黃河

摘 要：如何培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，如何進(jìn)行智慧教學(xué)并實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本文以 “交變電流”這一教學(xué)內(nèi)容為例，從物理學(xué)科的實(shí)踐性、物理知識(shí)的延展性、物理模型的差異性三個(gè)方面進(jìn)行了闡述，從數(shù)理結(jié)合的融合度著手，體現(xiàn)了物理概念和規(guī)律的深度教學(xué)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng) ；實(shí)踐性；延展性；差異性；數(shù)理結(jié)合的融合度；深度教學(xué)

在實(shí)現(xiàn)高中物理核心素養(yǎng)背景下，教師應(yīng)依托教材，讓課堂充滿智慧，迸發(fā)創(chuàng)新思維的火花，使教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式發(fā)生根本性的變革。從而促使學(xué)生將物理知識(shí)內(nèi)化，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，使學(xué)生具有分析和解決物理問(wèn)題的特質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)高中物理核心素養(yǎng)的要求。下面筆者以“交變電流”這一教學(xué)內(nèi)容為例，結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐談?wù)勛龇ā?/p>

1 引用實(shí)例，學(xué)以致用，體現(xiàn)物理學(xué)科實(shí)踐性

物理與生活息息相關(guān)，物理原理的應(yīng)用在生活中比比皆是。將生活實(shí)例引入課堂，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，促進(jìn)課堂教學(xué)質(zhì)量的提升[ 1 ]。筆者在備課中用心搜集生活實(shí)例，使學(xué)生意識(shí)到學(xué)物理的實(shí)用性，注重以物寓理。課上，筆者展示了自行車上照明用的車頭燈、220V單相交流發(fā)電機(jī)、風(fēng)速儀實(shí)物，讓學(xué)生觀察和拆卸。生活實(shí)例的引入激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，探究欲望被點(diǎn)燃，興致勃勃地進(jìn)行觀察思考、動(dòng)手操作、剖析模型結(jié)構(gòu)、思維碰撞、分析原理等一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)，感性地認(rèn)識(shí)了產(chǎn)生交變電流的模型，實(shí)現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)，起到了事半功倍的教學(xué)效果。實(shí)例與圖示如下。

例1：自行車上照明用的車頭燈的原理分析（如圖1所示），在自行車前進(jìn)的過(guò)程中車輪通過(guò)摩擦帶動(dòng)摩擦小輪，從而通過(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)，在U形鐵芯中形成交變的磁場(chǎng)，在電樞線圈中發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，從而在車頭燈回路中形成交變電流。

例2：?jiǎn)蜗嘟蛔冸娏靼l(fā)電機(jī)的原理分析（如圖2所示），通過(guò)外力旋轉(zhuǎn)磁極，同理會(huì)在電樞線圈回路中形成交變電流。

例3：風(fēng)速儀的原理分析（如圖3所示）[ 2 ]，風(fēng)吹風(fēng)杯通過(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)，利用電流測(cè)量裝置測(cè)出線圈回路中的交變電流。

在以上教學(xué)過(guò)程中，筆者將知識(shí)和應(yīng)用進(jìn)行深度融合，先通過(guò)實(shí)例的分析讓學(xué)生體會(huì)到物理就在我們的身邊，感受知識(shí)的力量，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)物理的濃厚興趣。而后引導(dǎo)學(xué)生比較以上種種生活實(shí)例，發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的物理知識(shí)是一樣，有異曲同工之妙，告訴學(xué)生只要肯動(dòng)腦，就可以創(chuàng)造生活，讓學(xué)生體會(huì)到物理知識(shí)的實(shí)用價(jià)值。循序漸進(jìn)，實(shí)現(xiàn)深度教學(xué)。

