鄭永圣 陳之東

(南京市江寧高級(jí)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(jì)
——以“交變電流”為例

鄭永圣 陳之東

(南京市江寧高級(jí)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(jì)，實(shí)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(jì) 交變電流

新課改以后，教材實(shí)行的是一綱多本，不同版本的教材有不同的特色，在平時(shí)的教學(xué)中，教師可以參考不同版本的教材來(lái)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，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(lái)談?wù)勅绾握喜煌姹窘滩馁Y源，搞好課堂教學(xué)設(shè)計(jì).

1 關(guān)于如何引入課題

人教版是以“做一做”引入的.把兩個(gè)發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管連接到手搖發(fā)電機(jī)的兩端，轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)與小燈泡接成閉合電路，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，觀察小燈泡亮度有何變化.這說(shuō)明了什么？再將小燈泡換成檢流計(jì)，緩慢、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可以看到檢流計(jì)的指針如何擺動(dòng).這又說(shuō)明了什么？

對(duì)比思考：人教版采用兩個(gè)發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管交替發(fā)光來(lái)說(shuō)明手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流方向發(fā)生了變化，但這中間有一個(gè)推理過(guò)程，有一定的難度.因?yàn)閷W(xué)生首先要知道兩個(gè)二極管是怎么連接的，圖中應(yīng)該是并聯(lián)，但在實(shí)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(shuō)明加在二極管上的電流方向會(huì)發(fā)生變化.而教科版先將手搖發(fā)電機(jī)與小燈泡接成閉合電路，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)替換小燈泡，可以直觀地看出電流表的指針在左右擺動(dòng)，這很容易就可得出電流的方向在發(fā)生變化.對(duì)比下來(lái)發(fā)現(xiàn)教科版的安排更好一些.

整合后的教學(xué)設(shè)計(jì)：先用一節(jié)干電池和一個(gè)小燈泡連接，小燈泡亮，且亮度不變.再將這個(gè)小燈泡接到一個(gè)手搖發(fā)電機(jī)上，轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)，在學(xué)生原來(lái)已有的直流電知識(shí)的基礎(chǔ)上引入交流電的知識(shí).雖然這是一個(gè)十分簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，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(jì)，緩慢、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，然后問(wèn)學(xué)生，“你看到了什么？想到了什么？你能提出一些什么問(wèn)題嗎？”學(xué)生看到指針左右擺動(dòng)，由此自然想到這個(gè)電流的方向在發(fā)生變化，為此也就想了解這個(gè)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(shí)間t變化的圖像(波形圖).要注意的是，在看到指針左右擺動(dòng)后，不能問(wèn)學(xué)生“電流的方向是不是發(fā)生了變化”這樣的問(wèn)題，這樣的問(wèn)題問(wèn)得太具體了，問(wèn)題問(wèn)得太具體，會(huì)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(wèn)題、提出問(wèn)題的機(jī)會(huì)，接著解決來(lái)自學(xué)生的問(wèn)題，這樣的課堂效率就會(huì)很高.

2 關(guān)于交變電流的方向

人教版是以4個(gè)問(wèn)題來(lái)展開(kāi)的.課本中給了線圈處于4個(gè)特殊位置時(shí)的情況，如圖1所示，提出了如下4個(gè)問(wèn)題.

問(wèn)題1：線圈由甲位置轉(zhuǎn)到乙的過(guò)程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？

問(wèn)題2：在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過(guò)程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？

問(wèn)題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？

問(wèn)題4：大致畫出通過(guò)電流表的電流隨時(shí)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(duì)比思考：如何突破“交變電流方向的變化規(guī)律”這個(gè)難點(diǎn)呢？人教版是將復(fù)雜的交變電流方向問(wèn)題分解成一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)原來(lái)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?yàn)檫@樣做符合學(xué)生的認(rèn)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(shuō)這是一大敗筆.因?yàn)閮筛羟懈畲鸥芯€，產(chǎn)生兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于兩個(gè)電源串聯(lián)，這個(gè)沒(méi)搞清楚，就去研究電流的大小，這違背了學(xué)生的認(rèn)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(jì)：采用人教版的設(shè)計(jì)思路，課堂教學(xué)注重引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)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(gè)問(wèn)題，定性得出交變電流隨時(shí)間變化的關(guān)系，進(jìn)而定量導(dǎo)出交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律.在這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，最好將手搖發(fā)電機(jī)的實(shí)物模型給學(xué)生看一下，用這個(gè)實(shí)物模型作為支撐，與學(xué)生建立關(guān)聯(lián)，因?yàn)閱?wèn)題的理性思維需要有效的感性材料來(lái)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(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為

e=nBL1L2ωsinωt=Emsinωt

當(dāng)發(fā)電機(jī)與電燈等純電阻負(fù)載連接時(shí)，負(fù)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(jìn)行理論探究.

