基于物理核心素養(yǎng)的高中物理課堂教學(xué)

劉浩

教師通過精心設(shè)計(jì)每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷探究過程，體會(huì)科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣；通過深挖中國(guó)變壓器艱辛的發(fā)展歷程，激發(fā)學(xué)生立志報(bào)國(guó)的情感！

一、教材分析

“變壓器”是人教版物理選擇性必修第二冊(cè)第三章“交變電流”第3節(jié)內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容承上啟下，既是互感現(xiàn)象的實(shí)際應(yīng)用，又是遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)的前提。

二、學(xué)情分析

在學(xué)習(xí)“變壓器”內(nèi)容之前，學(xué)生對(duì)互感現(xiàn)象已經(jīng)有了透徹的了解，但鮮少思考過如何利用互感現(xiàn)象造福于人，也不知道變壓器結(jié)構(gòu)的巧妙之處與變壓原理，更不知道中國(guó)在變壓器制造方面從落后到世界領(lǐng)先經(jīng)歷了怎樣的艱辛歷程。

從方法和習(xí)慣上講，新課程實(shí)施多年來(lái)，學(xué)生對(duì)科學(xué)探究、小組合作討論已經(jīng)積累了一定的體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，良好的科學(xué)探究意識(shí)和小組合作討論意識(shí)也為實(shí)現(xiàn)本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

三、教學(xué)重難點(diǎn)

1.經(jīng)歷探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系的過程，進(jìn)一步提高科學(xué)探究的能力。

2.掌握推導(dǎo)理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)關(guān)系的思路和方法。

3.研究中國(guó)在變壓器制造方面從落后到領(lǐng)先的艱辛歷程，學(xué)習(xí)前輩科學(xué)家自強(qiáng)不息的精神，號(hào)召學(xué)生努力學(xué)習(xí)，開創(chuàng)中華民族全面復(fù)興的新時(shí)代。

四、教學(xué)過程

（一）呈現(xiàn)需求，躍躍欲試

教師活動(dòng)：

表1中展示了生活中各種常見用電器的額定工作電壓，對(duì)比中國(guó)220V標(biāo)準(zhǔn)的生活用電，我們應(yīng)該怎么辦？你能利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一種變壓裝置，幫助我們解決這個(gè)困難嗎？

教師肯定學(xué)生的奇思妙想，表達(dá)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)裝置的期待，鼓勵(lì)學(xué)生課后將自己的想法付諸實(shí)踐。

請(qǐng)學(xué)生分析市場(chǎng)上的變壓器與自己設(shè)計(jì)變壓器的優(yōu)點(diǎn)與不足。

學(xué)生活動(dòng)：

獨(dú)立設(shè)計(jì)變壓裝置，小組互相借鑒后，全班投影展示。

（設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)情境，鼓勵(lì)學(xué)生“學(xué)以致用”。對(duì)比學(xué)生設(shè)計(jì)的不同方案，促進(jìn)學(xué)生的思維碰撞。期待具有創(chuàng)新精神的少年能夠設(shè)計(jì)出與眾不同的變壓裝置。）

（二）初識(shí)“變壓”，領(lǐng)悟“閉合”

教師活動(dòng)：

1.展示變壓器的構(gòu)造，逐一介紹每個(gè)部件的名稱及原、副線圈命名的相對(duì)性。

2.展示變壓器的示意圖及符號(hào)。

3.實(shí)地拍攝并展示學(xué)生生活環(huán)境中形形色色的變壓器。

4.咬文嚼字，質(zhì)疑“鐵芯”為何要閉合。

5.介紹學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)。

學(xué)生活動(dòng)：

1.按圖1電路圖連接實(shí)物，學(xué)生通過親自實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)比“閉合”與“開放”給燈泡亮度帶來(lái)的影響。

2.小組討論“閉合鐵芯”的作用，小組代表闡述對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解與解釋。

