將探究進行到底

劉愛芬

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，有應試教育的傾向，與學生核心素養(yǎng)發(fā)展相違背。探究性作業(yè)迎合了學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的需求。“交變電流”的傳統(tǒng)作業(yè)向探究性作業(yè)轉(zhuǎn)變有利于提高學生分析解決實際問題的能力，有助于學生科學素養(yǎng)的形成。

關鍵詞：探究性作業(yè)；交變電流；設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）7-0014-3

我國課程改革成果豐富，“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)”的提出彰顯了國家對教育的重視。各縣市舉辦的教師技能大賽、優(yōu)質(zhì)課評比、教學設計比賽極大地推動了課堂教學的發(fā)展，提高了教師的素質(zhì)。[1]但不得不指出，各學科課后作業(yè)的發(fā)展過于緩慢，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，無論哪個版本的教材，都側(cè)重于本節(jié)課學習結(jié)論的應用。[2]傳統(tǒng)作業(yè)重點強化中性面位置的特點，公式E=-NBSωsinωt的應用，感應電動勢的影響因素等。這會給學生學習帶來如下一些“危害”：

（1）無法鞏固教學效果。“交變電流”這節(jié)課是探究課，不僅是要得到幾個概念，更重要的是學生通過分析交變電流形成的過程，增強解決實際問題的能力，提高物理學習的興趣。而學生的課后作業(yè)完全脫離分析過程，憑筆記的概念和公式完成作業(yè)，只能達到鞏固知識的效果。學生不能再次體驗課堂的探究過程，也無法用這種分析方法處理實際的問題。完成這樣的課后作業(yè)其效果可見一斑。

（2）無法實現(xiàn)素質(zhì)教育。學生完成傳統(tǒng)的“交變電流”課后作業(yè)會產(chǎn)生這樣的誤解——認為物理學就是記住概念和公式，然后套用知識解決問題。這會讓學生陷入應試教育的困境，與物理課程開設的初衷背道而馳。物理學是自然科學的基礎，學生學習物理更重要的是方法、技能、思維等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。學完一節(jié)探究課，只是進行概念與公式的強化，等于殺雞取卵，得不償失。

（3）無法提高學生能力。目前“交變電流”課后作業(yè)，無需學生進行系統(tǒng)地分析，無需用課堂教學的探究性思維處理問題。學生僅僅套用公式，長此以往，勢必導致學生學習能力下降，思維水平停滯不前。即使有專家認為課后作業(yè)要考慮大多數(shù)學生的學習水平，保證大部分學生能夠獨立完成，但也不得不說，換一些具有思考價值、重視探究過程的問題也能同時滿足多數(shù)學生的要求，又能提高更多學生的能力。

探究性作業(yè)顧名思義即作業(yè)注重探究，注重思考，注重實踐，是符合學生核心素養(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)設計為探究性作業(yè)最為合適。[4]當然探究性作業(yè)雖然迎合素質(zhì)發(fā)展需要，但也要考慮其難度適中，時間恰當，層次分明等因素。經(jīng)過思考，結(jié)合教科版3-2第二章第一節(jié)的內(nèi)容，設計了三道探究性習題。

1 課后作業(yè)與設想

習題1：回顧本節(jié)課學習過程，回答下列問題：

（1）本節(jié)課學習了哪種元件的工作原理？

（2）重點研究了哪個物理量的變化過程？

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

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

（5）線圈產(chǎn)生的感應電動勢是兩根導體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢之和，請整理并推導公式E=NBSωsinωt。

設想：本節(jié)課是探究課，探究過程是本節(jié)課的重點內(nèi)容，所以課后作業(yè)必須重現(xiàn)探究過程，幫助學生強化所學知識。本題的提問順序基本再現(xiàn)了整個實驗的思考過程，提出的五個問題，按照由易到難，逐步提升的順序。前三個問題相對基礎，第4個問題是本次探究過程的一個難點，能夠進一步鞏固學習成果。最后一個小問題，要求學生重新進行推導，不僅加強了學生對本節(jié)課探究過程的理解，更為下節(jié)課的學習打下了一個堅實的基礎。

習題2：思考第1題的問題（3），嘗試用穿過線圈磁通量變化產(chǎn)生感應電動勢這一思路，推導出線圈感應電動勢公式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內(nèi)容一致）。

