基于問題導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)策略

涂琨

摘 要：以高中物理人教版“變壓器”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，闡明高中物理知識的構(gòu)建過程中，要精心設(shè)計(jì)新課引入、以問題為導(dǎo)向、培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，當(dāng)學(xué)生感到要問“是什么”、“為什么”、“怎么辦”時(shí)，其主動(dòng)性思維才真正激發(fā)和啟動(dòng)，其物理學(xué)科的核心素養(yǎng)才能夠得到提升，學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力才能夠提高。

關(guān)鍵詞：變壓器；問題；探究；核心素養(yǎng)

古代教育家孔子說過：疑是思之始，學(xué)之端。能在學(xué)習(xí)和日常生活中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題是物理教學(xué)中提升學(xué)生核心素養(yǎng)的必然要求。問題教學(xué)法就是教材的知識點(diǎn)以問題的形式呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，讓學(xué)生在尋求，探索解決問題的思維活動(dòng)中，掌握知識、發(fā)展智力、培養(yǎng)技能，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。

下面以《變壓器》教學(xué)為例。

《變壓器》是物理選修3—2第五章《交變電流》第4節(jié)的內(nèi)容。變壓器也是交流電路中常見的一種電器設(shè)備，它是建立在電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，是電磁感應(yīng)教學(xué)的進(jìn)一步延伸，同時(shí)，是遠(yuǎn)距離輸電不可缺少的裝置，為學(xué)習(xí)遠(yuǎn)距離輸電奠定了基礎(chǔ)，所以這一節(jié)在物理的學(xué)習(xí)過程中起著承上啟下的重要作用。即是本章重點(diǎn)內(nèi)容之一，也是高考的熱點(diǎn)之一。

一、以有趣的問題創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)求知欲

在《變壓器》的教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)做法是演示一個(gè)“設(shè)備”能夠在接入220V的交流電壓時(shí)點(diǎn)亮一個(gè)額定電壓為2.5V的小燈泡。對此現(xiàn)象，多數(shù)學(xué)生表現(xiàn)的比較平淡，因?yàn)槠綍r(shí)的日常生活中，降壓的現(xiàn)象比較普遍，所以這一實(shí)驗(yàn)沒有達(dá)到足夠的刺激強(qiáng)度，并沒有激發(fā)起強(qiáng)烈的求知欲。為此，筆者為本節(jié)課設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)問題：一節(jié)9V電池能點(diǎn)亮普通的日光燈管么？學(xué)生會覺得十分新奇，覺得不可能做到。

為此，筆者首先將9V的電池直接連接在日光燈管兩端，學(xué)生觀察到日光燈管沒有發(fā)光。接下來在日光燈管和電池的中間連接一個(gè)裝置后，閉合開關(guān)瞬間，學(xué)生能夠觀察到燈管閃爍了一下。此時(shí)學(xué)生感到十分驚訝，從而激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，很想知道裝置“是什么”，更想知道“為什么”。

二、用“追問”去刨根問底，探索“為什么”

在學(xué)生經(jīng)歷了動(dòng)手拆解變壓器后，他們對于變壓器的構(gòu)造有了清晰的認(rèn)識。引導(dǎo)學(xué)生觀察絕緣繞線骨架，此時(shí)拋出“原、副線圈彼此絕緣，副線圈的電流如何而來？”這一問題。引導(dǎo)學(xué)生思考“變壓器的工作原理”。學(xué)生通過前面《電磁感應(yīng)》整章的學(xué)習(xí)，對于電磁感應(yīng)現(xiàn)象、互感現(xiàn)象以及渦流現(xiàn)象有了基本的掌握。通過《交變電流》的特點(diǎn)也比較清楚，已經(jīng)基本具備了學(xué)習(xí)變壓器這節(jié)內(nèi)容的知識儲備。學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)回答出“互感是變壓器的工作原理”這一答案。

在學(xué)生得到變壓的工作原理后，讓學(xué)生進(jìn)思考：日光燈管為何會閃一下？而不是持久的發(fā)光？學(xué)生觀察到日光燈管發(fā)光時(shí)在9V電池接通或者斷開的一瞬間，也就是原線圈電流發(fā)生變化的時(shí)候，當(dāng)原線圈電流穩(wěn)定時(shí)，日光燈管并不發(fā)光。對此學(xué)生可以根據(jù)互感的條件進(jìn)行思考，不難得出“發(fā)生互感現(xiàn)象，需要有變化的電流”這一正確的解釋。

三、通過對比發(fā)現(xiàn)新問題，突破教學(xué)難點(diǎn)

展示生活中一些常見的變壓器圖片，如手機(jī)充電器、電動(dòng)車充電器、筆記本電腦適配器等，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)這些都是降壓變壓器，而今天看到的卻是一個(gè)升壓變壓器。提出問題：為什么會有這樣的不同呢？引導(dǎo)學(xué)生拆解手機(jī)變壓器、觀察對比學(xué)生會發(fā)現(xiàn)：原、副線圈的匝數(shù)不一樣。結(jié)合互感知識和法拉第電磁感應(yīng)定律，學(xué)生會得出：副線圈的電壓和匝數(shù)有關(guān)。這個(gè)猜想十分重要，如何去驗(yàn)證猜想呢？學(xué)生可以根據(jù)猜想的結(jié)論去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并列出所需的實(shí)驗(yàn)器材。

