“小设计”换来“大惊喜”——以“电能的输送”教学设计为例

王 蕾

（苏州市第一中学校，江苏 苏州 215005）

“电能的输送”一课是高中物理（人教版）选修3-2“交变电流”一章的最后一节.在教材中的地位属于对本章前面几节的综合应用，同时也涉及到了恒定电路的一些基本电学知识.本节的教学目标主要有2方面，了解从变电站到用户的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理；引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，在学习知识的同时获得一定的成就感.本节知识在高考考查中算不上主干知识，往往教材并不会以大量篇幅展现，而事实上这样类型的课程与生活联系紧密，能给学生带来更多情感态度价值观的体验，所以值得教师深入细致地研究教材和教法.

教科书教学内容展开的流程如图1.

图1 教材教学流程

笔者认为，要能更好地实现教学目标，应从我国输电现状出发，让学生从实践中来再回到实践中去.只有这样，本节教材才会得到更有价值的提升.在教学实践中笔者对课程的安排和实验都做了改进和处理，让整个学习过程更加流畅，实验效果更加完美.

1 引人入胜的新课导入

原教材开篇就提出了输电基本要求，可为什么要有这样的要求，这需要与学生分析我国的现状.我国大型发电站与用电需求大的城市之间距离遥远，这也正是西电东输面临的一个最大的问题.若距离远用加长导线就能解决问题的话，那么，本节课就没有讨论的必要了.所以，下一步就是要让学生直观地感受直接远距离输电的弊端.

图2 短导线输电

小设计之1.（1）学生电源（交流）对灯泡A供电，A灯正常发光.如图2所示.

（2）学生电源（交流）对教室后排的相同规格的B灯供电，距离远.后排没有电源.我

们就不得不找来一捆长长的导线来连接电路.

（3）让B灯与A灯并联，闭合开关，如图3所示.

图3 长导线输电

（4）现象：B点发光明显暗于A灯.如图4所示.

图4 实验效果图

引发思考：A、B灯是并联，电压相等，为啥亮暗程度差了那么多？

学生分析：问题应该是出在这“长长的导线”上.

大惊喜：不需教师提醒，学生也能想到：这点距离的导线就能产生如此大的影响，那试想遥远的三峡输送电能到自己生活的城市，影响之大、损耗之多.充分体会到远距离输电无法回避的困难，这样学生才会主动进一步思考如何降低线路产生的影响.

建议：为了让“远距离”输电更加形象，回路导线可以尽可能长一些（笔者上课就采用了总长约150m的导线）.同时，为了让导线上的电压降更明显，实验效果更加理想，可在导线中串入电阻，增大回路的总阻值.

2 常规示教板之非常规改进

许多学校都有高低压输电示教板，为了更加贴切展示实际情况，实验时会用两根阻值较大的电阻丝代表远距离的长导线.用低压送电时，实验原理同小设计1.如果仅仅将长导线用电阻丝替换，精简板面的话，那并无很大的意义.是否能让线路上的能量损失，更形象化、具体化？笔者做了很多尝试.本着既要启发性强，又要适于取材，易于操作，性能稳定，安全可靠，笔者将原来的示教板做了微小的改动.

小设计之2.（1）将示教板上的大阻值导线替换成2个规格相同的小灯泡，最好与用户端的小灯泡规格也相同，如图5（a）改成图5（b）所示.

图5

低压交流送电时，三者串联，学生就可以清楚地观察到用户端灯泡与输电线上灯泡一样亮.可见线路上损失较大，如图6所示.

图6 实验效果图

（2）进一步向学生展示，实际用户端用户增多时，线路损失的情况，如图7所示.

图7 低压送电多负载的电路图

用户端并联线路增多，示教板上的电路图能很清楚地提示着，线路损失的能量是不可低估的.如图8所示.

图8 实验效果图

大惊喜：输电线有明显的电阻，有能耗，用户端得到的电能跟发电厂送出的相比损失了很多.若用两个小灯泡来替代长长的输电线，最大的优点就是直观，小灯泡的亮暗情况给了学生更多的体验.

