整合不同版本教材資源搞好課堂教學(xué)設(shè)計
——以“交變電流”為例

鄭永圣 陳之東

(南京市江寧高級中學(xué) 江蘇 南京 211000)

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整合不同版本教材資源搞好課堂教學(xué)設(shè)計
——以“交變電流”為例

鄭永圣 陳之東

(南京市江寧高級中學(xué) 江蘇 南京 211000)

以教科版和人教版物理教材中“交變電流”一節(jié)的教學(xué)為例，探討如何整合不同版本教材資源，搞好課堂教學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)豐富教學(xué)素材，提高教學(xué)效率的目的.

整合 不同版本 資源 教學(xué)設(shè)計 交變電流

新課改以后，教材實行的是一綱多本，不同版本的教材有不同的特色，在平時的教學(xué)中，教師可以參考不同版本的教材來進行教學(xué)設(shè)計，可以較好地提高教學(xué)效率.下面以教科版教材和人教版教材中“交變電流”一節(jié)的教學(xué)為例，來談?wù)勅绾握喜煌姹窘滩馁Y源，搞好課堂教學(xué)設(shè)計.

1 關(guān)于如何引入課題

人教版是以“做一做”引入的.把兩個發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管連接到手搖發(fā)電機的兩端，轉(zhuǎn)動手柄，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況.

教科版是以“觀察思考”引入.先將手搖發(fā)電機與小燈泡接成閉合電路，勻速轉(zhuǎn)動手柄，觀察小燈泡亮度有何變化.這說明了什么？再將小燈泡換成檢流計，緩慢、勻速轉(zhuǎn)動手柄，可以看到檢流計的指針如何擺動.這又說明了什么？

對比思考：人教版采用兩個發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管交替發(fā)光來說明手搖發(fā)電機產(chǎn)生的電流方向發(fā)生了變化，但這中間有一個推理過程，有一定的難度.因為學(xué)生首先要知道兩個二極管是怎么連接的，圖中應(yīng)該是并聯(lián)，但在實物模型中教師要告訴學(xué)生；其次學(xué)生必須知道二極管具有單向?qū)щ娦?，它交替發(fā)光說明加在二極管上的電流方向會發(fā)生變化.而教科版先將手搖發(fā)電機與小燈泡接成閉合電路，勻速轉(zhuǎn)動手柄，讓學(xué)生觀察小燈泡亮度的變化，從而得出電流大小在變化；接著再用檢流計替換小燈泡，可以直觀地看出電流表的指針在左右擺動，這很容易就可得出電流的方向在發(fā)生變化.對比下來發(fā)現(xiàn)教科版的安排更好一些.

整合后的教學(xué)設(shè)計：先用一節(jié)干電池和一個小燈泡連接，小燈泡亮，且亮度不變.再將這個小燈泡接到一個手搖發(fā)電機上，轉(zhuǎn)動手柄，觀察小燈泡的發(fā)光情況，可以看到小燈泡一閃一閃的，這樣由直流到交流的設(shè)計，在學(xué)生原來已有的直流電知識的基礎(chǔ)上引入交流電的知識.雖然這是一個十分簡單的實驗，但一定要做一下，這樣可以很好地降低學(xué)生的思維難度.然后將小燈泡換成檢流計，緩慢、勻速轉(zhuǎn)動手柄，然后問學(xué)生，“你看到了什么？想到了什么？你能提出一些什么問題嗎？”學(xué)生看到指針左右擺動，由此自然想到這個電流的方向在發(fā)生變化，為此也就想了解這個電流方向是怎么變化的.接著用示波器讓學(xué)生觀看學(xué)生電源提供的電壓u隨時間t變化的圖像(波形圖).要注意的是，在看到指針左右擺動后，不能問學(xué)生“電流的方向是不是發(fā)生了變化”這樣的問題，這樣的問題問得太具體了，問題問得太具體，會限制學(xué)生的思維，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展，在教學(xué)中我們要給學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的機會，接著解決來自學(xué)生的問題，這樣的課堂效率就會很高.

2 關(guān)于交變電流的方向

人教版是以4個問題來展開的.課本中給了線圈處于4個特殊位置時的情況，如圖1所示，提出了如下4個問題.

