“交变电流”教学中需处理好的几对关系*

陈晓宇

“交变电流”是学生在学完法拉第电磁感应定律后的实际应用。本节课的重点是交变电流的产生，难点是交变电流的变化规律。区别于直流电，交变电流要相对复杂，虽然学生已有法拉第电磁感应定律作为基础，但在实际教学中，学生第一次接触到大小和方向不断变化的电流，如果不能引导学生厘清规律，掌握方法，会对后续学习产生影响。本节课教学处理手段可以多种多样，但无论采用何种方法都必须正确处理好几组关系。

1.交直流电的感性认识与理性判别的关系。

物理学科能力的初级能力是观察能力，学生在日常生活中对交流电已有了感性认识，知道有交流电与直流电之分，知道家庭用电是交流电，干电池使用的是直流电，他们在潜意识里以为电流发生变化的就是交流电，不变的就是直流电。但对于如何科学区分交流电和直流电，学生的日常经验显然是不科学的。教师可以通过手摇发电机演示灯泡的一亮一熄，说明电流在变化，从感性上让学生明白交流电是变化的电流，但如何变化还需要进一步辨别。教师可以引导学生发散思维，通过传感器实验、在电路中加电表进行演示。通过交流电表演示实验，学生观察到电表指针的左右摆动，说明交变电流的方向是在不断发生变化。学生不仅会观察到电流方向在变化，还能观察到电流在有规律地变化，这已经接近交变电流的定义了。教师再稍加引导，学生归纳总结，交变电流的定义就水到渠成了。

2.探究交流电变化规律中特殊位置与一般位置的关系。

探究交变电流的变化规律是本节课的难点。教学中，教师可以从线圈平面与磁场平行和垂直两个特殊位置开始分析。首先让学生认识两个特殊位置各自的特点，引导学生利用右手定则分析感应电流的方向，求出感应电动势的大小，通过转动一周四个位置物理量的极值，让学生体验电流的大小及方向变化规律，进一步认识交流电的大小和方向随时间作周期性变化的特点。此后，学生尝试在电流随时间变化的关系图像中描出几个特殊点，猜想可能的关系图像，再通过一般位置探究得出感应电流的变化规律验证猜想。这种从特殊到一般的分析思路，学生比较容易接受。学生会借助特殊位置探究一般位置规律，学会在特殊位置与一般位置之间进行规律转化，从而系统理解和掌握交变电流的规律。该教学方法虽然很常规，但在教学中学生经历了“慢动作”式的分析，思维难点逐个式的突破，学生能自己找到突破思维难点的方法。这样的思维转换有助于物理模型的建立，彰显了以学生的学习为中心的教学理念。

3.法拉第电磁感应定律知识运用与方法迁移的关系。

学习是一个双向的过程，一方面新知识纳入已有的认知结构中，获得了新的意义，另一方面，原有的知识经验因为新知识的纳入，而得到了一定调整或改组。知识不是对现实的纯粹客观的反映，但这并不意味着学习者对这种知识有同样的理解。因为对知识的理解，还需要个体基于自己知识经验的自主建构，还需要取决于特定情境下的学习历程。在自主建构的学习历程中生成的方法是学生享用终身的“关键能力”。

本节课是法拉第电磁感应定律的实际应用，从知识层面来看，学生通过上一章的学习，已经掌握了动生电动势的计算和感应电流方向的判定，已经具备了探究交变电流规律的基础。在教师的引导下，学生结合所学知识能自行推导出交变电流的规律，能验证自己的猜想，得出正弦函数变化规律。但本节课的教学难点不在于学生能否推导得出规律，而是如何分析交变电流的大小和方向随时间周期性变化的规律，这是学生需要掌握的重要内容。通过建立立体转子模型，从特殊位置到一般位置，化立体图为平面图，从图像到公式，从猜想假设到理论推导验证等，不断促进学生对知识的理解，从而形成物理关键能力。

4.交流发电机物理模型与真实情境的关系。

毋庸置疑，学习从本质上说是学生自主建构知识的过程，但建构不是简单被动地接受信息，而是在一定的情境下，借助其他人的帮助而实现的意义建构过程，因此“情境”“协作”“会话”和“意义建构”构成了学习环境中的四大属性。教学情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。这就对教学设计提出了新的要求。教学设计不仅要考虑教学目标，还要创设有利于学生意义建构的问题情境。学生应该在真实任务情境中，发现问题、分析问题、解决问题。问题情境化是学生获得关键能力的重要路径之一。

物理模型是真实情境的抽象化，真实情境是物理模型的物化表现。交变电流教学中，教师都会借助物理模型引导学生分析电流变化规律，教师要引导学生厘清物理模型与真实情境的关系，认识到真实的交流发电机的工作原理，让学生了解生活中各种不同的交流发电机的工作图式及其对应的功能。这样才能激发学生的学习兴趣将知识从课堂延伸到课外，从书本延伸到生活。这样的教学才更能达成意义建构——不仅教会了学生知识，而且培养了他们严谨的科学思维能力和实践创新能力，物理核心素养的生成也就水到渠成了。