舊調(diào)重彈
——“用教材教” 讓學(xué)科核心素養(yǎng)落地——以“交變電流”為例

肖建華

(江蘇省太倉高級(jí)中學(xué)，江蘇 太倉 215411)

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力,是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì),是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分．新課程標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為物理學(xué)科核心素養(yǎng)是由“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“實(shí)驗(yàn)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”組成．在教育理念不斷更新、教育模式競相登臺(tái)的今天,重提“用教材教”似乎有點(diǎn)不合時(shí)宜,屬于舊調(diào)重彈．面對(duì)層出不窮的新理念新模式,教育工作者更要保持一份理智和理性,要尊重常識(shí)傳承常識(shí)．如何“用教材教”就是一個(gè)永遠(yuǎn)值得研究也研究不完的課題,具有永恒的價(jià)值．

“教教材”和“用教材教”是兩種截然不同的教材觀．“教”教材,考慮的出發(fā)點(diǎn)是傳授,是強(qiáng)調(diào)如何把書本知識(shí)傳遞給學(xué)生,是以知識(shí)為本位的;用教材“教”,立足點(diǎn)是放在學(xué)習(xí)對(duì)象身上,注重教學(xué)行為與學(xué)習(xí)行為的同步相諧,是以學(xué)生為本位的,注重知識(shí)傳授中的能力培養(yǎng)．前者是教書,后者是教人．有些教師對(duì)“用教材教,而不是教教材”這一觀點(diǎn),認(rèn)識(shí)上出現(xiàn)了偏差,甚至干脆撇開教材．教材上的實(shí)驗(yàn)不用,例題習(xí)題不用,自己信手編寫,概念的敘述不嚴(yán)謹(jǐn),規(guī)律的推導(dǎo)不流暢,破壞了教材的完整體系和敘述結(jié)構(gòu)．那么,如何根據(jù)學(xué)生的實(shí)際能力和認(rèn)知水平,駕馭教材,活用教材,賦教材以活力,使教材豐滿起來,充滿靈性,更好地落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)呢?下面以人教版《物理》選修3-2中第5章“交變電流”第1節(jié)“交變電流”為例,展示筆者對(duì)“用教材教”讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)落地的嘗試與思考．

1 情境的設(shè)置

引入課題時(shí)教材設(shè)置了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)情境．演示實(shí)驗(yàn)1:用電壓傳感器(或電流傳感器)觀察電池提供的電壓(或電流)和學(xué)生電源交流擋提供的電壓(或電流)的波形．通過圖像對(duì)比,了解什么是交變電流．演示實(shí)驗(yàn)2:把兩個(gè)發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管并聯(lián),注意使正負(fù)極的方向不同,連接到教學(xué)用發(fā)電機(jī)兩端,轉(zhuǎn)動(dòng)手柄,兩個(gè)磁極之間的線圈隨著轉(zhuǎn)動(dòng),觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況,再進(jìn)行物理建模,并加以分析．

筆者的嘗試:根據(jù)課本上的“做一做”欄目“搖繩能發(fā)電嗎”,結(jié)合本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生的實(shí)際能力和水平,設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)情境:如何用自制的長約50 cm、寬約35 cm的大線圈產(chǎn)生電流?如何觀察到線圈中產(chǎn)生的電流的特點(diǎn)?學(xué)生們展開了熱烈的討論:利用地磁場,轉(zhuǎn)動(dòng)線圈能產(chǎn)生電流;連接電流傳感器能觀察電流的特點(diǎn)．

兩個(gè)學(xué)生上臺(tái)演示,轉(zhuǎn)動(dòng)線圈沒有產(chǎn)生電流．怎么回事?一石激起千層浪,學(xué)生們進(jìn)入了白熱化的討論:為什么會(huì)沒有電流?是轉(zhuǎn)速太慢?還是學(xué)生站的位置不對(duì)?地磁場究竟是怎么分布的?應(yīng)該怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)線圈才能產(chǎn)生感應(yīng)電流……原來,只有當(dāng)線圈中的磁通量發(fā)生變化或者線圈的部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí),才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．

兩位演示的學(xué)生根據(jù)地磁場的分布調(diào)整好了站立的位置,再轉(zhuǎn)動(dòng)線圈,終于通過電流傳感器,觀察到了大小方向都在變化的電流．直流電、交變電流概念的構(gòu)建水到渠成,同時(shí)又發(fā)現(xiàn)了新的疑問:產(chǎn)生的交變電流大致體現(xiàn)了周期性,線圈在地磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)為什么會(huì)產(chǎn)生周期性變化的電流?但變化得很不規(guī)律,主要是什么原因造成的呢?……

筆者的思考:為什么不像教材中那樣直接觀察干電池和學(xué)生電源的交流擋產(chǎn)生的電流,構(gòu)建直流和交流的概念?不直接用教學(xué)發(fā)電機(jī)和二極管觀察現(xiàn)象進(jìn)行物理建模及分析?因?yàn)?這樣的情景設(shè)置雖然同樣能構(gòu)建物理概念和物理模型,但其中能生出的具有啟發(fā)學(xué)生思維的問題不夠多．課程標(biāo)準(zhǔn)要求“提高學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力,發(fā)展獨(dú)立獲取知識(shí)的能力”,而這種能力就是物理學(xué)科素養(yǎng)的核心．