2 創(chuàng)設(shè)模型，舉一反三，探究物理知識(shí)的延展性

認(rèn)知心理學(xué)表明：學(xué)生在進(jìn)行抽象的思維活動(dòng)過(guò)程中，往往難以擺脫已有的思維方式。所以教師必須十分注意培養(yǎng)學(xué)生的求異思維，使他們逐步形成多角度、多方位的思維能力。筆者以實(shí)現(xiàn)正弦式交變電流即瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式e=NBS？棕sin？棕t為目的，從導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E=BLv⊥或從法拉第電磁感應(yīng)定律e= （Δt→0）角度出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考。通過(guò)教材中產(chǎn)生正弦式交變電流的模型的學(xué)習(xí)，使學(xué)生建立起物理模型即在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一矩形線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。挖掘其本質(zhì)其實(shí)是改變導(dǎo)體棒切割速度v⊥（如圖4所示）。而后，引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考討論：是否進(jìn)一步可以有其他的產(chǎn)生模型？一石激起千層浪，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生從不同角度入手積極思考，他們的思維躍動(dòng)著創(chuàng)新的火花。

思路一：可以改變導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的有效速度v⊥

物體的運(yùn)動(dòng)可分為轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)，這就為我們提拱了兩種可能的設(shè)計(jì)方案：

（1） 如圖4所示，N匝的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，則

e=2NBladv⊥=2NBladvsin？棕t=2NBlad（ ？棕lab）sin？棕t=NBS？棕sin？棕t

筆者引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散性思維：對(duì)軸進(jìn)行平動(dòng)至線圈上任意一個(gè)位置或線圈外任意一位置；軸也可以在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)如軸與磁場(chǎng)平行或軸與磁場(chǎng)成？茲角。

（2） 如圖5所示，導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以速度v=v0sin？棕t作切割磁感線運(yùn)動(dòng)，則e=Blv=Blv0sin？棕t

思路二：可以改變磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B

可以利用時(shí)空的變化營(yíng)造出產(chǎn)生正弦式交變電流的情境。這同樣有兩種可能的設(shè)計(jì)方案：

（1） 從時(shí)間上設(shè)計(jì)

如圖6所示，一矩形線圈處在某一豎直向下的磁場(chǎng)中，該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化規(guī)律為B=B0sin？棕t，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=N =N S，若Δt→0，則線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e=N S，所以函數(shù)B（t）的導(dǎo)數(shù)即 =B0？棕cos？棕t，由此可得e=NB0S？棕cos？棕t。

（2） 從空間上設(shè)計(jì)

如圖7甲所示，磁場(chǎng)垂直于xoy平面，如圖7乙所示在沿

x方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨位移x變化規(guī)律為B=B0sin x，當(dāng)導(dǎo)體桿以速度v沿x軸勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Blv=B0lvsin x。

思路三：可以改變導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的有效長(zhǎng)度l

在導(dǎo)體棒勻速切割勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，通過(guò)有效長(zhǎng)度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)回路中交變電流的產(chǎn)生，如圖8所示，兩條絕緣的導(dǎo)軌形狀滿足y=Asinx，則當(dāng)導(dǎo)體棒以速度v勻速沿導(dǎo)軌滑動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)軌間導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為e=B2yv=2BAvsinvt。

思路四：可以改變閉合回路在磁場(chǎng)中的有效面積S

如圖9所示，閉合回路ADC在半圓形區(qū)域的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，A、C端固定，D端從A開(kāi)始繞圓弧ABC緩慢移動(dòng)，則閉合回路中在磁場(chǎng)中的有效面積S= .2R.Rsin？棕t，所以函數(shù)S（t）的導(dǎo)函數(shù)即 =R2？棕cos？棕t，則在閉合回路中產(chǎn)生瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)e= = =BR2？棕cos？棕t。

通過(guò)上述各種模型的建立和分析，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性的學(xué)習(xí)，深入思考，舉一反三，讓學(xué)生從本源上掌握交變電流的形成原理即電磁感應(yīng)，在潛移默化中把握物理思想和方法，并能將知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、遷移和運(yùn)用，將課堂教學(xué)引向更深的層次。

