“交變電流”教學(xué)中需處理好的幾對(duì)關(guān)系*

陳曉宇

“交變電流”是學(xué)生在學(xué)完法拉第電磁感應(yīng)定律后的實(shí)際應(yīng)用。本節(jié)課的重點(diǎn)是交變電流的產(chǎn)生，難點(diǎn)是交變電流的變化規(guī)律。區(qū)別于直流電，交變電流要相對(duì)復(fù)雜，雖然學(xué)生已有法拉第電磁感應(yīng)定律作為基礎(chǔ)，但在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生第一次接觸到大小和方向不斷變化的電流，如果不能引導(dǎo)學(xué)生厘清規(guī)律，掌握方法，會(huì)對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響。本節(jié)課教學(xué)處理手段可以多種多樣，但無論采用何種方法都必須正確處理好幾組關(guān)系。

1.交直流電的感性認(rèn)識(shí)與理性判別的關(guān)系。

物理學(xué)科能力的初級(jí)能力是觀察能力，學(xué)生在日常生活中對(duì)交流電已有了感性認(rèn)識(shí)，知道有交流電與直流電之分，知道家庭用電是交流電，干電池使用的是直流電，他們?cè)跐撘庾R(shí)里以為電流發(fā)生變化的就是交流電，不變的就是直流電。但對(duì)于如何科學(xué)區(qū)分交流電和直流電，學(xué)生的日常經(jīng)驗(yàn)顯然是不科學(xué)的。教師可以通過手搖發(fā)電機(jī)演示燈泡的一亮一熄，說明電流在變化，從感性上讓學(xué)生明白交流電是變化的電流，但如何變化還需要進(jìn)一步辨別。教師可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，通過傳感器實(shí)驗(yàn)、在電路中加電表進(jìn)行演示。通過交流電表演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察到電表指針的左右擺動(dòng)，說明交變電流的方向是在不斷發(fā)生變化。學(xué)生不僅會(huì)觀察到電流方向在變化，還能觀察到電流在有規(guī)律地變化，這已經(jīng)接近交變電流的定義了。教師再稍加引導(dǎo)，學(xué)生歸納總結(jié)，交變電流的定義就水到渠成了。

2.探究交流電變化規(guī)律中特殊位置與一般位置的關(guān)系。

探究交變電流的變化規(guī)律是本節(jié)課的難點(diǎn)。教學(xué)中，教師可以從線圈平面與磁場(chǎng)平行和垂直兩個(gè)特殊位置開始分析。首先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)兩個(gè)特殊位置各自的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生利用右手定則分析感應(yīng)電流的方向，求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，通過轉(zhuǎn)動(dòng)一周四個(gè)位置物理量的極值，讓學(xué)生體驗(yàn)電流的大小及方向變化規(guī)律，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)交流電的大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的特點(diǎn)。此后，學(xué)生嘗試在電流隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像中描出幾個(gè)特殊點(diǎn)，猜想可能的關(guān)系圖像，再通過一般位置探究得出感應(yīng)電流的變化規(guī)律驗(yàn)證猜想。這種從特殊到一般的分析思路，學(xué)生比較容易接受。學(xué)生會(huì)借助特殊位置探究一般位置規(guī)律，學(xué)會(huì)在特殊位置與一般位置之間進(jìn)行規(guī)律轉(zhuǎn)化，從而系統(tǒng)理解和掌握交變電流的規(guī)律。該教學(xué)方法雖然很常規(guī)，但在教學(xué)中學(xué)生經(jīng)歷了“慢動(dòng)作”式的分析，思維難點(diǎn)逐個(gè)式的突破，學(xué)生能自己找到突破思維難點(diǎn)的方法。這樣的思維轉(zhuǎn)換有助于物理模型的建立，彰顯了以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心的教學(xué)理念。

3.法拉第電磁感應(yīng)定律知識(shí)運(yùn)用與方法遷移的關(guān)系。

學(xué)習(xí)是一個(gè)雙向的過程，一方面新知識(shí)納入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，獲得了新的意義，另一方面，原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)因?yàn)樾轮R(shí)的納入，而得到了一定調(diào)整或改組。知識(shí)不是對(duì)現(xiàn)實(shí)的純粹客觀的反映，但這并不意味著學(xué)習(xí)者對(duì)這種知識(shí)有同樣的理解。因?yàn)閷?duì)知識(shí)的理解，還需要個(gè)體基于自己知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的自主建構(gòu)，還需要取決于特定情境下的學(xué)習(xí)歷程。在自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)歷程中生成的方法是學(xué)生享用終身的“關(guān)鍵能力”。

本節(jié)課是法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)際應(yīng)用，從知識(shí)層面來看，學(xué)生通過上一章的學(xué)習(xí)，已經(jīng)掌握了動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算和感應(yīng)電流方向的判定，已經(jīng)具備了探究交變電流規(guī)律的基礎(chǔ)。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)能自行推導(dǎo)出交變電流的規(guī)律，能驗(yàn)證自己的猜想，得出正弦函數(shù)變化規(guī)律。但本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)不在于學(xué)生能否推導(dǎo)得出規(guī)律，而是如何分析交變電流的大小和方向隨時(shí)間周期性變化的規(guī)律，這是學(xué)生需要掌握的重要內(nèi)容。通過建立立體轉(zhuǎn)子模型，從特殊位置到一般位置，化立體圖為平面圖，從圖像到公式，從猜想假設(shè)到理論推導(dǎo)驗(yàn)證等，不斷促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，從而形成物理關(guān)鍵能力。

4.交流發(fā)電機(jī)物理模型與真實(shí)情境的關(guān)系。

毋庸置疑，學(xué)習(xí)從本質(zhì)上說是學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)的過程，但建構(gòu)不是簡(jiǎn)單被動(dòng)地接受信息，而是在一定的情境下，借助其他人的幫助而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過程，因此“情境”“協(xié)作”“會(huì)話”和“意義建構(gòu)”構(gòu)成了學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大屬性。教學(xué)情境必須有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的意義建構(gòu)。這就對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)提出了新的要求。教學(xué)設(shè)計(jì)不僅要考慮教學(xué)目標(biāo)，還要?jiǎng)?chuàng)設(shè)有利于學(xué)生意義建構(gòu)的問題情境。學(xué)生應(yīng)該在真實(shí)任務(wù)情境中，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。問題情境化是學(xué)生獲得關(guān)鍵能力的重要路徑之一。

物理模型是真實(shí)情境的抽象化，真實(shí)情境是物理模型的物化表現(xiàn)。交變電流教學(xué)中，教師都會(huì)借助物理模型引導(dǎo)學(xué)生分析電流變化規(guī)律，教師要引導(dǎo)學(xué)生厘清物理模型與真實(shí)情境的關(guān)系，認(rèn)識(shí)到真實(shí)的交流發(fā)電機(jī)的工作原理，讓學(xué)生了解生活中各種不同的交流發(fā)電機(jī)的工作圖式及其對(duì)應(yīng)的功能。這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣將知識(shí)從課堂延伸到課外，從書本延伸到生活。這樣的教學(xué)才更能達(dá)成意義建構(gòu)——不僅教會(huì)了學(xué)生知識(shí)，而且培養(yǎng)了他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，物理核心素養(yǎng)的生成也就水到渠成了。