吳必龍

摘 要：合作探究式智慧課堂是預(yù)設(shè)和生成的統(tǒng)一，是內(nèi)容和方法的統(tǒng)一，是主導(dǎo)和主體的統(tǒng)一。巧設(shè)沖突，啟迪智慧，形成磁力；合作探究，生長(zhǎng)智慧，具有活力；交流展示，碰撞智慧，具有魅力；論證結(jié)果，生成智慧，形成張力；學(xué)以致用，呵護(hù)智慧，展示實(shí)力。本文以“交變電流”為題，闡述了“合作探究式智慧課堂”的建構(gòu)策略。

關(guān)鍵詞：交變電流；實(shí)驗(yàn)探究；智慧課堂

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）5-0015-4

“合作探究式智慧課堂”是以小組為形式、探究為途徑、智慧為目標(biāo)的教學(xué)過(guò)程，用教師的智慧激發(fā)學(xué)生的智慧，師生、生生的思想碰撞生成智慧，通過(guò)學(xué)生的積極參與、用心體驗(yàn)、深入探究、實(shí)踐提升，構(gòu)成智慧流動(dòng)的課堂。下面以“交變電流”一課為例，說(shuō)明“合作探究式智慧課堂”的構(gòu)建策略。

1 創(chuàng)設(shè)情境，啟迪智慧

在合作探究式的教學(xué)過(guò)程中，要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生探究的內(nèi)部動(dòng)機(jī)。根據(jù)考試說(shuō)明，結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)，針對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容設(shè)定目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)與本課有密切聯(lián)系、針對(duì)性強(qiáng)的情境、實(shí)驗(yàn)或探究問(wèn)題。

1.1 學(xué)生表演，引出課題

兩名同學(xué)上臺(tái)表演交、直流大戰(zhàn)。故事發(fā)生在19世紀(jì)的美國(guó)，甲同學(xué)扮演直流電的代表人物愛(ài)迪生，乙同學(xué)扮演交流電的代表人物尼古拉·特斯拉，模擬爭(zhēng)辯的現(xiàn)場(chǎng)。

1.2 觀察實(shí)驗(yàn)，揭示目標(biāo)

演示實(shí)驗(yàn)：如圖1所示，用電池和手搖發(fā)電機(jī)分別給燈泡與兩個(gè)發(fā)光二極管供電，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，并分析原因。

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圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)時(shí)，開(kāi)始搖動(dòng)發(fā)電機(jī)的速度要慢，可以觀察到兩個(gè)發(fā)光二極管輪流發(fā)光。轉(zhuǎn)速加快后電壓增高，可能燒壞發(fā)光二極管；所以，有必要在兩個(gè)支路中再串聯(lián)一個(gè)二極管，既可以增加亮度，又可以防止發(fā)光二極管被燒壞。為增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，分別用紅色和綠色發(fā)光二極管加以區(qū)分。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生從感性角度認(rèn)識(shí)到交流電和直流電的區(qū)別。

在實(shí)際教學(xué)中，教師若能努力挖掘其潛在功能，運(yùn)用不同的方法建構(gòu)問(wèn)題平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，使其明確學(xué)習(xí)目標(biāo)并形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，往往能收到“出奇制勝”“先聲奪人”的效果，這是實(shí)現(xiàn)“高效課堂”的第一步。

2 合作探究，生長(zhǎng)智慧

合作包括師生合作和生生合作。探究的初始階段，教師要“扶”著學(xué)生走；在探究過(guò)程中，要“牽”著學(xué)生走，可以大膽開(kāi)放課堂，讓知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程完全通過(guò)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究完成。教師的角色由“導(dǎo)學(xué)”變?yōu)椤爸鷮W(xué)”，學(xué)生探究時(shí)，教師巡視，適時(shí)點(diǎn)撥；既要發(fā)現(xiàn)好的做法，也要及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的疑難問(wèn)題，及時(shí)對(duì)小組探究學(xué)習(xí)情況進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。

2.1 教師引導(dǎo)，方法點(diǎn)撥

介紹手搖發(fā)電機(jī)的組成結(jié)構(gòu)。通過(guò)介紹手搖發(fā)電機(jī)的模型，告訴學(xué)生實(shí)際的發(fā)電機(jī)要復(fù)雜的多，我們學(xué)習(xí)的是抽象出來(lái)的理想化模型。