問題1：線圈由甲位置轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？

問題2：在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？

問題3：當線圈轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中沒有電流，轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中的電流最大？

問題4：大致畫出通過電流表的電流隨時間變化的曲線.

教科版是在定量理論探究的基礎(chǔ)上，在“討論交流”欄目中研究的.

對比思考：如何突破“交變電流方向的變化規(guī)律”這個難點呢？人教版是將復(fù)雜的交變電流方向問題分解成一個個簡單的問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)原來已經(jīng)掌握了的楞次定律或右手定則去理解交變電流方向的變化，這樣處理是很好的，因為這樣做符合學(xué)生的認知規(guī)律，也降低了學(xué)生思維的難度.而教科版是在定量推導(dǎo)得出交變電流的正弦變化規(guī)律之后，再讓學(xué)生似懂非懂地從圖像中去理解交變電流的方向變化規(guī)律，可以說這是一大敗筆.因為兩根棒切割磁感線，產(chǎn)生兩個電動勢，相當于兩個電源串聯(lián)，這個沒搞清楚，就去研究電流的大小，這違背了學(xué)生的認知規(guī)律.

圖1 人教版交變電流方向探究

整合后的教學(xué)設(shè)計：采用人教版的設(shè)計思路，課堂教學(xué)注重引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，積極思考.先讓學(xué)生閱讀教材，然后回答教材提出的4個問題，定性得出交變電流隨時間變化的關(guān)系，進而定量導(dǎo)出交變電流隨時間變化的規(guī)律.在這個教學(xué)環(huán)節(jié)中，最好將手搖發(fā)電機的實物模型給學(xué)生看一下，用這個實物模型作為支撐，與學(xué)生建立關(guān)聯(lián)，因為問題的理性思維需要有效的感性材料來作為支撐，然后再引導(dǎo)學(xué)生將線圈的立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，這樣可以較好地降低學(xué)生的思維難度.

3 關(guān)于交變電流的大小

人教版是直接給出結(jié)果.從中性面開始計時，線圈轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢表達式為

e=nBL1L2ωsinωt=Emsinωt

當發(fā)電機與電燈等純電阻負載連接時，負載兩端的電壓、電流的變化規(guī)律u=Umsinωt，i=Imsinωt，指出這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流.

教科版是進行理論探究.

(a)

(b)

將手搖發(fā)電機磁極間的磁場視為磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，方向水平向右，線圈簡化為單匝矩形線圈abcd，如圖2所示，線圈的邊長分別為ab=L1, bc=L2,在線圈勻速轉(zhuǎn)動的過程中，ab邊和cd邊要切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.由于這兩邊的運動速度始終是大小相等而方向相反，所以兩邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小相等，總電動勢e=2eab，經(jīng)過時間t，ab邊繞軸轉(zhuǎn)過的角度θ=ωt,此時速度v的方向如圖2(b)所示，v與磁場方向垂直的分量v1=vsinθ=vsinωt,根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在ab邊上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小

e=2eab=BL1L2ωsinωt

設(shè)S為矩形線圈abcd的面積，S=L1L2.考慮到發(fā)電機實際線圈的匝數(shù)為N，并令

Em=NBSω

則

e=Emsinθ=Emsinωt

對比思考：交變電流的大小最好要帶學(xué)生去推導(dǎo)一下，學(xué)生是有這個能力的.可以引導(dǎo)學(xué)生利用前面學(xué)過的導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的公式，兩個棒切割，就會產(chǎn)生兩個電動勢，相當于有兩個電源，再通過前面方向的判定，就能得到總電動勢.

整合后的教學(xué)設(shè)計：采用教科版的設(shè)計思路，引導(dǎo)學(xué)生一步步推出交變電流的大小變化規(guī)律.在這個教學(xué)環(huán)節(jié)中，首先要把知識的核心點轉(zhuǎn)化成一些基本原理，如交變電流的大小推導(dǎo)涉及到了兩條邊切割磁感線，需要討論兩條邊所產(chǎn)生的電動勢的大小和方向，問題較復(fù)雜；其次要將基本原理以問題的形式呈現(xiàn)，比如可向?qū)W生提問：(1)線圈與中性面的夾角是多少？(2)ab邊的速度多大？(3)ab邊速度方向與磁場方向夾角多大？(4)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢多大？(5)線圈中感應(yīng)電動勢多大？這樣就可逐步幫助學(xué)生構(gòu)建思維活動的路徑圖，通過這樣的教學(xué)設(shè)計，就可以較好地降低教學(xué)的坡度，使學(xué)生能真正地去自主探究，成為學(xué)習(xí)的主角.

