“變壓器”一節(jié)對物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)之芻見

潘國盛

(江蘇省鹽城市亭湖高級中學(xué) 224000)

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中逐漸形成的重要品格和關(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.“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“實驗探究”、“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”是物理核心素養(yǎng)的四個要素.本文以“變壓器”這一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)過程為例，結(jié)合教學(xué)中的體會，談一談如何培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

一、實驗引入課題

人教版教材用思考與討論的方式，引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗(如圖1所示)：將兩個獨立線圈套在同一個閉合的鐵芯兩端，其中一個線圈連接學(xué)生電源的交流輸出端，另一個線圈與小燈泡串聯(lián)，再觀察小燈泡的發(fā)光情況.此演示實驗把變壓器的雛形呈現(xiàn)給學(xué)生，與小燈泡相連的電路中沒有學(xué)生以前所認(rèn)識的“電源”，小燈泡不直接與電源相連，也能使小燈泡發(fā)光.該實驗的優(yōu)點是有利于激發(fā)學(xué)生興趣，缺點是略顯突兀，缺少與生活的聯(lián)系.筆者認(rèn)為可將生活中各種常見工作電壓作引入，舉例：半導(dǎo)體收音機(jī)電源電壓不超過10V，機(jī)床上照明燈電壓36V，日常家用照明電壓220V，電視機(jī)顯像管需要10000V以上電壓，遠(yuǎn)距離輸電高達(dá)幾十萬伏.如何實現(xiàn)各種大小的電壓？通過這樣的提問，引導(dǎo)學(xué)生解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感.學(xué)生聯(lián)想到，需要一個機(jī)器改變電壓.教師再設(shè)計兩個獨立的線圈分別套在同一個閉合的鐵芯上，其中一個線圈連接到手機(jī)揚聲器輸出端，再把另一個線圈與小音響串聯(lián)(如圖2和3所示)，學(xué)生可觀察到，音響不與手機(jī)直接連接，也能發(fā)出流行音樂聲.

二、用自制教具實現(xiàn)變壓器原理的教學(xué)

在變壓器的原理教學(xué)上，教材呈現(xiàn)了變壓器的示意圖，介紹了鐵芯、原線圈與副線圈的概念，突出互感現(xiàn)象是變壓器工作的原理，以及變壓器得名的原因，這樣介紹比較平鋪直敘，不利于學(xué)生牢記變壓器的原理.

筆者課前布置學(xué)生利用漆包線、回字鐵芯、砂紙等材料，自制變壓器教具，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力.課堂上結(jié)合PPT介紹變壓器的構(gòu)造，突出閉合鐵芯、原副線圈及輸入電壓U1和輸出電壓U2幾個概念，這里主要涉及科學(xué)術(shù)語、科學(xué)概念、科學(xué)模型和科學(xué)器件等幾個方面的物理知識素養(yǎng)的培養(yǎng)，這幾項知識素養(yǎng)是物理觀念的主要組成因素.然后我們展示學(xué)生的自制教具，取其中一個，讓兩個學(xué)生合作上講臺連接電路，用事先準(zhǔn)備好的學(xué)生電源提供4V交流電壓，用教學(xué)電壓表顯示副線圈上是否有電壓.通過實驗和觀察，引導(dǎo)學(xué)生思考，變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接交變電壓U1后，副線圈電壓U2是怎樣產(chǎn)生的?這樣學(xué)生就容易思考出原線圈在接通交變電壓時，原線圈中就產(chǎn)生了交變電流，則被繞的鐵芯磁通量就隨之發(fā)生變化，以致在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，副線圈此時相當(dāng)于交變電源，對外電路負(fù)載供電.學(xué)生此時很容易總結(jié)出這個現(xiàn)象就是上一章中的互感現(xiàn)象，互感現(xiàn)象就是變壓器的原理，這個結(jié)論就水到渠成地由學(xué)生總結(jié)出來了.這個環(huán)節(jié)的設(shè)計既培養(yǎng)了學(xué)生動手的能力，也鍛煉了學(xué)生交流的能力，培養(yǎng)了學(xué)生實事求是的科學(xué)精神.

三、分組實驗探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系

在變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系教學(xué)過程中，教材通過探究實驗來研究變壓器原副線圈的兩端電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系，這樣做的目的是讓學(xué)生在科學(xué)探究過程中，體驗探究成功的喜悅與獲得感，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生感悟科學(xué)的探究方法.該實驗強(qiáng)調(diào)了物理實驗探究中研究一個量與多個量的關(guān)系時常用的控制變量法.

筆者在教學(xué)中，讓全班四十名學(xué)生分成十組，每個小組四名同學(xué)，這個問題中涉及四個物理量：U1、U2、n1、n2，研究U2與其它三個物理量的關(guān)系，可控制其中兩個量不變，只改變其中一個物理量，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出三種類型：①原線圈輸入電壓和匝數(shù)不變，改變副線圈匝數(shù)；②原線圈輸入電壓和副線圈匝數(shù)不變，改變原線圈匝數(shù)；③原副線圈匝數(shù)不變，改變原線圈電壓；再將十個小組分成三塊，一塊進(jìn)行一種類型的探究，畫好電路圖和記錄數(shù)據(jù)的表格，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的一般步驟，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力.

在分析處理實驗數(shù)據(jù)時，充分調(diào)動學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、實事求是的科學(xué)態(tài)度，要求學(xué)生大膽猜想、嚴(yán)格求證，實證與推理相結(jié)合，這正是科學(xué)態(tài)度素養(yǎng)的組成要素.在授課時，有學(xué)生會提出不是每一組數(shù)據(jù)都剛好滿足原、副線圈的電壓之比等于兩線圈的匝數(shù)之比.教師不僅要對學(xué)生善于提出疑問的做法進(jìn)行鼓勵，還要引導(dǎo)學(xué)生分析誤差產(chǎn)生的原因，一方面鐵芯漏磁、渦流、線圈破損會引起系統(tǒng)誤差，另一方面電表讀數(shù)會引起偶然誤差.然后抓住主要因素，忽略次要因素，在誤差允許的范圍內(nèi)，總結(jié)出原、副線圈的電壓之比，等于兩線圈的匝數(shù)之比的規(guī)律，這樣教學(xué)更能避免驗證結(jié)論的教學(xué)，而把它演變成學(xué)生實實在在的探究.

本文從實際課堂教學(xué)入手，通過實驗探究在實際教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，讓學(xué)生體驗和感受科學(xué)探究的一般步驟，培養(yǎng)物理觀念以及物理知識素養(yǎng)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，提升學(xué)生自我學(xué)習(xí)和綜合實踐能力，豐富學(xué)生的物理實驗探究經(jīng)歷素養(yǎng)，并進(jìn)一步提升其提出問題、分析問題、解決問題的科學(xué)思維素養(yǎng)，包括所運用的物理方法與數(shù)學(xué)方法以及貫穿始終的科學(xué)思維方法與科學(xué)思維策略.