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圖2 手搖發(fā)電機(jī)及其結(jié)構(gòu)

問(wèn)：手搖發(fā)電機(jī)發(fā)電的原理是什么？

生：電磁感應(yīng)。

問(wèn)：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，哪幾條邊產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)？

生：AB和CD邊產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)。

問(wèn)：線圈中感應(yīng)電流的方向用什么方法判斷？

生1：從切割的角度判斷，用右手定則。

生2：還可以從磁通量變化的角度判斷，用楞次定律。

問(wèn)：比較兩種方法，哪種更加方便？

生：沿垂直于磁場(chǎng)和平行于磁場(chǎng)兩個(gè)方向?qū)λ俣冗M(jìn)行分解，用右手定則判定，更加方便。

學(xué)生通過(guò)上一章的學(xué)習(xí)，是可以用楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律這些基本原理解決新情境下的這些問(wèn)題的。

2.2 師生合作，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)

用問(wèn)題鏈的方式引導(dǎo)學(xué)生分析線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中電動(dòng)勢(shì)和電流的變化情況；問(wèn)題的安排要有一定的梯度，逐步深入，以降低學(xué)習(xí)難度，突破難點(diǎn)。具體問(wèn)題設(shè)置如下：

①怎樣由立體圖畫(huà)出平面圖？注意在平面圖的基礎(chǔ)上分析后續(xù)問(wèn)題。

②在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過(guò)程中，AB邊中的電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過(guò)程中，AB邊中的電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？

③當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒(méi)有電流？轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中的電流最大？線圈在這些位置的磁通量及磁通量的變化率等還有什么特點(diǎn)？

2.3 小組活動(dòng)，合作探究

讓學(xué)生將交變電流的產(chǎn)生過(guò)程用表格的形式表達(dá)出來(lái)。為了更形象直觀地表達(dá)電流隨時(shí)間的變化情況，可以作出電流隨時(shí)間變化的曲線，在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達(dá)甲、乙、丙、丁、戊幾個(gè)位置時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。同時(shí)，運(yùn)用數(shù)學(xué)圖像對(duì)物理量隨時(shí)間的變化情況進(jìn)行定性的描述，猜想交變電流的變化規(guī)律可能是按什么函數(shù)變化。

實(shí)施本環(huán)節(jié)時(shí)，對(duì)教師有兩個(gè)要求：一是能準(zhǔn)確把握學(xué)生的認(rèn)知現(xiàn)狀，適時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)，做到“授學(xué)生所需”、有的放矢；二是以探究的理念組織教學(xué)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的探究教學(xué)。

3 交流展示，碰撞智慧

各小組的探究任務(wù)結(jié)束后，派兩名同學(xué)共同匯報(bào)本組的探究結(jié)果，其中一名同學(xué)解說(shuō)，另一名同學(xué)用發(fā)電機(jī)模型配合講解，展示結(jié)束后，要回答臺(tái)下同學(xué)的提問(wèn)。此時(shí)，教師不一定幫助其回答問(wèn)題，而是要適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，讓學(xué)生充分暴露自己的探究思路和探究細(xì)節(jié)，完成思維的碰撞，實(shí)現(xiàn)提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力提升。

學(xué)生展示探究的結(jié)果，如表2所示。

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圖4 電流隨時(shí)間的變化規(guī)律

學(xué)生通過(guò)小組探究，猜想“電流可能按正弦函數(shù)規(guī)律變化”。

本環(huán)節(jié)所用時(shí)間不長(zhǎng)，短短幾分鐘，卻會(huì)給學(xué)生的學(xué)習(xí)留下非常深刻的印象。所以，教師要讓“臺(tái)上”“臺(tái)下”的學(xué)生進(jìn)行討論。這要求教師給學(xué)生時(shí)間，無(wú)論是從學(xué)生成長(zhǎng)，還是課堂的深度的角度而言，這個(gè)環(huán)節(jié)都是必不可少的。

