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，呵護智慧，展示實力。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；實驗探究；智慧課堂

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：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、智慧為目標的教學(xué)過程，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，通過學(xué)生的積極參與、用心體驗、深入探究、實踐提升，構(gòu)成智慧流動的課堂。下面以“交變電流”一課為例，說明“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)過程中，要創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生探究的內(nèi)部動機。根據(jù)考試說明，結(jié)合學(xué)生已有的知識，針對本節(jié)課的內(nèi)容設(shè)定目標，創(chuàng)設(shè)與本課有密切聯(lián)系、針對性強的情境、實驗或探究問題。

1.1 學(xué)生表演，引出課題

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

1.2 觀察實驗，揭示目標

演示實驗：如圖1所示，用電池和手搖發(fā)電機分別給燈泡與兩個發(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 實驗裝置

實驗時，開始搖動發(fā)電機的速度要慢，可以觀察到兩個發(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，有必要在兩個支路中再串聯(lián)一個二極管，既可以增加亮度，又可以防止發(fā)光二極管被燒壞。為增強實驗效果，分別用紅色和綠色發(fā)光二極管加以區(qū)分。通過演示實驗，使學(xué)生從感性角度認識到交流電和直流電的區(qū)別。

在實際教學(xué)中，教師若能努力挖掘其潛在功能，運用不同的方法建構(gòu)問題平臺，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)目標并形成學(xué)習(xí)動機，往往能收到“出奇制勝”“先聲奪人”的效果，這是實現(xiàn)“高效課堂”的第一步。

2 合作探究，生長智慧

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；在探究過程中，要“牽”著學(xué)生走，可以大膽開放課堂，讓知識的建構(gòu)過程完全通過學(xué)生的實驗探究完成。教師的角色由“導(dǎo)學(xué)”變?yōu)椤爸鷮W(xué)”，學(xué)生探究時，教師巡視，適時點撥；既要發(fā)現(xiàn)好的做法，也要及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的疑難問題，及時對小組探究學(xué)習(xí)情況進行恰當?shù)脑u價。

2.1 教師引導(dǎo)，方法點撥

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

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圖2 手搖發(fā)電機及其結(jié)構(gòu)

問：手搖發(fā)電機發(fā)電的原理是什么？

生：電磁感應(yīng)。

問：線圈轉(zhuǎn)動過程中，哪幾條邊產(chǎn)生了感生電動勢？

生：AB和CD邊產(chǎn)生了感生電動勢。

問：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：比較兩種方法，哪種更加方便？

生：沿垂直于磁場和平行于磁場兩個方向?qū)λ俣冗M行分解，用右手定則判定，更加方便。

學(xué)生通過上一章的學(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題的。

2.2 師生合作，問題驅(qū)動

用問題鏈的方式引導(dǎo)學(xué)生分析線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中電動勢和電流的變化情況；問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。具體問題設(shè)置如下：

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

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

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？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？

2.3 小組活動，合作探究

讓學(xué)生將交變電流的產(chǎn)生過程用表格的形式表達出來。為了更形象直觀地表達電流隨時間的變化情況，可以作出電流隨時間變化的曲線，在橫坐標上標出線圈到達甲、乙、丙、丁、戊幾個位置時對應(yīng)的時刻。同時，運用數(shù)學(xué)圖像對物理量隨時間的變化情況進行定性的描述，猜想交變電流的變化規(guī)律可能是按什么函數(shù)變化。

實施本環(huán)節(jié)時，對教師有兩個要求：一是能準確把握學(xué)生的認知現(xiàn)狀，適時進行引導(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)共同匯報本組的探究結(jié)果，其中一名同學(xué)解說，另一名同學(xué)用發(fā)電機模型配合講解，展示結(jié)束后，要回答臺下同學(xué)的提問。此時，教師不一定幫助其回答問題，而是要適時引導(dǎo)學(xué)生進行討論，讓學(xué)生充分暴露自己的探究思路和探究細節(jié)，完成思維的碰撞，實現(xiàn)提出問題、解決問題的能力提升。

學(xué)生展示探究的結(jié)果，如表2所示。

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圖4 電流隨時間的變化規(guī)律

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

本環(huán)節(jié)所用時間不長，短短幾分鐘，卻會給學(xué)生的學(xué)習(xí)留下非常深刻的印象。所以，教師要讓“臺上”“臺下”的學(xué)生進行討論。這要求教師給學(xué)生時間，無論是從學(xué)生成長，還是課堂的深度的角度而言，這個環(huán)節(jié)都是必不可少的。

4 論證總結(jié)，生成智慧

針對本節(jié)課的基本知識、基本能力和基本方法，結(jié)合教師在教學(xué)中已有經(jīng)驗和學(xué)生提出的問題，進行論證并歸納總結(jié)。要注重知識的內(nèi)涵與外延的挖掘及其與學(xué)過知識的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生自主歸納總結(jié)，理清知識結(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)

