劉愛(ài)芬

摘 要：目前高中物理教材“交變電流”的課后作業(yè)側(cè)重解題，有應(yīng)試教育的傾向，與學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展相違背。探究性作業(yè)迎合了學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的需求?！敖蛔冸娏鳌钡膫鹘y(tǒng)作業(yè)向探究性作業(yè)轉(zhuǎn)變有利于提高學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有助于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。

關(guān)鍵詞：探究性作業(yè)；交變電流；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）7-0014-3

我國(guó)課程改革成果豐富，“滿堂灌”的課堂模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾〗M合作探究模式，“核心素養(yǎng)”的提出彰顯了國(guó)家對(duì)教育的重視。各縣市舉辦的教師技能大賽、優(yōu)質(zhì)課評(píng)比、教學(xué)設(shè)計(jì)比賽極大地推動(dòng)了課堂教學(xué)的發(fā)展，提高了教師的素質(zhì)。[1]但不得不指出，各學(xué)科課后作業(yè)的發(fā)展過(guò)于緩慢，傳統(tǒng)作業(yè)的改善也迫在眉睫。

以高中物理“交變電流”課后作業(yè)為例，無(wú)論哪個(gè)版本的教材，都側(cè)重于本節(jié)課學(xué)習(xí)結(jié)論的應(yīng)用。[2]傳統(tǒng)作業(yè)重點(diǎn)強(qiáng)化中性面位置的特點(diǎn)，公式E=-NBSωsinωt的應(yīng)用，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響因素等。這會(huì)給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)如下一些“危害”：

（1）無(wú)法鞏固教學(xué)效果。“交變電流”這節(jié)課是探究課，不僅是要得到幾個(gè)概念，更重要的是學(xué)生通過(guò)分析交變電流形成的過(guò)程，增強(qiáng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高物理學(xué)習(xí)的興趣。而學(xué)生的課后作業(yè)完全脫離分析過(guò)程，憑筆記的概念和公式完成作業(yè)，只能達(dá)到鞏固知識(shí)的效果。學(xué)生不能再次體驗(yàn)課堂的探究過(guò)程，也無(wú)法用這種分析方法處理實(shí)際的問(wèn)題。完成這樣的課后作業(yè)其效果可見(jiàn)一斑。

（2）無(wú)法實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育。學(xué)生完成傳統(tǒng)的“交變電流”課后作業(yè)會(huì)產(chǎn)生這樣的誤解——認(rèn)為物理學(xué)就是記住概念和公式，然后套用知識(shí)解決問(wèn)題。這會(huì)讓學(xué)生陷入應(yīng)試教育的困境，與物理課程開(kāi)設(shè)的初衷背道而馳。物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，學(xué)生學(xué)習(xí)物理更重要的是方法、技能、思維等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。學(xué)完一節(jié)探究課，只是進(jìn)行概念與公式的強(qiáng)化，等于殺雞取卵，得不償失。

（3）無(wú)法提高學(xué)生能力。目前“交變電流”課后作業(yè)，無(wú)需學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)地分析，無(wú)需用課堂教學(xué)的探究性思維處理問(wèn)題。學(xué)生僅僅套用公式，長(zhǎng)此以往，勢(shì)必導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)能力下降，思維水平停滯不前。即使有專家認(rèn)為課后作業(yè)要考慮大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，保證大部分學(xué)生能夠獨(dú)立完成，但也不得不說(shuō)，換一些具有思考價(jià)值、重視探究過(guò)程的問(wèn)題也能同時(shí)滿足多數(shù)學(xué)生的要求，又能提高更多學(xué)生的能力。

探究性作業(yè)顧名思義即作業(yè)注重探究，注重思考，注重實(shí)踐，是符合學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展需要，提高綜合能力的一種作業(yè)。[3]“交變電流”是一節(jié)探究課，課后作業(yè)設(shè)計(jì)為探究性作業(yè)最為合適。[4]當(dāng)然探究性作業(yè)雖然迎合素質(zhì)發(fā)展需要，但也要考慮其難度適中，時(shí)間恰當(dāng)，層次分明等因素。經(jīng)過(guò)思考，結(jié)合教科版3-2第二章第一節(jié)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)了三道探究性習(xí)題。