我們通過用自制的大線圈利用地磁場產(chǎn)生電流的實(shí)驗(yàn)情境,讓更多的學(xué)生參與到產(chǎn)生電流的整個(gè)過程中,期間會(huì)出現(xiàn)更多可發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、引發(fā)更深層次思考并尋求解決方案的機(jī)會(huì),讓學(xué)生在動(dòng)態(tài)生成中充分理解了概念,也為構(gòu)建發(fā)電機(jī)模型和進(jìn)一步的深入分析打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),同時(shí)極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的積極性和興趣,培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究的能力,讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)落到了實(shí)處．

2 交變電流的產(chǎn)生

這部分涉及兩部分內(nèi)容:物理建模和交變電流產(chǎn)生的原因分析．

物理建模的過程就是把實(shí)際的情境或問題,通過抓住主要矛盾忽略次要矛盾,將其簡化為容易分析和研究的物理模型．如何構(gòu)建交流發(fā)電機(jī)的模型?學(xué)生結(jié)合上述演示實(shí)驗(yàn)展開充分的討論,達(dá)成以下幾點(diǎn)共識(shí): (1) 在小范圍內(nèi)地磁場可看成勻強(qiáng)磁場．(2) 多匝線圈可簡化為單匝線圈．(3) 矩形線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖1(甲)所示．

筆者的做法:交變電流產(chǎn)生的分析,采用了教材上由感性到理性,由定性到定量,逐步深入的講述方法．為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并能解決問題的科學(xué)思維能力,筆者進(jìn)行了分組討論．學(xué)生討論交流后認(rèn)為:

(1) 研究整個(gè)周期比較困難,先定性選擇幾個(gè)特殊的位置,進(jìn)行分析研究，如圖1所示．

(2) 把三維空間(立體圖)轉(zhuǎn)換為二維截面圖(平面圖)會(huì)使問題研究變得更為簡單,思路更加清晰．學(xué)生分頭畫出這幾個(gè)特殊位置的平面圖,在平面圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)的分析．

在后續(xù)的分析討論環(huán)節(jié)中,筆者采用了問題鏈的方式引導(dǎo)學(xué)生,具體設(shè)置了如下問題:

(1) 如圖1(教材上的圖5.1-3)所示,根據(jù)學(xué)生畫出的對(duì)應(yīng)的平面圖,分析矩形線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中,AB中的電流向哪個(gè)方向流動(dòng)?由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中呢?

圖1

(2) 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒有電流?轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)電流最大?判斷的依據(jù)是什么?最大電流如何計(jì)算?這些位置的磁通量和磁通量的變化率等有什么特點(diǎn)?

(3) 大致畫出通過電流表的電流隨時(shí)間變化的曲線,從E流向F的電流為正,反之為負(fù),在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達(dá)甲、乙、丙、丁幾個(gè)位置時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻．

筆者的思考:關(guān)于交變電流產(chǎn)生的分析,筆者領(lǐng)會(huì)了教材編寫者的設(shè)計(jì)意圖,遵循一般的認(rèn)知規(guī)律,由定性到定量、由特殊到一般、由淺入深、層層遞進(jìn)．只是在物理建模和分析討論的過程中,通過合理的實(shí)驗(yàn)情境和有梯度的問題設(shè)置,讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題,引起強(qiáng)烈的思維沖突,教師適時(shí)抓住動(dòng)態(tài)生成的問題,從高懸念向低懸念逐漸過渡,層層遞進(jìn),逐漸找到接近“發(fā)展區(qū)”的結(jié)合點(diǎn),最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)自覺性,使學(xué)生能夠生動(dòng)活潑、主動(dòng)地發(fā)展,達(dá)到了預(yù)期教學(xué)效果,讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)落到實(shí)處．

3 交變電流的變化規(guī)律的推導(dǎo)

關(guān)于交變電流規(guī)律的推導(dǎo),教材上只有兩句話:“學(xué)生電源中的交變電流似乎是在按照正弦式函數(shù)的規(guī)律變化”,“對(duì)于教學(xué)用發(fā)電機(jī),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可以導(dǎo)出,它的電動(dòng)勢E隨時(shí)間的變化規(guī)律為E=Emsinωt”．這樣的敘述,顯然不能滿足不同層次學(xué)生的實(shí)際需求．

筆者的嘗試:根據(jù)自制大線圈實(shí)驗(yàn)中觀察到電流以及畫出的電流隨時(shí)間變化的曲線,能做出初步的判斷:產(chǎn)生的電流具有周期性,而且有可能是正弦式函數(shù)．當(dāng)然這只是一種猜想,還需要有力的證據(jù)．學(xué)生會(huì)自主發(fā)現(xiàn):如果能得到線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中任意時(shí)刻的電動(dòng)勢(或電流),就能獲得是否是正弦式函數(shù)的有力證據(jù)．

圖2

學(xué)生共同設(shè)置問題情境:勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,勻速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω,AB、CD邊長為L1,AD、BC邊長L2,設(shè)線圈從圖1中甲位置(中性面)開始計(jì)時(shí),經(jīng)過時(shí)間t,如圖2所示,則

(1) 線圈平面與中性面的夾角是多少?如何用ω表達(dá)?