問題情景：如圖5所示，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，矩形線圈逆時針繞中軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為ω。圖中標a的小圓圈表示線圈ab邊的橫截面，標d的小圓圈表示線圈cd邊的橫截面，ab、cd邊的長度為L1，ad、bc邊的長度為L2，設(shè)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，則經(jīng)過時間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方向間的夾角為多大？

④ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為多大？

⑤線圈中的感應(yīng)電動勢為多大？

設(shè)置的問題串梯度較小，教師和學(xué)生一起推導(dǎo)出線圈中感應(yīng)電動勢的表達式。

4.2 規(guī)律表述，圖文并舉

擴展到線圈有N匝時的表達式，感應(yīng)電動勢的峰值表達式，瞬時值的概念，電流的瞬時值表達式，電壓的瞬時值表達式。若線圈有N匝，相當于N個完全相同的電源串聯(lián)，e=NBωSsinωt，令Em=NBωS，Em叫做感應(yīng)電動勢的峰值，e叫做感應(yīng)電動勢的瞬時值。

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)表達式表示電動勢、電流、電壓與時間的函數(shù)關(guān)系外，還可以用正弦曲線來表示，如圖6所示。

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圖6 交變電流的正弦函數(shù)圖像

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

4.3 分析實驗，去偽存真

實驗演示：將傳感器接到手搖發(fā)電機輸出端，觀察電壓隨時間變化的波形，結(jié)果如圖7所示。

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圖7 電壓隨時間變化的波形圖

問：手搖交流發(fā)電機的電壓隨時間變化的波形為什么不是正弦式交流電？

生1：由于手搖時不是勻速轉(zhuǎn)動。

生2：磁場并不是勻強磁場，和我們推導(dǎo)時的理想情況不一樣。

問：在理論推導(dǎo)中，為什么電流是正弦式的？

生：磁場和線圈的轉(zhuǎn)動均是理想化的，即線圈在勻強磁場中作勻速轉(zhuǎn)動。

本環(huán)節(jié)是先通過理論推導(dǎo)得出感應(yīng)電動勢的表達式，再進一步用實驗加以說明，體現(xiàn)了科學(xué)的嚴謹。在教師的啟發(fā)點撥下，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，呵護智慧

學(xué)生通過教師的幫助和相互之間的交流，依據(jù)實驗事實，運用所得理論和已有的知識指導(dǎo)實踐，在實踐中得到檢驗或修正的過程，這是一個體現(xiàn)創(chuàng)造力的過程，探究的過程應(yīng)伴隨著問題的不斷解決和新問題的不斷出現(xiàn)。

5.1 了解生產(chǎn)，拓展知識

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

①交流發(fā)電機的基本構(gòu)件有哪些？

②交流發(fā)電機的基本類型有幾種？

③獲得感應(yīng)電動勢有哪些方法？

④如何使交流發(fā)電機產(chǎn)生比較大的電壓？設(shè)計一個可以產(chǎn)生大電壓的發(fā)電機。

5.2 討論問題，深化知識

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

生：變亮。因為E=NBSωsin（ωt），角速度增大，電動勢增大，電流增大，所以，燈泡變亮。

問：如果轉(zhuǎn)軸不在對稱軸上，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，其中兩邊產(chǎn)生的電動勢大小不同，但是，電路中總的電動勢不變。

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

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

5.3 分析現(xiàn)象，活化知識

演示實驗：觀察燈絲顫動現(xiàn)象。

實驗器材：光具座、白熾燈、透鏡和光屏。

實驗操作：

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、倒立的實像。

②當燈點亮?xí)r，光屏上呈現(xiàn)清晰的燈絲的像。

③用一個蹄形磁鐵靠近白熾燈，觀察燈絲，可以看到燈絲顫動的現(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：燈絲在磁鐵靠近時顫動的原因是什么？

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

實施本環(huán)節(jié)時，教師不能僅用單調(diào)的習(xí)題進行反饋，而應(yīng)充分利用教材資源，拓展學(xué)生的視野。通過對公式中的相關(guān)物理量的討論，加深對公式的理解，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。教學(xué)過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的基礎(chǔ)上，能較好地掌握這種表述方法。在探究過程中，始終將學(xué)生置于探索者的位置，學(xué)習(xí)過程成為“發(fā)現(xiàn)”或“再發(fā)現(xiàn)”的過程，充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，讓學(xué)生自己從合作探究中得出結(jié)論，體驗探索的快樂，強化學(xué)習(xí)的樂趣。同時，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)計方案、控制課堂教學(xué)的進程、引導(dǎo)學(xué)生分析、討論和解決教學(xué)中遇到的問題等，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，行之有效地落實了既定的教學(xué)目標，使學(xué)生既學(xué)到了知識又提高了能力。

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（欄目編輯 趙保鋼）