鄭永圣 陳之東

(南京市江寧高級中學 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 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)的教學為例，探討如何整合不同版本教材資源，搞好課堂教學設(shè)計，實現(xiàn)豐富教學素材，提高教學效率的目的.

整合 不同版本 資源 教學設(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，在平時的教學中，教師可以參考不同版本的教材來進行教學設(shè)計，可以較好地提高教學效率.下面以教科版教材和人教版教材中“交變電流”一節(jié)的教學為例，來談談如何整合不同版本教材資源，搞好課堂教學設(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.因為學生首先要知道兩個二極管是怎么連接的，圖中應該是并聯(lián)，但在實物模型中教師要告訴學生；其次學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，然后問學生，“你看到了什么？想到了什么？你能提出一些什么問題嗎？”學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.接著用示波器讓學生觀看學生電源提供的電壓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，會限制學生的思維，不利于學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展，在教學中我們要給學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的機會，接著解決來自學生的問題，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？人教版是將復雜的交變電流方向問題分解成一個個簡單的問題，引導學生根據(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，因為這樣做符合學生的認知規(guī)律，也降低了學生思維的難度.而教科版是在定量推導得出交變電流的正弦變化規(guī)律之后，再讓學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

整合后的教學設(shè)計：采用人教版的設(shè)計思路，課堂教學注重引導學生主動學習，積極思考.先讓學生閱讀教材，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，進而定量導出交變電流隨時間變化的規(guī)律.在這個教學環(huán)節(jié)中，最好將手搖發(fā)電機的實物模型給學生看一下，用這個實物模型作為支撐，與學生建立關(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，然后再引導學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)電磁感應定律，在ab邊上產(chǎn)生的感應電動勢的大小

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生去推導一下，學生是有這個能力的.可以引導學生利用前面學過的導體棒切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的公式，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.

整合后的教學設(shè)計：采用教科版的設(shè)計思路，引導學生一步步推出交變電流的大小變化規(guī)律.在這個教學環(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)生的感應電動勢多大？(5)線圈中感應電動勢多大？這樣就可逐步幫助學生構(gòu)建思維活動的路徑圖，通過這樣的教學設(shè)計，就可以較好地降低教學的坡度，使學生能真正地去自主探究，成為學習的主角.

4 關(guān)于知識擴展

人教版是以“科學漫步”形式呈現(xiàn)的，讓學生了解交流發(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.“科學漫步”、“發(fā)展空間”，僅供學有余力和有興趣的學生閱讀思考，引領(lǐng)學生關(guān)注科技進步，關(guān)注社會生活，激發(fā)學生對科學技術(shù)與人類生存狀態(tài)之間的關(guān)系進行思考.

整合后的教學設(shè)計：采用哪個版本的教學安排都行.

5 關(guān)于課后練習

人教版有5道習題.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、生活的實際，又訓練了學生的科學思維能力，讓學生體會到日常生活中常用到的是交變電流.第2題的目的是讓學生能確切理解磁通量的含義，進一步理解法拉第電磁感應定律，以及感應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電動勢的最大值.第4和第5題通過定量計算，使學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道習題，其中第1題是一道廢題，因為學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，有點讓學生死記硬背的感覺.

整合后的教學設(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)磁感應強度B為0.01 T，求：

(1)線圈中的感應電動勢的最大值Em；

(2)從圖示位置開始計時，線圈中的感應電動勢的瞬時值表達式；

圖4

整堂課整合后的教學設(shè)計是以學生思維活動為主線的課堂教學，學生經(jīng)歷了呈現(xiàn)事實、推理驗證、得出結(jié)論的完整學習過程.它通過事實呈現(xiàn)等方法使學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，這種方法符合學生的認知規(guī)律，能夠較好地激發(fā)學生的創(chuàng)新思維.在我們的教學過程中，我們要善于對不同的教學資源進行比較鑒別，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課例，從而不斷地豐富我們的課堂教學.

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：科學教育出版社，2006

2015-06-01)