1 課后作業(yè)與設(shè)想

習(xí)題1：回顧本節(jié)課學(xué)習(xí)過(guò)程，回答下列問(wèn)題：

（1）本節(jié)課學(xué)習(xí)了哪種元件的工作原理？

（2）重點(diǎn)研究了哪個(gè)物理量的變化過(guò)程？

（3）線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生既可以理解為導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也可以理解為穿過(guò)線圈的磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。本次探究采用的是第幾種方法？

（4）兩根導(dǎo)體棒切割磁感線，大部分時(shí)間導(dǎo)體棒切割方向與磁感線并不垂直，如何解決這一問(wèn)題？

（5）線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是兩根導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和，請(qǐng)整理并推導(dǎo)公式E=NBSωsinωt。

設(shè)想：本節(jié)課是探究課，探究過(guò)程是本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，所以課后作業(yè)必須重現(xiàn)探究過(guò)程，幫助學(xué)生強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)。本題的提問(wèn)順序基本再現(xiàn)了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的思考過(guò)程，提出的五個(gè)問(wèn)題，按照由易到難，逐步提升的順序。前三個(gè)問(wèn)題相對(duì)基礎(chǔ)，第4個(gè)問(wèn)題是本次探究過(guò)程的一個(gè)難點(diǎn)，能夠進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)成果。最后一個(gè)小問(wèn)題，要求學(xué)生重新進(jìn)行推導(dǎo)，不僅加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)本節(jié)課探究過(guò)程的理解，更為下節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

習(xí)題2：思考第1題的問(wèn)題（3），嘗試用穿過(guò)線圈磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)這一思路，推導(dǎo)出線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E=NBSωcosωt（初始位置線圈與磁感線平行，公式中物理含義與今天所學(xué)內(nèi)容一致）。

提示1：線圈與磁感線平行時(shí)，求出磁通量大小。

提示2：從線圈與磁感線平行這一位置開(kāi)始分析，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角度為α=ωt時(shí)，寫出此時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量的表達(dá)式。

提示3：公式E=N，磁通量變化率即為Φ對(duì)t的求導(dǎo)結(jié)果。

提示4：求導(dǎo)過(guò)程中注意復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)的規(guī)律。

設(shè)想：熟話說(shuō)條條大道通羅馬，探究一個(gè)問(wèn)題的途徑是多種多樣的。教師在課堂上經(jīng)常教導(dǎo)學(xué)生要采用多方法解決問(wèn)題，但千百遍的呼吁不及讓學(xué)生親自去體驗(yàn)一次。

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可分為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)，本節(jié)探究課是借用動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的過(guò)程研究交流電的產(chǎn)生，學(xué)生當(dāng)然也可以借用感生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生過(guò)程加以分析。而且學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)導(dǎo)數(shù)、三角函數(shù)等知識(shí)，完全具備根據(jù)E=N公式推導(dǎo)出線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E=NBSωcosωt的能力?？紤]到是讓學(xué)生獨(dú)立完成探究和推導(dǎo)過(guò)程，所以給出了4個(gè)提示，幫助學(xué)生完成推導(dǎo)過(guò)程。

本題的參考答案：如圖1所示，此位置線圈垂直于中性面，即線圈與磁感線平行，其磁通量為0。從上往下看，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間t后，線圈與磁感線方向夾角為ωt。從該位置開(kāi)始，每個(gè)位置磁通量表達(dá)式為：Φ=BSsinωt。[5]

磁通量變化率即為Φ對(duì)t的求導(dǎo)結(jié)果，則：=BSωcosωt（注意cosωt是t的復(fù)合函數(shù)），代入公式E=N，有：E=-NBSωcosωt。[5]可以看到這兩種角度可以達(dá)到同一效果。

問(wèn)題3：如圖2所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。半徑為L(zhǎng)、圓心角為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（O軸位于磁場(chǎng)邊界）。請(qǐng)用導(dǎo)體切割磁感線和穿過(guò)線圈磁通量變化兩種角度分別討論：閉合導(dǎo)線框從開(kāi)始進(jìn)入到完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化。