（設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生觀察生活、感悟生活。感受物理概念的嚴(yán)謹(jǐn)性，每一個(gè)字都舉足輕重，并需要學(xué)生深刻理解其內(nèi)涵。以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，建構(gòu)鐵芯充當(dāng)“磁路”的作用，使學(xué)生提出自己創(chuàng)造性的見解，領(lǐng)悟變壓器結(jié)構(gòu)的巧妙，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。）

（三）自主探索，合作生長(zhǎng)

教師活動(dòng)：

請(qǐng)學(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容，小組討論圖2流程中的問題。

1.小組探索變壓器的輸入電壓U1、輸出電壓U2與原、副線圈匝數(shù)n1、n2的關(guān)系。

2.給學(xué)生指導(dǎo)本實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。

3.綜合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：U2=k。

4.講述理想變壓器效率的100%，對(duì)比現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際變壓器的效率可以達(dá)到95%以上，體會(huì)“理想”的“不理想”，體會(huì)隨著科技的發(fā)展，以前看似很難實(shí)現(xiàn)的事情正在“夢(mèng)想成真”。

學(xué)生活動(dòng)：

1.基于生活與觀察，提出猜想。

2.回憶已經(jīng)學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)方法，小組討論本次探究實(shí)驗(yàn)的方法、方案、數(shù)據(jù)處理。

3.小組合作，滿懷期待地進(jìn)行探究，體會(huì)科學(xué)探究。

4.實(shí)際投影并學(xué)習(xí)每一個(gè)小組實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果。

5.計(jì)算每小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比例系數(shù)k，并思考k≠1的原因。

（設(shè)計(jì)意圖：通過“問題、證據(jù)、交流、解釋”等探究程序，最大限度地體現(xiàn)科學(xué)探究過程，為學(xué)生將來(lái)的新發(fā)現(xiàn)奠定物理科學(xué)素養(yǎng)。）

對(duì)比理想變壓器效率的100%與現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際變壓器的效率可以達(dá)到95%以上，使學(xué)生體會(huì)隨著科學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)越來(lái)越接近“理想”，感受物理中的理想化模型在“化繁為簡(jiǎn)，突出主要因素，忽略次要因素”中的重要作用。

（四）理論探究，相得益彰

教師活動(dòng)：

1.結(jié)合教材內(nèi)容，小組合作討論兩個(gè)主要問題：

（1）原、副線圈磁通量的變化有什么關(guān)系？

（2）如何從理論上推導(dǎo)出變壓規(guī)律？

2.如圖3所示，秉承“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”，取材于實(shí)際生活，用鞋盒和兩種不同顏色的導(dǎo)線自制大型變壓器模具，在講臺(tái)上演示變壓原理，更直觀、形象地幫助學(xué)生理解原、副線圈磁通量變化量的關(guān)系。

3.肯定學(xué)生小組討論成果的同時(shí)，質(zhì)疑“原、副線圈中有無(wú)自感現(xiàn)象”，質(zhì)疑“自感現(xiàn)象是否會(huì)導(dǎo)致原副線圈磁通量變化的不同”。

4.回顧“磁感線一定是閉合曲線”知識(shí)，通過在自制大型變壓器上畫磁感線，齊心協(xié)力地驗(yàn)證“有自感存在時(shí)，原、副線圈磁通量的變化量為什么仍然相同”。

學(xué)生活動(dòng)：

1.小組合作討論“原、副線圈磁通量的變化量是否相同”。

（設(shè)計(jì)意圖：使學(xué)生體會(huì)理論與實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)中的重要作用。分解理論推導(dǎo)這一難點(diǎn)，為學(xué)生的理論探究鋪設(shè)有力的臺(tái)階。初識(shí)“原、副線圈磁通量的變化相同”→考慮自感現(xiàn)象后，學(xué)生感覺“原、副線圈磁通量的變化應(yīng)該不同”→師生齊心協(xié)力地發(fā)現(xiàn)“原、副線圈磁通量的變化量仍然相同”，對(duì)比學(xué)習(xí)的三種境界“看山是山”→“看山不是山”→“看山還是山”。“小思考，大發(fā)現(xiàn)”，使學(xué)生體會(huì)自然科學(xué)與人文科學(xué)的統(tǒng)一，感悟物理學(xué)科的魅力與奇妙。）