4 關(guān)于知識擴展

人教版是以“科學(xué)漫步”形式呈現(xiàn)的，讓學(xué)生了解交流發(fā)電機.

教科版是以“發(fā)展空間” 形式呈現(xiàn)的，讓學(xué)生了解發(fā)電設(shè)備.

對比思考：這兩種處理方法差別不大.“科學(xué)漫步”、“發(fā)展空間”，僅供學(xué)有余力和有興趣的學(xué)生閱讀思考，引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注科技進步，關(guān)注社會生活，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)與人類生存狀態(tài)之間的關(guān)系進行思考.

整合后的教學(xué)設(shè)計：采用哪個版本的教學(xué)安排都行.

5 關(guān)于課后練習(xí)

人教版有5道習(xí)題.第1題通過對燈絲顫動的分析，以真實物理現(xiàn)象為依據(jù)的問題，既聯(lián)系科學(xué)、生活的實際，又訓(xùn)練了學(xué)生的科學(xué)思維能力，讓學(xué)生體會到日常生活中常用到的是交變電流.第2題的目的是讓學(xué)生能確切理解磁通量的含義，進一步理解法拉第電磁感應(yīng)定律，以及感應(yīng)電動勢的大小與磁通量沒有必然的聯(lián)系.第3題通過定量計算進一步理解感應(yīng)電動勢的最大值.第4和第5題通過定量計算，使學(xué)生理解和掌握交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律.

教科版有3道習(xí)題.其中第1題如下：如圖3所示，一線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過圖示位置時

A．穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最大

B．穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最小

C．穿過線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大

D．穿過線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最小

圖3

第2題通過定量計算進一步理解感應(yīng)電動勢的最大值和某個時刻的瞬時值.第3題根據(jù)表達式Em=NBSω,說明交流發(fā)電機的Em與哪些因素有關(guān).

對比思考：個人覺得人教版的習(xí)題設(shè)計得較好，很好地鞏固了這堂課的基本知識.教科版的3道習(xí)題，其中第1題是一道廢題，因為學(xué)生對線圈中磁通量的變化情況還不是十分清楚，這時去問它的最大最小，還問它的變化率就不是很合適了，對鞏固這堂課的基礎(chǔ)知識一點作用都沒有.第3題只要知道表達式Em=NBSω中各個字母的含義就行了，有點讓學(xué)生死記硬背的感覺.

整合后的教學(xué)設(shè)計：為了鞏固本堂課的基本知識，只要選取人教版課后的第1題，第2題，再將人教版的第3，4，5題3道題和教科版的第2題整合成下面的一道題就行了.

【題目】如圖4所示，矩形線圈abcd匝數(shù)為100匝，線圈ab邊長為20 cm，bc邊長為10 cm，繞垂直于磁場方向的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為50 r/s，設(shè)磁感應(yīng)強度B為0.01 T，求：

(1)線圈中的感應(yīng)電動勢的最大值Em；

(2)從圖示位置開始計時，線圈中的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式；

圖4

整堂課整合后的教學(xué)設(shè)計是以學(xué)生思維活動為主線的課堂教學(xué)，學(xué)生經(jīng)歷了呈現(xiàn)事實、推理驗證、得出結(jié)論的完整學(xué)習(xí)過程.它通過事實呈現(xiàn)等方法使學(xué)生獲得對新知識的感性認識，再通過提出問題、分析推理等方法幫助學(xué)生把新知識提升到理性認識水平，最后回歸實踐，這種方法符合學(xué)生的認知規(guī)律，能夠較好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維.在我們的教學(xué)過程中，我們要善于對不同的教學(xué)資源進行比較鑒別，吸收各種資源中好的東西，開發(fā)出一些有鮮明特點的教學(xué)課例，從而不斷地豐富我們的課堂教學(xué).

1 人民教育出版社.普通高中課程標準實驗教科書 物理·選修3-2.北京：人民教育出版社，2011

2 教育科學(xué)出版社.普通高中課程標準實驗教科書 物理·選修3-2.北京：科學(xué)教育出版社，2006

2015-06-01)