以活動為載體的《交變電流》的教學設(shè)計

朱麗華

隨著課堂改革的深入，“合作探究學習”模式已經(jīng)成了目前最流行的學習方式.如何在理論性很強的物理課型中展開“合作探究學習”，這就需要教師采用開發(fā)自制實驗器材，錄制微視頻、音頻等方法，讓這類課型也能變得生動有趣，同時還能提升學生的探究能力，切實提高這類的課型的課堂效率.本文以人教版高中物理選修3-2教材中的《交變電流》教學中的活動設(shè)計為例，談?wù)勅绾卫枚鄻咏虒W路徑來激活理論課堂，讓物理理論課更高效有趣.

活動一：觀察實驗波形，了解交變電流概念

師：直流電和交流電有什么不同呢？

生：1個學生回答.

師：觀看微視頻：“電壓傳感器實驗：觀察學生電源的直流和交流的輸出電壓波形”，觀察交流電和直流電電壓大小和方向隨時間變化的規(guī)律有什么不同？

生：1個學生回答.

師：在物理學中，把方向不變的電壓（電流）叫做直流電，符號：DC；把方向隨時間改變的電壓（電流）叫做交變流電，簡稱交流電，符號：AC.

師：在圖1的四幅電流i隨時間t變化的圖象中，表示交流電是（）.

生：1人回答，并說明理由.

師：B是方波交流電，C是正弦式交流電，D是鋸齒波交流電，A是脈動直流電，電流大小和方向都不變的叫穩(wěn)恒直流電.

設(shè)計意圖通過自制的微視頻，讓學生觀察交流電和直流電電壓大小和方向隨時間變化規(guī)律，概括兩種電流的區(qū)別，歸納出基本概念.在這一環(huán)節(jié)中沒有現(xiàn)場做實驗，而是采用了目前流行的“微課”教學形式，這樣的設(shè)計不僅教學效果好，還節(jié)省了時間，是一次有益的教學嘗試.

活動二：觀察模型，了解手搖交流發(fā)電機構(gòu)造

過渡：直流電中的穩(wěn)恒電流已經(jīng)學習過，這一章將研究交流電.

師：插座上的交流電電從哪里的來的？

生：集體回答.

師：我國最大的水力發(fā)電站是什么發(fā)電站？

生：集體回答.

師：三峽水力發(fā)電機，它是如何發(fā)電呢？我們暫時沒辦法到實地去看，不過這里有臺手搖交流發(fā)電機如圖2，它也可以發(fā)電，有沒有同學要上來試試，看看它到底能不能發(fā)電？

生：1個學生上臺做實驗.

師：想知道它是如何發(fā)電嗎？一起來看它的構(gòu)造，它由磁鐵、線圈、滑環(huán)、電刷等部件組成.展示模型圖.請大家利用桌上的兩個紅藍木塊、線圈和支架等道具搭建一個模型，紅藍木塊表示電磁鐵的N極和S極.

師：如圖3所示當線圈在磁場繞軸轉(zhuǎn)動時為什么會有電流產(chǎn)生？[TP1GW07.TIF，Y#]

生：討論，1個小組回答.

設(shè)計意圖在傳統(tǒng)的課堂中都是教師演示“手搖發(fā)電機發(fā)電的實驗”，然后學生對照圖片分析交變電流產(chǎn)生的規(guī)律，這樣的設(shè)計，對學生的空間想象力要求很高，教學效果不是很好.為了突破這一教學重難點，筆者設(shè)計了如圖所示的分組實驗，并配合即時貼表示線圈AB、CD邊切割速度方向和電流方向，這樣的設(shè)計降低了教學難點，同時通過師生合作、生生合作等形式共同合作探究，使課堂效率得到明顯的提升.

活動三：小組合作，描述交變電流方向改變規(guī)律

[JP2]過渡：今天我們就要用已學的電磁感應(yīng)知識來研究交流電.[JP]

師：猜想它產(chǎn)生的是交流電還是直流電？

生：1個學生回答.

師：有哪些判斷線圈中感應(yīng)電流的方向的方法？

生：2個學生回答（兩個方法：楞次定律和右手定則）.

