整合不同版本教材资源搞好课堂教学设计——以“交变电流”为例

郑永圣 陈之东

(南京市江宁高级中学 江苏 南京 211000)



整合不同版本教材资源搞好课堂教学设计
——以“交变电流”为例

郑永圣 陈之东

(南京市江宁高级中学 江苏 南京 211000)

以教科版和人教版物理教材中“交变电流”一节的教学为例，探讨如何整合不同版本教材资源，搞好课堂教学设计，实现丰富教学素材，提高教学效率的目的.

整合 不同版本 资源 教学设计 交变电流

新课改以后，教材实行的是一纲多本，不同版本的教材有不同的特色，在平时的教学中，教师可以参考不同版本的教材来进行教学设计，可以较好地提高教学效率.下面以教科版教材和人教版教材中“交变电流”一节的教学为例，来谈谈如何整合不同版本教材资源，搞好课堂教学设计.

1 关于如何引入课题

人教版是以“做一做”引入的.把两个发光颜色不同的发光二极管连接到手摇发电机的两端，转动手柄，观察发光二极管的发光情况.

教科版是以“观察思考”引入.先将手摇发电机与小灯泡接成闭合电路，匀速转动手柄，观察小灯泡亮度有何变化.这说明了什么？再将小灯泡换成检流计，缓慢、匀速转动手柄，可以看到检流计的指针如何摆动.这又说明了什么？

对比思考：人教版采用两个发光颜色不同的发光二极管交替发光来说明手摇发电机产生的电流方向发生了变化，但这中间有一个推理过程，有一定的难度.因为学生首先要知道两个二极管是怎么连接的，图中应该是并联，但在实物模型中教师要告诉学生；其次学生必须知道二极管具有单向导电性，它交替发光说明加在二极管上的电流方向会发生变化.而教科版先将手摇发电机与小灯泡接成闭合电路，匀速转动手柄，让学生观察小灯泡亮度的变化，从而得出电流大小在变化；接着再用检流计替换小灯泡，可以直观地看出电流表的指针在左右摆动，这很容易就可得出电流的方向在发生变化.对比下来发现教科版的安排更好一些.

整合后的教学设计：先用一节干电池和一个小灯泡连接，小灯泡亮，且亮度不变.再将这个小灯泡接到一个手摇发电机上，转动手柄，观察小灯泡的发光情况，可以看到小灯泡一闪一闪的，这样由直流到交流的设计，在学生原来已有的直流电知识的基础上引入交流电的知识.虽然这是一个十分简单的实验，但一定要做一下，这样可以很好地降低学生的思维难度.然后将小灯泡换成检流计，缓慢、匀速转动手柄，然后问学生，“你看到了什么？想到了什么？你能提出一些什么问题吗？”学生看到指针左右摆动，由此自然想到这个电流的方向在发生变化，为此也就想了解这个电流方向是怎么变化的.接着用示波器让学生观看学生电源提供的电压u随时间t变化的图像(波形图).要注意的是，在看到指针左右摆动后，不能问学生“电流的方向是不是发生了变化”这样的问题，这样的问题问得太具体了，问题问得太具体，会限制学生的思维，不利于学生创造性思维的发展，在教学中我们要给学生发现问题、提出问题的机会，接着解决来自学生的问题，这样的课堂效率就会很高.

2 关于交变电流的方向

人教版是以4个问题来展开的.课本中给了线圈处于4个特殊位置时的情况，如图1所示，提出了如下4个问题.

问题1：线圈由甲位置转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？

问题2：在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？

问题3：当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？

问题4：大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线.

教科版是在定量理论探究的基础上，在“讨论交流”栏目中研究的.

对比思考：如何突破“交变电流方向的变化规律”这个难点呢？人教版是将复杂的交变电流方向问题分解成一个个简单的问题，引导学生根据原来已经掌握了的楞次定律或右手定则去理解交变电流方向的变化，这样处理是很好的，因为这样做符合学生的认知规律，也降低了学生思维的难度.而教科版是在定量推导得出交变电流的正弦变化规律之后，再让学生似懂非懂地从图像中去理解交变电流的方向变化规律，可以说这是一大败笔.因为两根棒切割磁感线，产生两个电动势，相当于两个电源串联，这个没搞清楚，就去研究电流的大小，这违背了学生的认知规律.

图1 人教版交变电流方向探究

整合后的教学设计：采用人教版的设计思路，课堂教学注重引导学生主动学习，积极思考.先让学生阅读教材，然后回答教材提出的4个问题，定性得出交变电流随时间变化的关系，进而定量导出交变电流随时间变化的规律.在这个教学环节中，最好将手摇发电机的实物模型给学生看一下，用这个实物模型作为支撑，与学生建立关联，因为问题的理性思维需要有效的感性材料来作为支撑，然后再引导学生将线圈的立体图转化为平面图，这样可以较好地降低学生的思维难度.

3 关于交变电流的大小

人教版是直接给出结果.从中性面开始计时，线圈转动产生的电动势表达式为

e=nBL1L2ωsinωt=Emsinωt

当发电机与电灯等纯电阻负载连接时，负载两端的电压、电流的变化规律u=Umsinωt，i=Imsinωt，指出这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流.

