶梯式任务链，让学生在"做中学"中实现物理应用与跨学科能力的协同发展．

2  基于微项目式教学的初中物理跨学科实践基本逻辑架构

本文设计了5个步骤组成的基本思路，选择项目主题、确定学习目标、拟定驱动问题、设计实践方案、设计评价方案，如表1所示、这5个阶段紧密相连，是贯穿实践始终的主线.

3  以"制作自行车发电夜行灯"微项目为例的教学设计

本章以9年级物理重点内容为基础，开展"制作自行车发电夜行灯"的微项目教学活动，在此过程中严格按照上述5个环节进行，使9年级学生在项目推进的过程中掌握知识并提升能力，同时也实现了多领域知识的综合运用．

3.1  项目主题

本微项目基于9年级物理"电与磁"模块核心知识点，核心内容为电磁感应现象（发电机工作原理），衔接闭合电路的欧姆定律、串并联电路设计、机械能与电能的相互转化，兼顾摩擦力、压强等基础知识点，以"自行车发电供夜行照明"为载体，实现知识点的生活化迁移与实操化应用．

3.2  确定学习目标

根据义务教育物理、数学、劳动技术等学科的课程标准中对相关内容的要求，从学科目标和核心素养目标2个维度确定本项目的学习目标，如表2所示．

3.3  拟定驱动问题

本微项目围绕"制作自行车发电夜行灯"的核心任务，设计梯度化驱动问题链，将核心任务拆解为5个由浅入深、由表及里的问题，层层引导学生完成探究与实践，契合学生认知规律与项目推进逻辑，如表3所示．

3.4  设计实施方案

本微项目针对9年级物理课堂教学实际，设计"课前铺垫﹣课中实施﹣课后拓展"3阶段实施方案，总时长控制在3课时左右，兼顾知识巩固实验究与展提升，确保项目可操作、落地实效强.

3.4.1  课前铺垫阶段

预习任务：布置学生预习9年级物理"电磁感应""发电机原理"与"简单电路"知识点，查阅自行车发电的相关资料，思考发电与照明的关联.

知识铺垫：课上梳理电磁感应的条件、发电机工作机制、申并联电路设计等核心知识点，通过演示实验（如线切割感线产生电流）让学生直观感知实验现象，突破知识难点.

任务布置：明确微项目核心任务（制作自行车发电夜行装置），讲解项目流程与安全规范，分组分，发放器材.

3.4.2  课中实施阶段

课程实施过程如表4所示.

3.4.3  课后拓展阶段

优化完善：鼓励学生课后进一步优化装置，如增加稳压模块、可拆卸结构、充电功能等，以提升装置实用性.

实践应用：让学生骑行安装装置的自行车，实地测试夜行照明效果，记录问题并改进．

成果梳理各组整理项目报告，包括原理解述、设计方案、实操过程、数据记录、优化思路、实践反思与收获等.

3.4.4  核心保障条件

器材保障：每组配备标准化实验器材，预留备用器材.

安全保障：明确电工操作、材使用的安规范，教师巡视把控.

分层指导：基础薄弱组重原理与组装指导，能力较强组何例重优化与创新指导.

3.5  设计评价方案

本微项目采用"过程性评价十终结性评价"相结合的多元化评价方案，构建"多主体、多维度、量化与质性相结合"的评价体系，全面评价学生的知识、能力与素养，确保评价客观、全面、精准.

(1）评价体系核心框架.

具体评价体系如表5所示．

(2）具体评价内容与标准.

本研究采用过程性与终结性相结合的评价方式，过程性评价包含学生自评、小组互评与教师评价教师全程记录并从知识、技能、态度等维度给出量化与而性反馈．终缩性评价则从发电装置的实用性、创新性等方面进行量化打分．同时结合项目报告的完整性与逻辑性、以质性评价为主、量化为辅，综合考查学生知识梳理与反思能力．

(3）评价反馈与应用．

采用"评分表＋评语"的方式反馈给学生、指出优点与待改进之处，针对各小组提出个性化的改进建议，将本次评价作为衡量学生物理实践能力的重要依据，在今后的教学过程中对于普遍存在的问题进行补充讲解：而对于个别问题采取个别辅导的方式．

4  "制作自行车发电夜行灯"微项目实施流程

本微项目以课堂小组合作形式开展，秉持"低成本、易操作、强实践"原则，以拆解改造的小型电动机为核心发电部件，结合电磁感应原理，完成从器材制作到成果展示的完整实践流程.