3 關(guān)注細(xì)微，明辨是非，識(shí)別物理模型的差異性

物理教學(xué)的過(guò)程必然要從直觀立體轉(zhuǎn)入抽象思維，從感性認(rèn)識(shí)層面走向理性化邏輯推理。對(duì)物理問(wèn)題的分析過(guò)程應(yīng)滲透數(shù)理結(jié)合能力如微積分和導(dǎo)函數(shù)思想運(yùn)用。對(duì)于交變電流的產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)公式e=NBS？棕sin？棕t學(xué)生往往只停留在死記硬背的層次，筆者從細(xì)微處著手，積極地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度的學(xué)習(xí)，辨析物理概念和規(guī)律，將交變電流的知識(shí)進(jìn)行拓展和外延。

3.1 線圈形狀的變化

教材提供的是矩形的線圈，筆者抓住這一細(xì)微處，啟發(fā)學(xué)生思考：若變化為圓形線圈或三角形線圈，表達(dá)式還成立嗎？此時(shí)應(yīng)用數(shù)學(xué)微積分思想化曲為直、累積法進(jìn)行剖析，可以很容易理解e=NBS？棕sin？棕t仍然是適用的，有效地提高了學(xué)生數(shù)理結(jié)合能力。

3.2 軸的位置的變化

教材中模型涉及到兩邊切割磁感線，從而引發(fā)了電動(dòng)勢(shì)的“順接”情況的發(fā)生，線圈中總電動(dòng)勢(shì)等于兩邊產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)之和。若將線圈的轉(zhuǎn)軸平行移至線圈的一邊，并與之重合，如圖10甲所示，則沒(méi)有“順接”問(wèn)題，線圈中的電動(dòng)勢(shì)e=NBladv⊥=NBladvsin？棕t=NBlad？棕labsin？棕t=NBS？棕sin？棕t。筆者在教學(xué)時(shí)通過(guò)對(duì)比，形成知識(shí)的碰撞，深化學(xué)生的認(rèn)識(shí)。若將線圈的轉(zhuǎn)軸平行移到線圈外，則引發(fā)了電動(dòng)勢(shì)的“反接”情況的發(fā)生，線圈中總電動(dòng)勢(shì)等于兩邊產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)之差，即e=NBladvad⊥-NBlbcvbc⊥=NBlad？棕（lao-lbo）sin？棕t=

NBS？棕sin？棕t （如圖10乙所示） 。以上這種雙桿旋轉(zhuǎn)切割的分析和討論，進(jìn)一步深化了之前的電磁感應(yīng)中的雙電源的問(wèn)題。

3.3 計(jì)時(shí)起點(diǎn)的位置的變化

從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，則電動(dòng)勢(shì)e=NBS？棕sin？棕t；從平行于磁場(chǎng)方向開(kāi)始計(jì)時(shí)，則電動(dòng)勢(shì)e=NBS？棕cos？棕t；從與中性面成φ角方向開(kāi)始計(jì)時(shí)，則電動(dòng)勢(shì)e=NBS？棕sin（？棕t+φ）。通過(guò)以上區(qū)別和分析，讓學(xué)生思維上從特殊到一般，然后從一般回歸特殊。使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理概念和規(guī)律有一定適用條件，從而避免走入死記硬背物理公式的誤區(qū)。

3.4 “四值”的應(yīng)用區(qū)別

交變電流的“四值”的區(qū)分和應(yīng)用是高考試題中重點(diǎn)考察內(nèi)容?！八闹怠敝傅氖瞧骄?、瞬時(shí)值、有效值、最大值，在教學(xué)實(shí)踐中筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生往往對(duì)相關(guān)的概念認(rèn)識(shí)不清，實(shí)際解題過(guò)程中易混淆，教師有必要精選習(xí)題進(jìn)行反復(fù)演練，不斷糾錯(cuò)，不斷反饋，從而澄清物理概念。

總之，教師應(yīng)做教學(xué)的有心人，深入地挖掘各種教學(xué)資源，不照本宣科，充分發(fā)揮智慧，創(chuàng)造性地進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)物理知識(shí)的深度教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新性的人才，從而實(shí)現(xiàn)高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻金鐸.中學(xué)教師物理教育研究方法[M].北京：高等教育出版社，1986.

[2]中學(xué)物理教材編寫(xiě)組.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理（選修3-2）〔M〕.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2007.