4 論證總結(jié)，生成智慧

針對(duì)本節(jié)課的基本知識(shí)、基本能力和基本方法，結(jié)合教師在教學(xué)中已有經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生提出的問(wèn)題，進(jìn)行論證并歸納總結(jié)。要注重知識(shí)的內(nèi)涵與外延的挖掘及其與學(xué)過(guò)知識(shí)的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生自主歸納總結(jié)，理清知識(shí)結(jié)構(gòu)，突出教材中基本概念、基本規(guī)律和基本特征與方法的掌握，突出學(xué)習(xí)態(tài)度的培養(yǎng)和總結(jié)反思習(xí)慣的養(yǎng)成。

4.1 設(shè)置情景，理論推導(dǎo)

問(wèn)題情景：如圖5所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，矩形線圈逆時(shí)針繞中軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω。圖中標(biāo)a的小圓圈表示線圈ab邊的橫截面，標(biāo)d的小圓圈表示線圈cd邊的橫截面，ab、cd邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，ad、bc邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，設(shè)線圈平面從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，則經(jīng)過(guò)時(shí)間t：

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圖5 平面圖

①線圈與中性面的夾角是多少？

②ab邊的速度為多大？

③ab邊的速度方向與磁場(chǎng)方向間的夾角為多大？

④ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？

⑤線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？

設(shè)置的問(wèn)題串梯度較小，教師和學(xué)生一起推導(dǎo)出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式。

4.2 規(guī)律表述，圖文并舉

擴(kuò)展到線圈有N匝時(shí)的表達(dá)式，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值表達(dá)式，瞬時(shí)值的概念，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式，電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式。若線圈有N匝，相當(dāng)于N個(gè)完全相同的電源串聯(lián)，e=NBωSsinωt，令Em=NBωS，Em叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值，e叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值。

根據(jù)部分電路歐姆定律，電壓的最大值Um=ImR，電壓的瞬時(shí)值U=Umsinωt。

用圖像表示交變電流的變化規(guī)律是一種重要的方法，它形象、直觀，易于被學(xué)生接受。因此，除了利用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示電動(dòng)勢(shì)、電流、電壓與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系外，還可以用正弦曲線來(lái)表示，如圖6所示。

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圖6 交變電流的正弦函數(shù)圖像

利用圖像可以對(duì)中性面的概念再進(jìn)行理解，即中性面是對(duì)感應(yīng)電流（或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）而言的。所謂中性面，是指在這個(gè)位置的前后電流可能為正或者為負(fù)，恰好在這個(gè)位置電流為零，即“不正不負(fù)”，取名為“中性面”。

4.3 分析實(shí)驗(yàn)，去偽存真

實(shí)驗(yàn)演示：將傳感器接到手搖發(fā)電機(jī)輸出端，觀察電壓隨時(shí)間變化的波形，結(jié)果如圖7所示。

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圖7 電壓隨時(shí)間變化的波形圖

問(wèn)：手搖交流發(fā)電機(jī)的電壓隨時(shí)間變化的波形為什么不是正弦式交流電？

生1：由于手搖時(shí)不是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

生2：磁場(chǎng)并不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，和我們推導(dǎo)時(shí)的理想情況不一樣。

問(wèn)：在理論推導(dǎo)中，為什么電流是正弦式的？

生：磁場(chǎng)和線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)均是理想化的，即線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

本環(huán)節(jié)是先通過(guò)理論推導(dǎo)得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式，再進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)加以說(shuō)明，體現(xiàn)了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)。在教師的啟發(fā)點(diǎn)撥下，學(xué)生積極思考，在思維能力的提升上得到較好的發(fā)展。

5 學(xué)以致用，呵護(hù)智慧

學(xué)生通過(guò)教師的幫助和相互之間的交流，依據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，運(yùn)用所得理論和已有的知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐，在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)或修正的過(guò)程，這是一個(gè)體現(xiàn)創(chuàng)造力的過(guò)程，探究的過(guò)程應(yīng)伴隨著問(wèn)題的不斷解決和新問(wèn)題的不斷出現(xiàn)。

5.1 了解生產(chǎn)，拓展知識(shí)

指導(dǎo)學(xué)生閱讀“科學(xué)漫步”，問(wèn)題串有助于學(xué)生深入理解材料內(nèi)容（解答略）。

①交流發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)件有哪些？

②交流發(fā)電機(jī)的基本類(lèi)型有幾種？

③獲得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有哪些方法？

④如何使交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生比較大的電壓？設(shè)計(jì)一個(gè)可以產(chǎn)生大電壓的發(fā)電機(jī)。