通過問題而引發(fā)的科學(xué)探究，是提升中學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)的有效方法。傳統(tǒng)的科學(xué)探究的方案如下：

（一）輸入電壓一定，原線圈匝數(shù)不變，改變副線圈匝數(shù)。與成正比

（二）輸入電壓一定，副線圈匝數(shù)不變，改變原線圈匝數(shù)。與成反比

這種方式，體現(xiàn)了控制變量法。然而在實(shí)際的教學(xué)中，卻難以讓學(xué)生操作探究。學(xué)生設(shè)計(jì)方案的能力值得肯定，但是在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)出的“動(dòng)手能力弱”這一普遍現(xiàn)實(shí)。為此，有必要降低實(shí)驗(yàn)操作的難度，變小組合作為全班合作探究。筆者的做法是這樣的：

設(shè)計(jì)了四種線圈：分別為紅、藍(lán)、綠、黃，分別代表100匝、200匝、300匝和400匝線圈。以兩個(gè)同學(xué)為一個(gè)單位，發(fā)放一個(gè)鐵芯和隨機(jī)發(fā)兩個(gè)線圈。這樣學(xué)生的線圈比較簡單，只能是一個(gè)當(dāng)原線圈，另一個(gè)做副線圈，簡單的實(shí)驗(yàn)儀器才有利于學(xué)生上手掌握，這樣的線圈沒有那么多接線柱的干擾學(xué)生的思考。實(shí)驗(yàn)中，規(guī)定統(tǒng)一使用2V的交流電作為原線圈的輸入電壓，學(xué)生使用數(shù)字萬用表檢測副線圈的輸出電壓。此時(shí)，讓學(xué)生記錄下原、副線圈的匝數(shù)和原、副線圈的電壓有效值。

學(xué)生能夠非常輕松、快速地完成一個(gè)簡易變壓器的實(shí)驗(yàn)測量。將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)論填好在已經(jīng)備好在黑板上的表格當(dāng)中。不同的線圈搭配，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有的相同、有的不同。此時(shí)，學(xué)生就能發(fā)現(xiàn)問題：原、副線圈匝數(shù)不同，輸出電壓為什么會相同呢？

學(xué)生觀察全班合作填寫的表格數(shù)據(jù)，用心思考比較不難發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律：原來和匝數(shù)比值有關(guān)。合作探究在這里得到真正的落實(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生的合作意識、突出學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)主動(dòng)參與的意識。

四、有深度的問題，突出教學(xué)重點(diǎn)

在經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究后，得出了變壓器的工作規(guī)律。此時(shí)，有的學(xué)生談到：9V的電池能夠點(diǎn)亮燈管，覺得十分劃算。為此，筆者認(rèn)為可對該提問進(jìn)行提煉：利用變壓器升壓，獲得的高電壓是否就占了便宜呢？

對于該問題，沒有“能量守恒”這一重要思想的學(xué)生普遍會認(rèn)為“占了便宜”，這是“以小博大”。此時(shí)，可不必強(qiáng)行灌輸“能量守恒”這一科學(xué)思想，而引導(dǎo)學(xué)生觀察升壓變壓器的兩個(gè)線圈粗細(xì)，提出：為什么線圈的粗細(xì)不一樣？學(xué)生對于粗細(xì)容易想到導(dǎo)線的電阻大小，進(jìn)而延伸到能夠承載的電流大小不一樣。學(xué)生意識到變壓器考慮了電壓、和電流，不難得出：升壓變壓器雖然能夠?qū)㈦妷荷?，但是電流可能降低了這樣猜想。

對于猜想，可以有兩種方案：一是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究得出結(jié)論；而是通過能量守恒進(jìn)行理論分析得出結(jié)論。這兩種方案都有利于學(xué)生對變壓器的了解和掌握。

五、用問題作結(jié)尾，讓課堂富有余味

課堂即將結(jié)束，一般的做法是：給出一個(gè)變壓器的習(xí)題，讓學(xué)生進(jìn)行練習(xí)。這樣的做法會使得學(xué)生覺得缺乏趣味，不利于學(xué)生的興趣維持和情感體驗(yàn)。對此，可以提出：如何設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器，能讓一節(jié)9V電池點(diǎn)亮普通的日光燈管？該問題能夠與課堂的開始相呼應(yīng)，結(jié)束本解課程。讓學(xué)生感覺到一個(gè)“不可思議”的現(xiàn)象被理解了，并且自己能夠做到，從知識掌握進(jìn)階到能力提升。

問題，是一切科學(xué)探究的起點(diǎn)。教師有意地創(chuàng)設(shè)問題情境，組織學(xué)生的探索活動(dòng)，讓學(xué)生提出學(xué)習(xí)問題和解決這些問題，或由教師自己提出這些問題并解決它們?！耙詥栴}為導(dǎo)向的教學(xué)方式”為學(xué)生提供了一個(gè)交流、合作、探索、發(fā)展的平臺，使學(xué)生在問題解決中感受物理的價(jià)值和魅力，讓學(xué)生學(xué)會了思考、學(xué)會了學(xué)習(xí)、學(xué)會創(chuàng)造。