4.1  实验原理

本项目基于电磁感应原理，电动机内的永磁体提供磁场，线圈与外部负载构成团合回路．当自行车车轮带动电动机转子旋转时，线圈在磁场里切割磁感线产生电流，把动能直接转换成电能，再经整流模块转换后驱动 LED 灯发光．

本设计无需额外绕制线圈，拆解电机获取发电部件，让学生直观理解电动机与发电机的工作互逆关系．如图2所示，学生通过拆解观察电机结构，厘清机械能一电能转化逻辑，搭建起"现象一原因一模型"的认知框架．

4.2  器材制作

4.2.1  材料清单

如图3所示，材料清单包括以下3个部分．

核心发电部件：小型电动机2个（①和②,①进行演示，②进行改良和自行车加装）.

电路部件：12V白光 LED 灯1个、整流模块2个（③和⑥,⑥是③和 USB 接口的整合）、夜行灯成品1个（⑥)、导线若干、绝缘胶带1卷．

固定与辅助部件，自行车后轮夹具1个、扎带若干、剪刀1个、螺丝刀1套、镊子1个．

4.2.2  制作步骤

电动机拆解与改造：用螺丝刀拆解外壳，取出线圈定子与永磁体转子，保留线圈绕组；去除原电动机的电刷组件，仅保留线圈的2根引出线，刮去线头端部的绝缘漆，保证导电良好．电路搭建：将线圈引出线连接至整流模块的输入端，整流模块输出端接 LED 灯珠正负极，形成闭合回路；接口处用绝缘胶带固定，避免短路．部件固定：用夹具将改造后的发电模块固定在自行车后轮，使电动机转轴与车轮轮胎侧面紧密接触；通过扎带和固定架调整模块位置，确保车轮转动时能带动电动机轴同步旋转．

4.3  使用说明与记录

4.3.1  使用说明

骑行自行车使车轮转动，从而带动电动机轴旋转，线圈切割磁感线产生感应电流，经整流后驱动 LED 灯发光；调节车轮转速可观察灯光亮度变化，停止骑行后灯光逐渐熄灭．操作过程中需避免模块松动、导线拉扯脱落．实验中应注意，转速过快会导致电压超过12 V , LED 灯可能过热，建议串联10Ω左右的限流电阻．

4.3.2  参数记录（简化核心数据）

每组仅记录3组核心测试数据，聚焦"转速一电压一亮度"的关联关系，无需复杂分析，如表6所示．

4.4  成果展示

展示时长控制在3min内，采用"实物演示＋简短讲解"的形式。

实物演示环节由小组代表骑行自行车，展示夜行灯的发光效果，直观呈现车轮转速与灯光亮度的关联、同时展示模块固定的牢固性与电路的完整性，如图4所示.

讲解环节围绕核心逻辑："车轮转动→电动机轴旋转→线圈切割磁感线→产生感应电流→ LED 发光"，重点说明电动机改造为发电机的可逆性.

5  结语

本研究将微项目式教学与跨学科实践融入初中物理课堂，显著提升课堂活力与教学效能，彰显了物理学科的育人价值．以"制作自行车发电夜行灯"项目为载体，学生可在动手实践中理解电磁感应现象，实现学以致用，推动物理核心素养与学科思维协同发展．构建的五阶段教学框架保障了教学的系统性，跨学科融合打通知识关联，兼顾工程思维与物理学科核心素养培育。该模式为物理教学改革提供了灵活路径，以"做中学"助力学生核心素养的培育与全面发展．但实践仍存在局限，如微项目式教学对教师跨学科能力要求较高，需平衡教学时间与资源成本。未来可开发多元微项目主题，融入人工智能、环境科学等前沿元素，借助数字化手段优化评价，丰富跨学科学习的实践形态.

参考文献：

1  张岩鹰．学科实践视域下初中物理课堂"做中学"新样态构建以"自制手摇晾衣架"微项目教学为例［J］中学物理，2026,44(8):29-33.

2  尹庆丰，岳芸，基于 PBL 的初中物理跨学科实践教学探索以"自制天文望远镜"为例［]］物理教师，2025,46（8）:25-29.

3  潘雅静，基于微项目的初中物理跨学科实践的教学研究[ D ]．闽南师范大学,2025.

4  修金文．指向核心素养的初中物理跨学科实践教学设计——以"漏刻"项目为例［]]．中学物理教学参考，2026,55(3):28-31.

5  李松柏，李勇强，任安炳，等．基于项目式学习的初中物理跨学科实践活动设计与实施——以"重现《天工开物》之连击水碓"为例［]]．物理教师，2025,46(5);60一65,68.

6  黄楚漩．微项目式学习在高中物理课堂中的应用研究[ D ]．广西师范大学，2025.

7  陆丁龙．问题化教学设计：催生核心素养的有效生长[]]．物理教师，2022,43(11):32-35.

8  刘雨欣，侯恕，国际科学测试愿景： NAEP 科学评估框架的演变及其对我国物理教学的启示［]]．物理教师，2025.46(2):72-77.

（收稿日期：2026-06-18)

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