物理学科是一门重实践、重体验的学科，许多问题教师光凭讲述，是很难给学生直观感受的.设计2在设计1的基础上进一步提出线路损失问题，同时又可与高压送电形成鲜明对比.对学生而言，将看不到的能量损失用看得到的小灯泡的明暗区别来呈现，这种视觉的冲击，对理解高压送电的必要性起着极其关键的作用.

建议：线路电阻灯泡与用户端灯泡尽量使用相同规格，这样3盏灯泡的亮暗对比更能说明问题.同时，用户端3灯泡也尽量使用相同规格.

3 定量对比引发思考

对于眼前看到的实验事实，学生希望提出解决的方法.根据焦耳定律及控制变量法，学生易从缩短时间、减小电阻、减小电流3方面入手.但生活经验很快就会让学生否定靠缩短时间来减小能耗的方法.而减小输电电阻、减小输电电流，到底哪个更好？笔者认为也最好要有学生体验后抉择.

小设计之3.案例体验1：把功率为2×107W的电能输送到5km以外的地方，输电线上的总电阻为10Ω，用2×104V的电压输电，损失的功率占总功率的百分之几？

案例体验2：把功率为2×107W的电能输送到5km以外的地方，输电线上的横截面积加倍（相对案例1），用2×104V的电压输电，损失的功率占总功率的百分之几？

案例体验3：把功率为2×107W的电能输送到5km以外的地方，输电线上的总电阻为10Ω，用4×104V的电压输电（相对案例1输电电压加倍），损失的功率占总功率的百分之几？

案例体验4：把功率为2×107W的电能输送到5km以外的地方，输电线上的总电阻为10Ω，用2×105V的电压输电（相对案例1输电电压的10倍），损失的功率占总功率的百分之几？

大惊喜：因为学生已经掌握基本电学知识，通过以上几组计算体验，减小输电电流的优势就一览无遗了.学生计算体验取代了教师讲解.有了学生参与，正确的抉择是必然的结果.

建议：案例选择的数据也许与实际情况仍有出入，但考虑到这段分析所服务的教学目标及本节课的教学重点，教师还是尽量选择方便计算的数据.

4 对比实验提升课堂效果

目睹了低压送电的缺陷，也讨论了减小输电线损失的方案，教师的分析让学生也感受到了减小输电线电流，升高输电电压的必要性，引出了升压、降压两组变压器来满足输电要求.

小设计之4.（1）改变电路结构，进行高压送电.如图9（a）所示.

现象：用户端灯泡明显增亮，输电线灯泡几乎不亮，如图9（b）所示.

图9

（2）增加用户量，再次体验有别于低压送电的不同效果，如图10（a）、（b）所示.

图10

大惊喜：低压和高压输电的实验对比是本课的亮点，而以往实验突出了两次用户端灯泡的亮暗对比.本课设计则是让线路灯泡的亮暗将“损失的电能”展示出来，既有用户端灯泡亮暗对比，又有线路灯泡亮暗对比，还有线路与用户端灯泡亮暗的对比，让学生获得了更全面的直观感受.

建议：教师若能将两次示教板实验效果用相机记录，并让两张照片同时展出，那效果更佳.

5 结语

本节要求学生学完交变电流基础知识、了解变压器的原理，并运用所学过的电磁学方面的知识解决实际问题，旨在提高学生综合分析能力和联系实际解决问题的能力.教师都知道，往往引导学生发现问题比解决问题更困难.所以教师必须通过一些有效的方法，让学生获得丰富的体验，才能激发其解决问题的欲望，找准解决问题的突破口.如本教学设计中，倘若没有线路小灯泡的帮忙，学生看到的是，两次都是低压输入，一次直接供电给用户端，一次通过升压和降压送给用户端，用户获得了不同输出功率.没能“亲眼”证实线路上的损失，反而给高压输电蒙上了一层神秘色彩，不利于学生的理解.现在引入了代替输电线电阻的小灯泡，这小灯泡身兼两职，既代表了远距离输电线的电阻，又能将电阻对功率的影响半定量地呈现，改动虽小，但获得的教学效果是不言而喻的.

1 普通高中课程标准实验教科书物理选修3-2教师教学用书.北京：人民教育出版社，2007：87－89.

2 刘大华.探究学习与课堂教学的整合——“电能的输送”一课的教学设计［J］.物理教师，2007（7）：20－21.