提示1：線圈與磁感線平行時，求出磁通量大小。

提示2：從線圈與磁感線平行這一位置開始分析，線圈轉(zhuǎn)動角度為α=ωt時，寫出此時穿過線圈的磁通量的表達式。

提示3：公式E=N，磁通量變化率即為Φ對t的求導結(jié)果。

提示4：求導過程中注意復合函數(shù)求導的規(guī)律。

設想：熟話說條條大道通羅馬，探究一個問題的途徑是多種多樣的。教師在課堂上經(jīng)常教導學生要采用多方法解決問題，但千百遍的呼吁不及讓學生親自去體驗一次。

感應電動勢可分為動生電動勢和感生電動勢，本節(jié)探究課是借用動生電動勢產(chǎn)生的過程研究交流電的產(chǎn)生，學生當然也可以借用感生電動勢的產(chǎn)生過程加以分析。而且學生已經(jīng)學過導數(shù)、三角函數(shù)等知識，完全具備根據(jù)E=N公式推導出線圈感應電動勢公式E=NBSωcosωt的能力。考慮到是讓學生獨立完成探究和推導過程，所以給出了4個提示，幫助學生完成推導過程。

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，線圈逆時針轉(zhuǎn)動時間t后，線圈與磁感線方向夾角為ωt。從該位置開始，每個位置磁通量表達式為：Φ=BSsinωt。[5]

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

問題3：如圖2所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強磁場，磁感應強度為B。半徑為L、圓心角為45°的扇形閉合導線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動（O軸位于磁場邊界）。請用導體切割磁感線和穿過線圈磁通量變化兩種角度分別討論：閉合導線框從開始進入到完全進入磁場的過程中，感應電動勢的變化。

設想：學以致用是物理教學的宗旨，掌握物理學探究方法是物理教學的目標，所以應當讓學生用學過的探究方法去解決問題。同時這題也是易錯題，防止學生直接套用現(xiàn)成的公式而導致解題錯誤。

本題線框在切割磁感線的過程中并不是產(chǎn)生了正弦交流電源。具體過程表現(xiàn)為：閉合導線框從開始進入到完全進入磁場的過程中，只有上方的一根導體棒不斷切割磁感線，而且切割的方向時刻與磁感線垂直。這個導體棒每個點的角速度一樣，半徑不一樣，故線速度不一樣。由于所有點的平均半徑為L/2，則E=BLv=BL2ω/2，那進入磁場過程感應電動勢保持不變。

2 作業(yè)特色與功效

三道問題緊扣當天的學習內(nèi)容，突出探究學習過程，注重分析能力的培養(yǎng)。優(yōu)點有：

（1）鞏固教學效果。探究性作業(yè)并不是一味地探究，也保留了鞏固知識這一傳統(tǒng)作業(yè)的特點。本次作業(yè)的第一題通過再現(xiàn)課堂教學過程，強化當天學習知識，學生自己再整理學習成果，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）注重探究應用。從第二題開始，要求學生深入思考交變電流產(chǎn)生的原因。第二題讓學生通過數(shù)學方法，借助另一種理解方式，推導出一樣的結(jié)論。這樣既能夠強化學生注重物理過程的學習，也能對正確的結(jié)論有更深的認識。第三題，則要求學生根據(jù)兩種不同的理解方法解決一道非正弦交變電流的題目，讓學生充分認識交變電流研究的思路。

（3）講究層次分明。物理作業(yè)應當為大部分學生考慮，多數(shù)學生要能夠通過作業(yè)鞏固知識，提高能力。本次作業(yè)第一題是復習課堂知識，所有學生都能夠完成。第二題要求學生在四個提示下完成公式的推導，只要學生的數(shù)學能力達到一定水平，就能夠順利完成。第三題則是讓學生運用知識，分析一個非正弦交變電流，既是難點，也是易錯點。總體而言，三題呈現(xiàn)由易到難，展示出了由基礎到提升，由知道到領會的過程。

物理教學注重知識形成過程的體驗，注重實際問題的理解與分析，注重能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)物理作業(yè)越來越難適應當今物理教學的要求。探究性作業(yè)集合作、探討、體驗等多個特點于一身，重視學生感受研究的過程，重視學生處理實際問題的過程，重視學生綜合素質(zhì)的提高。探究性作業(yè)同時也對教師提出了更大的挑戰(zhàn)，教師要注重素材的積累，設計優(yōu)質(zhì)的探究性習題，發(fā)揮作業(yè)的最大作用。

參考文獻：

[1]呼和滿都拉. 新課標下基礎物理課程改革初探[J]. 中學物理教學參考，2015，44（03）：4.

[2]周萬付. 簡要分析產(chǎn)生正弦交流電的三種模式[J]. 物理教學探討，2007，25（04）：40.

[3]張萱. 高中物理探究性作業(yè)實施的探討[J].物理教學探討，2015，33（08）：64.

[4]孫艷華. 提高物理作業(yè)有效性的實踐[J]. 湖南中學物理，2010（01）：52-53.

[5]張萱. 用導數(shù)法巧解瞬時感應電動勢問題[J].中學物理， 2013（02）：81.

（欄目編輯 趙保鋼）