5.2 討論問(wèn)題，深化知識(shí)

問(wèn)：用手搖動(dòng)發(fā)電機(jī)，同時(shí)，使轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增加，引導(dǎo)學(xué)生觀察燈泡的亮度如何變化？為什么？

生：變亮。因?yàn)镋=NBSωsin（ωt），角速度增大，電動(dòng)勢(shì)增大，電流增大，所以，燈泡變亮。

問(wèn)：如果轉(zhuǎn)軸不在對(duì)稱(chēng)軸上，而是偏向一邊，能夠產(chǎn)生正弦式交流電嗎？

生：能。由E=NBSωsin（ωt）知，偏向一邊時(shí)，其中兩邊產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小不同，但是，電路中總的電動(dòng)勢(shì)不變。

問(wèn)：若改變線圈的形狀，保待線圈的匝數(shù)和面積不變，仍從與磁場(chǎng)垂直的位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律是否仍然為E=NBSωsin（ωt）呢？

生：仍然為E=NBSωsin（ωt）。推導(dǎo)過(guò)程：Φ=BScos（ωt），E=N■，E=NΦ'（t）=NBSωsin（ωt）。

5.3 分析現(xiàn)象，活化知識(shí)

演示實(shí)驗(yàn)：觀察燈絲顫動(dòng)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)器材：光具座、白熾燈、透鏡和光屏。

實(shí)驗(yàn)操作：

①將白熾燈、透鏡和光屏放置在光具座上，調(diào)節(jié)好距離，使燈在光屏上成放大、倒立的實(shí)像。

②當(dāng)燈點(diǎn)亮?xí)r，光屏上呈現(xiàn)清晰的燈絲的像。

③用一個(gè)蹄形磁鐵靠近白熾燈，觀察燈絲，可以看到燈絲顫動(dòng)的現(xiàn)象。

注意：要使用透明的、可以直接看到燈絲的白熾燈，一般用功率為15 W的即可。如果功率大，可以用變壓器調(diào)節(jié)燈的亮度，使燈絲的像更清晰。

問(wèn)：燈絲在磁鐵靠近時(shí)顫動(dòng)的原因是什么？

生：這是由于變化的電流在磁場(chǎng)中受到了變化的力，所以，燈絲在變力的作用下發(fā)生了顫動(dòng)。

實(shí)施本環(huán)節(jié)時(shí)，教師不能僅用單調(diào)的習(xí)題進(jìn)行反饋，而應(yīng)充分利用教材資源，拓展學(xué)生的視野。通過(guò)對(duì)公式中的相關(guān)物理量的討論，加深對(duì)公式的理解，激活學(xué)生的思維，培養(yǎng)思維的發(fā)散性。

本節(jié)課用詼諧幽默的表演引入新課，迅速吸引了學(xué)生的注意，巧妙地揭示了目標(biāo)。教學(xué)過(guò)程采取由感性到理性，由定性到定量，由特殊到一般，由猜想到驗(yàn)證，逐步深入的方法。用圖像表示交變電流的變化規(guī)律，是一種重要方法，它形象、直觀，學(xué)生易于接受，學(xué)生在已有的圖像知識(shí)的基礎(chǔ)上，能較好地掌握這種表述方法。在探究過(guò)程中，始終將學(xué)生置于探索者的位置，學(xué)習(xí)過(guò)程成為“發(fā)現(xiàn)”或“再發(fā)現(xiàn)”的過(guò)程，充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，讓學(xué)生自己從合作探究中得出結(jié)論，體驗(yàn)探索的快樂(lè)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。同時(shí)，老師的主導(dǎo)作用也得到了有效的體現(xiàn)。教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)方案、控制課堂教學(xué)的進(jìn)程、引導(dǎo)學(xué)生分析、討論和解決教學(xué)中遇到的問(wèn)題等，多次激起學(xué)生的思維火花，引起學(xué)生的共鳴，可以說(shuō)是成功地完成了“合作探究式智慧課堂”的構(gòu)建，行之有效地落實(shí)了既定的教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生既學(xué)到了知識(shí)又提高了能力。

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（欄目編輯 趙保鋼）