“變壓器”任務驅動式教學設計＊

潘振東

（東北師范大學附屬中學 吉林 長春 130022）

樊娟娟 李士軍

（吉林農業大學信息技術學院 吉林 長春 130118）

任務驅動式教學是近年來在教學領域受到廣泛重視的一種教學方式［1，2］.任務驅動教學模式通過創設真實的生活情境提出任務，營造探究環境，激發學生學習興趣.學生在探究過程中，通過思考、實驗、討論，尋求解決任務的方法.通過任務的完成，獲得探究的成功體驗，感悟科學的探究方法.文中以“變壓器”［3］一節為例，談任務驅動式教學在課堂中的具體應用［4～6］.

1 教學設計理念

（1）通過任務的設置，明確努力方向.通過完成任務的過程培養學生實驗能力和分析問題的能力.通過任務的達成，激發學習熱情，體驗學習的快樂.

（2）教學設計上既貫徹新課程理念下培養學生動手能力，同時，也重視學生理論推導能力，將二者完美結合，是本節課教學設計的努力方向.

2 教具準備

圣誕樹，燈串（額定電壓為24V和12V各一串），學生電源，可拆變壓器，交流電壓表，6V干電池組，鋸條.

3 教學過程

環節1：創設情境，提出任務，引入新課

師：圣誕節即將來臨，老師給同學們準備了一個圣誕禮物.圣誕樹上安裝了一個額定電壓是24V的燈帶.現在只有一個12V的交流電源，如果同學們能把它點亮，就將這個禮物送給你們（教師演示12V的交流電源不能使圣誕燈正常發光）.

師：根據你的生活經歷，用什么裝置能解決這個問題呢？

生：變壓器.

師：好.大家如果想利用變壓器解決問題，首先就要了解變壓器的結構.現在課桌上有可拆解的變壓器，請大家動手，了解一下變壓器的結構.

設計意圖：使學生在明確任務的驅動下盡快進入學習狀態，充分調動學生的學習積極性，感受變壓器引入的必要性，主動探索完成任務的途徑.

環節2：介紹變壓器的構造，演示變壓器的作用

師：大家觀察變壓器由哪些部分構成？

生：兩個線圈、一個閉合鐵芯.

師（用幻燈片演示變壓器的組成、變壓器的示意圖）：變壓器，顧名思義可以改變電壓.現在利用兩個演示交流電壓表，同時測量變壓器的輸入電壓和輸出電壓.測量結果表明，輸入電壓與輸出電壓明顯不同（提示學生在實驗中原、副線圈的匝數不同）.

設計意圖：學生頭腦中初步形成變壓器模型，感受變壓器的確是能夠改變電壓的裝置，應該可以利用變壓器解決課堂上提出的第一個任務，為后續學習做好鋪墊.

環節3：實驗探究輸出電壓與輸入電壓、原線圈匝數、副線圈匝數的關系

師：根據剛才的演示實驗，大家猜想，輸出電壓的大小可能與哪些因素有關系呢？

生：輸出電壓U2與原線圈匝數n1，副線圈匝數n2，輸入電壓U1有關.

師：如果U2與多個因素有關，那么，利用什么基本思想確定U2與某個因素的具體關系呢？

生：控制變量.

師：好！同學們現在開始分組實驗，分別測定U2與n2，n1及U1之間的關系.選3個組長各負責一組實驗，并匯報你們小組的實驗結果，將表1，2，3補充完整.第一組探究U2與n2的關系（保持n1＝100匝、U1＝2V不變）.第二組探究U2與n1的關系（保持n2＝400匝、U1＝10V不變）.第三組探究U2與U1的關系（保持n1＝100匝 、n2＝400匝不變）.

（將3組實驗條件同時用幻燈片演示，對學生起到提示作用，同時，強調讀數時要注意有效數字）

表1 輸出電壓U2與副線圈匝數n2的關系

表2 輸出電壓U2與原線圈匝數n1的關系

表3 輸出電壓U2與輸入電壓U1的關系

師：第一組匯報實驗結果.組長分析數據特點，并提出處理實驗數據的方法.

生：隨著副線圈匝數n2的增加，輸出電壓U2逐漸變大.可以利用坐標紙畫圖像，分析二者的關系.

師：很好，利用坐標紙畫圖像，可以看出兩個物理量之間的關系，也可以借助電腦處理數據.我們用Excel畫圖像可以非常準確地得到U2與n2的關系（演示將U2，n2對應數據輸入到Excel的兩列中，插入圖表，選擇散點圖，擬合直線，顯示圖像為過原點的直線）.

生：從圖像可以看出，U2正比于n2.

師：第二組匯報實驗結果，大家一起用Excel畫圖像（學生匯報數據，教師畫圖像）.

師：我們發現隨著n1的增加，U2逐漸降低.U2－n1圖像是曲線，你們組如何處理這些數據呢？

生：可以看出n1的倒數與U2的關系.

師：在Excel中插入一列，通過函數運算將n1取倒數.然后，描繪圖像，確定與U的關系.2

師：第三組匯報實驗結果，描繪U2－U1圖像.

生：從圖像可以得到U2∝U1.

師：你們能不能用一個數學表達式把3組實驗得到的規律統一起來？

設計意圖：培養學生動手實驗能力、分析數據能力、歸納總結能力及小組協作的團隊精神.