師：線圈從垂直磁感線開始順時針旋轉(zhuǎn)一周的過程中，AB邊（紅邊）和CD（藍邊）的電流方向發(fā)生變化了嗎？在哪些位置電流方向發(fā)生了變化？在這個位置前后AB邊（紅邊）和CD（藍邊）電流分別是什么方向？

師：第一個階段（線圈轉(zhuǎn)90°），師生共同分析.先用右手定則判斷感應(yīng)的電流的方向，再用楞次定律判斷.

師：接下來三個階段，請判斷并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)一周電流方向變化的規(guī)律.

生：結(jié)合導學案中圖片以及實驗?zāi)Ｐ停〗M合作完成實驗表格，并小組匯報展示（每組兩人上臺展示）.

師：每經(jīng)過磁場與線圈平面垂直的位置電流方向改變一次，物理上把這個位置叫做中性面.

師：中性面還有什么特點？

生：1～2人回答，其他同學補充.

設(shè)計意圖在這一環(huán)節(jié)沒有采用《人教版》教材中的四個問題讓學生分析，而是先“師生合作”分析第一階段的電流方向變化的規(guī)律，再“生生合作”分析后面三個階段的電流方向的變化規(guī)律.通過不同層面的合作學習，教師起到了應(yīng)有的引導示范作用，學生通過小組合作培養(yǎng)小組合作探究能力，體驗科學探究的一般過程.

活動四：小組合作，描述交變電流大小改變規(guī)律

過渡：現(xiàn)在已經(jīng)知道手搖發(fā)電機模型能產(chǎn)生交流電，那么它產(chǎn)生交流是什么形式的交流呢？鋸齒波？方波？還是正弦波？下一步應(yīng)該探究什么了？

生：集體回答（探究線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢或者電流大小變化規(guī)律）

師：給出一些模型參數(shù)：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直磁場方向的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，軸在線圈的對稱軸上，設(shè)勻強磁場的磁感應(yīng)強度B，線框AB邊長為L1、BC邊長L2，轉(zhuǎn)動時角速度為ω，匝數(shù)為N，線框總電阻為r，外電路總電阻為R.

師：試求從中性面開始計時，線圈的電動勢和感應(yīng)電流隨時間的變化規(guī)律？

師：用什么方法求線圈中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的大小？

生：法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律.

師：像剛才研究電流方向一樣，仍由特殊到一般，逐步分位置求線圈中感應(yīng)電動和感應(yīng)的電流的大小.為了方便研究，需要畫出平面圖，大家知道這是從哪個角度看的平面圖嗎？

生：集體回答.

師：先求中性面和垂直中性面這兩個特殊位置的感應(yīng)電動勢和電流.

生：在教師的引導下回答問題，教師板書.

師：求從中性面開始，經(jīng)時t，在一般位置斜切割，感應(yīng)電動勢多大？感應(yīng)電流多少？

師：提示問題串：①線圈與中性面的夾角是多少？②AB邊[LL]切割有效速度多大？③AB邊中的感應(yīng)電動勢多大？④線圈中的感應(yīng)電動勢多大？⑤線圈中的感應(yīng)電流多大？

生：先獨立完成，再小組討論形成共識，并小組匯報.

師：這個隨時間變化的值叫做瞬時值，最大值叫峰值.

師：從中性面開始計時，設(shè)一開始的電流方向為正方向，畫出線圈感應(yīng)電流隨時間變化的圖象.

生：獨立完成.

師：物理學中把這種交流電叫做正弦式交流電.

設(shè)計意圖交流電大小變化的規(guī)律是本節(jié)課的難點，人教版教材中沒有具體推導過程，但在課后練習中有理論推導的要求.因此，在這一環(huán)節(jié)中，根據(jù)學生的學情，筆者認為要讓學生在課堂上通過“法拉第電磁感應(yīng)定律” 把變化規(guī)律推導出來.采取的教學方式同“活動三”：先“師生合作”分析特殊位置，再“生生合作”分析一般位置，在具體的分析一般位置的電流變化規(guī)律的時候，設(shè)計了一個“問題串”，便于學生分析，這樣的設(shè)計，可以有效的分解教學難點，同時提升學生理論分析的能力.