設(shè)想：學(xué)以致用是物理教學(xué)的宗旨，掌握物理學(xué)探究方法是物理教學(xué)的目標(biāo)，所以應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生用學(xué)過(guò)的探究方法去解決問(wèn)題。同時(shí)這題也是易錯(cuò)題，防止學(xué)生直接套用現(xiàn)成的公式而導(dǎo)致解題錯(cuò)誤。

本題線框在切割磁感線的過(guò)程中并不是產(chǎn)生了正弦交流電源。具體過(guò)程表現(xiàn)為：閉合導(dǎo)線框從開(kāi)始進(jìn)入到完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，只有上方的一根導(dǎo)體棒不斷切割磁感線，而且切割的方向時(shí)刻與磁感線垂直。這個(gè)導(dǎo)體棒每個(gè)點(diǎn)的角速度一樣，半徑不一樣，故線速度不一樣。由于所有點(diǎn)的平均半徑為L(zhǎng)/2，則E=BLv=BL2ω/2，那進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持不變。

2 作業(yè)特色與功效

三道問(wèn)題緊扣當(dāng)天的學(xué)習(xí)內(nèi)容，突出探究學(xué)習(xí)過(guò)程，注重分析能力的培養(yǎng)。優(yōu)點(diǎn)有：

（1）鞏固教學(xué)效果。探究性作業(yè)并不是一味地探究，也保留了鞏固知識(shí)這一傳統(tǒng)作業(yè)的特點(diǎn)。本次作業(yè)的第一題通過(guò)再現(xiàn)課堂教學(xué)過(guò)程，強(qiáng)化當(dāng)天學(xué)習(xí)知識(shí)，學(xué)生自己再整理學(xué)習(xí)成果，有助于能力的提升，也能更好地記憶和理解物理概念與公式。

（2）注重探究應(yīng)用。從第二題開(kāi)始，要求學(xué)生深入思考交變電流產(chǎn)生的原因。第二題讓學(xué)生通過(guò)數(shù)學(xué)方法，借助另一種理解方式，推導(dǎo)出一樣的結(jié)論。這樣既能夠強(qiáng)化學(xué)生注重物理過(guò)程的學(xué)習(xí)，也能對(duì)正確的結(jié)論有更深的認(rèn)識(shí)。第三題，則要求學(xué)生根據(jù)兩種不同的理解方法解決一道非正弦交變電流的題目，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)交變電流研究的思路。

（3）講究層次分明。物理作業(yè)應(yīng)當(dāng)為大部分學(xué)生考慮，多數(shù)學(xué)生要能夠通過(guò)作業(yè)鞏固知識(shí)，提高能力。本次作業(yè)第一題是復(fù)習(xí)課堂知識(shí)，所有學(xué)生都能夠完成。第二題要求學(xué)生在四個(gè)提示下完成公式的推導(dǎo)，只要學(xué)生的數(shù)學(xué)能力達(dá)到一定水平，就能夠順利完成。第三題則是讓學(xué)生運(yùn)用知識(shí)，分析一個(gè)非正弦交變電流，既是難點(diǎn)，也是易錯(cuò)點(diǎn)。總體而言，三題呈現(xiàn)由易到難，展示出了由基礎(chǔ)到提升，由知道到領(lǐng)會(huì)的過(guò)程。

物理教學(xué)注重知識(shí)形成過(guò)程的體驗(yàn)，注重實(shí)際問(wèn)題的理解與分析，注重能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)物理作業(yè)越來(lái)越難適應(yīng)當(dāng)今物理教學(xué)的要求。探究性作業(yè)集合作、探討、體驗(yàn)等多個(gè)特點(diǎn)于一身，重視學(xué)生感受研究的過(guò)程，重視學(xué)生處理實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，重視學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。探究性作業(yè)同時(shí)也對(duì)教師提出了更大的挑戰(zhàn)，教師要注重素材的積累，設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)的探究性習(xí)題，發(fā)揮作業(yè)的最大作用。

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（欄目編輯 趙保鋼）