環節4：點亮圣誕燈，完成第一個任務

師：現在，哪位同學可以根據實驗得到的結論將圣誕樹點亮呢？

學生到講臺，親自將圣誕樹點亮（掌聲）.

師：能否解釋一下是如何點亮圣誕燈的？

生：輸入電壓為12V，要想變壓器輸出24V的電壓，根據剛才得到的關系式，只要副線圈匝數是原線圈匝數的2倍即可.

設計意圖：培養學生利用規律解決問題的能力.讓學生體驗任務完成的快樂感和成就感，激發學生的學習興趣.

環節5：建立理想變壓器模型，分析變壓器工作原理

師：圣誕樹點亮了，我們能感受到變壓器真的很神奇.原、副線圈彼此絕緣，電能卻從一個線圈轉移到另一個線圈，這個過程是如何發生的呢？

生：原線圈接入交變電流，副線圈中有磁通量的變化，從而產生了感應電動勢，所以燈會亮起來.

師：變壓器的工作原理就是互感.那么變壓器在工作過程中有能量損失嗎？

生：鐵芯內產生渦流；原、副線圈有電阻、電流，會產生焦耳熱；鐵芯在導磁過程中可能會發生漏磁（全體學生討論后由多位學生回答）.

師：很好.現觀察桌子上的變壓器，鐵芯由硅鋼片疊加而成，已經抑制了渦流的熱效應；原、副線圈由銅線繞制而成，銅線電阻率很小，產生的焦耳熱很少；鐵芯采用導磁性能很好的硅鋼片，漏磁現象不明顯.如果一臺變壓器在這3方面的損失均可以忽略不計，那么，我們將這樣的變壓器叫做理想變壓器.

設計意圖：使學生掌握什么是理想變壓器，體會理想物理模型提出的方法和必要性，并為下一個環節的理論推導做好鋪墊.

環節6：理論探究理想變壓器原、副線圈的電壓、電流與匝數的關系

師：大家思考，對于理想變壓器而言沒有漏磁，那么，原、副線圈磁通量大小有什么關系呢？

生：磁通量相等.因為磁感線是閉合曲線，并且沒有漏磁.

師：原、副線圈磁通量是恒定的么？

生：是變化的.因為原線圈中通入的是交流電，產生方向和大小周期性變化的磁場，磁通量當然是變化的，副線圈產生感應電動勢.

師：鐵芯不漏磁，原、副線圈磁通量必然時刻相等，那么原、副線圈磁通量的變化率有什么關系呢？

師：如果副線圈的匝數為n2，那么副線圈的感應電動勢如何表示？

師：如果原線圈的匝數為n1，那么，原線圈的感應電動勢如何表示呢？

生：可能相等.

師：原、副線圈中電流與匝數的關系？

設計意圖：通過設計一系列層層遞進的問題，引導、啟發學生思考.從理論上推導出變壓器的基本規律，與實驗規律統一，使學生內心受到震撼，加深對所學知識的理解.

環節7：學以致用、能力提升，完成第二個任務

師：現在又出現了一個相似的任務，大家想想怎么解決呢？這里還有一串燈帶，需要12V的電壓才能點亮，目前只有變壓器和一個6V的電池組，你能利用圖1所示的實驗電路把它點亮嗎［7］？

圖1

生：燈帶不能正常發光.因為原線圈接的是電池組，提供的是恒定電流，線圈中的磁場沒有變化.副線圈磁通量沒有改變，不會產生感應電動勢.

師：很好，同學們討論有沒有辦法將燈點亮呢？

生：可以讓原線圈不斷地處于通斷狀態，這樣就可以使線圈中的磁通量發生變化，燈應該可以亮.

圖2

師：老師設計了一個實驗電路，如圖2所示，在原線圈中接一個鋸條，導線在鋸齒上滑動，讓我們一起觀察實驗效果（可以看到燈持續地亮起來，掌聲）.

師：導線在鋸條上滑動，可以使原線圈通斷的頻率更高，效果會比手動的更好.

設計意圖：使學生對變壓器的認識達到新的高度，加強對電磁感應和變壓器工作原理的理解.

4 總結

通過本節課的學習，學生掌握了變壓器的結構、工作原理以及工作規律.在解決任務的過程中，培養了學生的實驗動手能力、理論分析能力、歸納概括能力，同時，也體驗了團隊合作精神.任務完成后，學生體驗到了學習的快樂.采用任務驅動式教學，提高了“變壓器”課堂教學效率，使學生的知識、能力、素質得到了全面提升.

1 王瑞.物理任務驅動教學的理論與實踐研究（學位論文）.河南師范大學，2009

2 李勝華.“任務驅動”模式在初中物理教學中的應用.學周刊，2011（6）：37

3 人民教育出版社課程教材研究所.普通高中課程標準實驗教科書物理·選修3-2教師教學用書.北京：人民教育出版社，2010

4 吳蘭紅.優化教學設計提高課堂教學有效性.物理教學探討，2010（5）：63～65

5 齊麗虹，肖增英.“變壓器”數學設計.教育理論與實踐，2010（4）：31～33

6 董書生.“向心力”教學設計.物理通報，2010（9）：48～49

7 顧婉清.用干電池做變壓器演示實驗.物理實驗，1995，15（2）：680