（五）規(guī)律建立，觸類旁通

教師活動(dòng)：

如果原線圈的輸入電壓是正弦式交流電，請(qǐng)學(xué)生從理論上預(yù)測(cè)副線圈輸出電壓的波形圖，并通過圖4中的示波器來(lái)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

學(xué)生活動(dòng)：

1.思考教師提出的問題并發(fā)表自己的觀點(diǎn)。

2.觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否如自己理論推測(cè)的結(jié)果一樣。

（設(shè)計(jì)意圖：通過示波器輸出電壓的直觀波形圖給學(xué)生帶來(lái)的強(qiáng)烈視覺沖擊，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)驗(yàn)的完美統(tǒng)一，領(lǐng)略理論在推測(cè)未知領(lǐng)域時(shí)的巨大作用。）

（六）科學(xué)足跡，自強(qiáng)不息

教師活動(dòng)：

通過PPT展示“肯下苦功夫的王樹林”的事跡。

科學(xué)足跡——肯下苦功夫的王樹林

中國(guó)變壓器研究起步晚，2005年，王樹林前往德國(guó)學(xué)習(xí)換流變制造技術(shù)。面對(duì)王樹林等人的到來(lái)，德方人員輕蔑地只說(shuō)了一句話：“就算給了你們圖紙和工藝文件，沒有兩三年的時(shí)間，你們中國(guó)人也造不出一臺(tái)合格的變壓器?！蓖鯓淞稚钍芮?、打擊與刺激?；貒?guó)后，王樹林犧牲個(gè)人休息時(shí)間，潛心鉆研，立志改變外國(guó)人對(duì)中國(guó)制造工人的看法。他參與的750kV交流輸變電關(guān)鍵技術(shù)，獲得2007年“國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)。他建立了換流變整體套裝操作的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，并提出相應(yīng)的控制方法，標(biāo)志著我國(guó)直流輸變電項(xiàng)目居世界同行領(lǐng)先位置，特高壓±800kV直流輸電工程還獲得了2018年度“國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)”特等獎(jiǎng)。如今我國(guó)已經(jīng)掌握1000kV及以上電壓等級(jí)的交流輸電工程及相關(guān)核心技術(shù)，并在世界范圍內(nèi)定制了一套“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”。特高壓技術(shù)已然成為中國(guó)工業(yè)的重要名片之一，令無(wú)數(shù)中國(guó)人為之驕傲。

學(xué)生活動(dòng)：

學(xué)習(xí)偉人事跡，感受前輩光芒，樹立自強(qiáng)不息、為國(guó)獻(xiàn)身的人生抱負(fù)。

（設(shè)計(jì)意圖：“落后并不可怕，可怕的是甘愿落后而不自強(qiáng)”，體會(huì)中國(guó)人在變壓器制造方面的自強(qiáng)不息，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲地“立德樹人”，激發(fā)學(xué)生的“社會(huì)責(zé)任感”。）

（七）師生討論，總結(jié)升華

教師活動(dòng)：

以“變壓記”的形式凝練、提升本節(jié)物理課堂知識(shí)。

變壓記

改變電壓場(chǎng)合多，變壓器來(lái)顯神通。

顧名思義可變壓，傳遞能量損耗少。

“三無(wú)”理想變壓器，變壓規(guī)律要記牢。

但有一點(diǎn)須銘記，恒定電流變不了。

祖國(guó)電力當(dāng)自強(qiáng)，“樹林”精神永銘記。

學(xué)生活動(dòng)：

小組討論、總結(jié)、升華本節(jié)課所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。

（設(shè)計(jì)意圖：以“變壓記”的形式凝練、提升本節(jié)物理課堂知識(shí)，在寓教于樂中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，逐步滲透物理核心素養(yǎng)與人文教育。）

（作者單位：江蘇省淮陰中學(xué)）

編輯：溫雪蓮