教科版是进行理论探究.

(a)

(b)

将手摇发电机磁极间的磁场视为磁感应强度为B的匀强磁场，方向水平向右，线圈简化为单匝矩形线圈abcd，如图2所示，线圈的边长分别为ab=L1, bc=L2,在线圈匀速转动的过程中，ab边和cd边要切割磁感线产生感应电动势.由于这两边的运动速度始终是大小相等而方向相反，所以两边产生的感应电动势大小相等，总电动势e=2eab，经过时间t，ab边绕轴转过的角度θ=ωt,此时速度v的方向如图2(b)所示，v与磁场方向垂直的分量v1=vsinθ=vsinωt,根据电磁感应定律，在ab边上产生的感应电动势的大小

e=2eab=BL1L2ωsinωt

设S为矩形线圈abcd的面积，S=L1L2.考虑到发电机实际线圈的匝数为N，并令

Em=NBSω

则

e=Emsinθ=Emsinωt

对比思考：交变电流的大小最好要带学生去推导一下，学生是有这个能力的.可以引导学生利用前面学过的导体棒切割磁感线产生感应电动势的公式，两个棒切割，就会产生两个电动势，相当于有两个电源，再通过前面方向的判定，就能得到总电动势.

整合后的教学设计：采用教科版的设计思路，引导学生一步步推出交变电流的大小变化规律.在这个教学环节中，首先要把知识的核心点转化成一些基本原理，如交变电流的大小推导涉及到了两条边切割磁感线，需要讨论两条边所产生的电动势的大小和方向，问题较复杂；其次要将基本原理以问题的形式呈现，比如可向学生提问：(1)线圈与中性面的夹角是多少？(2)ab边的速度多大？(3)ab边速度方向与磁场方向夹角多大？(4)ab边产生的感应电动势多大？(5)线圈中感应电动势多大？这样就可逐步帮助学生构建思维活动的路径图，通过这样的教学设计，就可以较好地降低教学的坡度，使学生能真正地去自主探究，成为学习的主角.

4 关于知识扩展

人教版是以“科学漫步”形式呈现的，让学生了解交流发电机.

教科版是以“发展空间” 形式呈现的，让学生了解发电设备.

对比思考：这两种处理方法差别不大.“科学漫步”、“发展空间”，仅供学有余力和有兴趣的学生阅读思考，引领学生关注科技进步，关注社会生活，激发学生对科学技术与人类生存状态之间的关系进行思考.

整合后的教学设计：采用哪个版本的教学安排都行.

5 关于课后练习

人教版有5道习题.第1题通过对灯丝颤动的分析，以真实物理现象为依据的问题，既联系科学、生活的实际，又训练了学生的科学思维能力，让学生体会到日常生活中常用到的是交变电流.第2题的目的是让学生能确切理解磁通量的含义，进一步理解法拉第电磁感应定律，以及感应电动势的大小与磁通量没有必然的联系.第3题通过定量计算进一步理解感应电动势的最大值.第4和第5题通过定量计算，使学生理解和掌握交变电流的产生及变化规律.

教科版有3道习题.其中第1题如下：如图3所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位置时

A．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大

B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小

C．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大

D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小

图3

第2题通过定量计算进一步理解感应电动势的最大值和某个时刻的瞬时值.第3题根据表达式Em=NBSω,说明交流发电机的Em与哪些因素有关.

对比思考：个人觉得人教版的习题设计得较好，很好地巩固了这堂课的基本知识.教科版的3道习题，其中第1题是一道废题，因为学生对线圈中磁通量的变化情况还不是十分清楚，这时去问它的最大最小，还问它的变化率就不是很合适了，对巩固这堂课的基础知识一点作用都没有.第3题只要知道表达式Em=NBSω中各个字母的含义就行了，有点让学生死记硬背的感觉.

整合后的教学设计：为了巩固本堂课的基本知识，只要选取人教版课后的第1题，第2题，再将人教版的第3，4，5题3道题和教科版的第2题整合成下面的一道题就行了.

【题目】如图4所示，矩形线圈abcd匝数为100匝，线圈ab边长为20 cm，bc边长为10 cm，绕垂直于磁场方向的轴OO′匀速转动，转速为50 r/s，设磁感应强度B为0.01 T，求：

(1)线圈中的感应电动势的最大值Em；

(2)从图示位置开始计时，线圈中的感应电动势的瞬时值表达式；

图4

整堂课整合后的教学设计是以学生思维活动为主线的课堂教学，学生经历了呈现事实、推理验证、得出结论的完整学习过程.它通过事实呈现等方法使学生获得对新知识的感性认识，再通过提出问题、分析推理等方法帮助学生把新知识提升到理性认识水平，最后回归实践，这种方法符合学生的认知规律，能够较好地激发学生的创新思维.在我们的教学过程中，我们要善于对不同的教学资源进行比较鉴别，吸收各种资源中好的东西，开发出一些有鲜明特点的教学课例，从而不断地丰富我们的课堂教学.

1 人民教育出版社.普通高中课程标准实验教科书 物理·选修3-2.北京：人民教育出版社，2011

2 教育科学出版社.普通高中课程标准实验教科书 物理·选修3-2.北京：科学教育出版社，2006

2015-06-01)