(a)

(b)

將手搖發(fā)電機(jī)磁極間的磁場(chǎng)視為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向水平向右，線圈簡(jiǎn)化為單匝矩形線圈abcd，如圖2所示，線圈的邊長(zhǎng)分別為ab=L1, bc=L2,在線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，ab邊和cd邊要切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).由于這兩邊的運(yùn)動(dòng)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(dòng)勢(shì)大小相等，總電動(dòng)勢(shì)e=2eab，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，ab邊繞軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ=ωt,此時(shí)速度v的方向如圖2(b)所示，v與磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)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(jī)實(shí)際線圈的匝數(shù)為N，并令

Em=NBSω

則

e=Emsinθ=Emsinωt

對(duì)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(gè)能力的.可以引導(dǎo)學(xué)生利用前面學(xué)過(guò)的導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式，兩個(gè)棒切割，就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于有兩個(gè)電源，再通過(guò)前面方向的判定，就能得到總電動(dòng)勢(shì).

整合后的教學(xué)設(shè)計(jì)：采用教科版的設(shè)計(jì)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(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，首先要把知識(shí)的核心點(diǎn)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(dòng)勢(shì)的大小和方向，問(wèn)題較復(fù)雜；其次要將基本原理以問(wèn)題的形式呈現(xiàn)，比如可向?qū)W生提問(wèn)：(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(chǎng)方向夾角多大？(4)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？(5)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？這樣就可逐步幫助學(xué)生構(gòu)建思維活動(dòng)的路徑圖，通過(guò)這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，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(shí)擴(kuò)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(jī).

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(duì)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(jìn)步，關(guān)注社會(huì)生活，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)與人類生存狀態(tài)之間的關(guān)系進(jìn)行思考.

整合后的教學(xué)設(shè)計(jì)：采用哪個(gè)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(guò)對(duì)燈絲顫動(dòng)的分析，以真實(shí)物理現(xiàn)象為依據(jù)的問(wèn)題，既聯(lián)系科學(xué)、生活的實(shí)際，又訓(xùn)練了學(xué)生的科學(xué)思維能力，讓學(xué)生體會(huì)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(jìn)一步理解法拉第電磁感應(yīng)定律，以及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量沒(méi)有必然的聯(lián)系.第3題通過(guò)定量計(jì)算進(jìn)一步理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值.第4和第5題通過(guò)定量計(jì)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(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)圖示位置時(shí)

A．穿過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最大

B．穿過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最小

C．穿過(guò)線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大

D．穿過(guò)線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最小

圖3

第2題通過(guò)定量計(jì)算進(jìn)一步理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值和某個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)值.第3題根據(jù)表達(dá)式Em=NBSω,說(shuō)明交流發(fā)電機(jī)的Em與哪些因素有關(guān).

對(duì)比思考：個(gè)人覺(jué)得人教版的習(xí)題設(shè)計(jì)得較好，很好地鞏固了這堂課的基本知識(shí).教科版的3道習(xí)題，其中第1題是一道廢題，因?yàn)閷W(xué)生對(duì)線圈中磁通量的變化情況還不是十分清楚，這時(shí)去問(wèn)它的最大最小，還問(wèn)它的變化率就不是很合適了，對(duì)鞏固這堂課的基礎(chǔ)知識(shí)一點(diǎn)作用都沒(méi)有.第3題只要知道表達(dá)式Em=NBSω中各個(gè)字母的含義就行了，有點(diǎn)讓學(xué)生死記硬背的感覺(jué).

整合后的教學(xué)設(shè)計(jì)：為了鞏固本堂課的基本知識(shí)，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(zhǎng)為20 cm，bc邊長(zhǎng)為10 cm，繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為50 r/s，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.01 T，求：

(1)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em；

(2)從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；

圖4

整堂課整合后的教學(xué)設(shè)計(jì)是以學(xué)生思維活動(dòng)為主線的課堂教學(xué)，學(xué)生經(jīng)歷了呈現(xiàn)事實(shí)、推理驗(yàn)證、得出結(jié)論的完整學(xué)習(xí)過(guò)程.它通過(guò)事實(shí)呈現(xiàn)等方法使學(xué)生獲得對(duì)新知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，再通過(guò)提出問(wèn)題、分析推理等方法幫助學(xué)生把新知識(shí)提升到理性認(rèn)識(shí)水平，最后回歸實(shí)踐，這種方法符合學(xué)生的認(rèn)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(guò)程中，我們要善于對(duì)不同的教學(xué)資源進(jìn)行比較鑒別，吸收各種資源中好的東西，開(kāi)發(fā)出一些有鮮明特點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理·選修3-2.北京：科學(xué)教育出版社，2006

2015-06-01)