(2)AB邊的速度多大?

(3)AB邊的速度方向與磁場方向夾角多大?有效切割速度多大?

(4)AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢多大?

(5) 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢多大?

本環(huán)節(jié)通過問題鏈的方式,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論推導(dǎo),再推廣到n匝線圈,逐步得出公式E=Emsinωt.如果僅僅到此為止,那么對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生來說,就會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)．

于是可以拋出問題:以上的推導(dǎo)是從導(dǎo)體棒切割磁感線的角度推導(dǎo)的,而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的根本原因是通過線圈的磁通量發(fā)生變化．如何利用磁通量和更具有普適性的法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)出任意時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢?

筆者的思考:對(duì)于規(guī)律的推導(dǎo),一定要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際能力和水平,分層次因材施教．第一層次,從特殊到一般,通過分析平面圖,動(dòng)手繪圖(速度分解圖),和精心設(shè)計(jì)的問題鏈,給予學(xué)生充分自主探究的時(shí)間,進(jìn)行理論推導(dǎo)．這樣的處理,有利于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力．若直接給出結(jié)論,把功夫花在練習(xí)上,短期效果也許不錯(cuò),但絕不利于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的提升．第二層次的推導(dǎo)確實(shí)比較困難,因?yàn)橐婕暗綄?dǎo)數(shù)的知識(shí)．但現(xiàn)在的中學(xué)數(shù)學(xué)課本中,已經(jīng)有導(dǎo)數(shù)方面的知識(shí),學(xué)生會(huì)求相關(guān)函數(shù)的導(dǎo)數(shù),因此通過求導(dǎo)的方法來處理這個(gè)問題,既簡潔又嚴(yán)謹(jǐn),不失為一種好方法,況且運(yùn)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力也是學(xué)科素養(yǎng)的一個(gè)重要方面．這樣的設(shè)計(jì),不僅兼顧到了不同認(rèn)知水平的學(xué)生,真正做到了因材施教,也有助于學(xué)生多角度地深刻理解交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律,有助于知識(shí)的聯(lián)系和整體把握,同時(shí)還開闊了學(xué)生的思路,有利于更好地落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)．

4 習(xí)題的處理

前文說到不少教師撇開教材蔑視教材,其中最受冷遇的恐怕就是課本上的習(xí)題．總是覺得課本上的習(xí)題過于簡單,高考又不會(huì)考,迷信各種教輔資料上的“神題”,結(jié)果“神題”做不來,課本中習(xí)題又不做,造成基礎(chǔ)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)千瘡百孔．實(shí)際上課本中不乏值得研究的具有啟發(fā)性的好題．

圖3

筆者的思考:物理課程目標(biāo)強(qiáng)調(diào):“經(jīng)歷科學(xué)探究過程,認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義,嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題,驗(yàn)證物理規(guī)律;通過物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)過程,了解物理學(xué)的研究方法,認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)、物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用．”

物理習(xí)題不是不精彩,而是教師和學(xué)生都急功近利,造成學(xué)生眼高手低,忽視基礎(chǔ),對(duì)課本題目不屑一顧．我們?cè)噲D剖析習(xí)題的思想和方法,讓教師看到習(xí)題在解決教學(xué)疑難點(diǎn)時(shí)所起的“鋪路搭橋”的作用,更讓學(xué)生看到“平凡中的不平凡”,在平凡中提煉出不平凡的思想方法．通過對(duì)復(fù)雜問題的研究,發(fā)現(xiàn)其實(shí)就是諸多基礎(chǔ)知識(shí)和基本思想方法的連綴和應(yīng)用,環(huán)環(huán)相扣．如果有一個(gè)概念理解不清、一處信息提取不出或掌握不準(zhǔn)確,就會(huì)出錯(cuò)．讓學(xué)生真正認(rèn)識(shí)到基本概念、基本規(guī)律、基本思想方法在物理學(xué)習(xí)中的重要性．

“用教材教”不是模式也不是方法,而是一種理念．如何在課堂上滲透這種理念,仁者見仁、智者見智．但應(yīng)關(guān)注一個(gè)核心,就是充分發(fā)揮教材的范本作用,創(chuàng)造性地使用好教材,把編寫者的智慧和意圖,在新課程理念的指導(dǎo)下,因材施教地落實(shí)到對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升上．

參考文獻(xiàn)：

1 馬素貞.樹立正確的教材觀[J].新課程(中學(xué)),2014(12):147.

2 劉慶高.淺談中學(xué)物理學(xué)科核心素養(yǎng)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2016(3):21.