基于微課和推導圖的高中物理習題教學研究
——以“電磁感應的應用”為例

揚州大學物理科學與技術學院（225002） 錢 鈺 王彩霞

南京航空航天大學理學院應用物理系（210016） 樊濟宇

一、微課的概述

（一）微課的特點

微課是一種用5 到10 分鐘來解釋一個非常零碎的知識點、概念性問題或家庭作業的短小教學視頻，是教師用來教學的一種手段。它的特點就在于“微”，“微”不是簡單的短而是精，即微課的內容是經過精挑細選的，不是說所有的簡短的視頻都是微課，能夠在簡短的時間內把一個知識點講清楚，學生一看就能理解才是微課真正的意義所在。它的內容可以包括典型例題、科普知識、課堂思考、練習測試等，這些內容組合成一個完整的教學系統，構成了多樣性的教學體系，實現教學資源的分享和利用，便于教師相互探討，從而提高教師的教學技能［2］。

（二）微課的局限性

微課因為“微”往往會導致學生學習的知識變得零散，不利于知識系統化建構。因此，教師需要借助推導圖幫助學生厘清思路。在習題教學中推導圖的目的性是十分明確的，即利用題目中的已知條件進行推導，從已知到未知挖掘隱含在題目中的信息，并且用圖像生動地展示出來，各個條件之間的關系也變得清晰，讓學生一下子就打開思路，這樣有利于學生溫習并進行散亂知識的整理。因此，將推導圖和微課相結合，是一種很好的教學手段，可以使微課教學發揮更大的作用，協助學生迅速找到解題思路，提高解題效率［3］。

二、設計微課的原則

（一）嚴格把握教學時間

關于微課的設計，教師要合理控制好教學時間。在一節物理課中，教師既要確認教學目標能夠實現，又要避免視頻太過冗長造成主次不分，難以突出重點，反而失去了微課的特色。并且在一節課中，教師播放微課的數量不宜過多，3～4 個即可，過多的微課反而會讓學生失去一開始的新鮮感，無法吸引學生的注意力，更會讓學生有一種上網課的錯覺。因此，教師對微課的時間把握也是一節課能否成功的關鍵。

（二）合理設計教學內容

電磁感應問題歸根結底就是電荷之間的相互作用問題，但是它包含多種題型和多種圖像。教師在設計微課內容時應該對圖像問題進行分類，然后對每一種題型進行有針對性的講解，選好有代表性的典型例題，題目的難度要適中，更要具有趣味性，以使學生對物理產生濃厚的興趣［4］。

三、案例分析

下面筆者就以電磁感應中的圖像問題為例，選取幾道典型題開展微課和推導圖教學研究。

［例1］有一磁場均勻的矩形區域，磁場垂直紙面朝內。磁場區域寬為40 cm，如圖1（a）所示。一邊長為20 cm的方形線框，以20 cm/s的恒定速度沿垂直于磁場的方向切割磁感線，導線框豎直的兩邊始終同時與磁場的邊界平行，取逆時針運動方向為i的正方向，從導線框剛進入磁場時開始計時，圖1（b）各選項中，哪個能正確地反映i-t圖像規律（ ）。

圖1

解析：這是一道i-t圖像題，線框從開始進入磁場到完全進入磁場再到出磁場的過程中，可以分解為三個部分，解題時需要對這三個部分的運動情況分別進行分析。根據磁場的寬度、線框的寬度和線框勻速運動的速度，知道在0～1 s線框進入磁場，在1～2 s 線框在磁場中運動，在2～3 s 線框出磁場。第一種情況，線框進入磁場時，只有右側垂直磁場的線框切割磁感線，且線框中的磁感線條數在增多，依據楞次定律“增反減同”判別感應磁場的方向與原磁場方向相反，然后再通過右手螺旋定則判斷感應電流的方向，此時感應電流的方向應該是逆時針方向，根據題目中的條件逆時針方向為電流的正方向，因此在0～1 s感應電流圖像在橫軸上方；同理2～3 s 線圈出磁場時與第一種情況相反，感應電流圖像在橫軸下方；而在1～2 s 線圈在磁場中做勻速運動，磁通量無變化，因此沒有感應電流產生。判斷好電流方向后，再根據歐姆定律可以計算出感應電流的大小是不變的，所以C 選項為正確選項。在設計微課時可以把導線框在三種運動情況下感應磁場方向和感應電流方向變化的情況分別用動畫的形式表現出來，學生就可以一目了然地選出正確選項。圖2為這道題的推導圖。

圖2

［例2］如圖3 所示，匝數為10 的線圈（忽略電阻值）與外部電阻連接，電阻的電阻值為2 Ω，線圈內磁場方向垂直紙面向里。圖4是線圈內磁通量Φ隨時間t的變化規律圖。請選出正確的選項（ ）。

其二，當地政府有關部門在實施農業生態環境保護的過程中，不僅要注重教育引導，還要制定出農業發展規劃，將國家的農業優惠政策落實到位。通過宣傳教育，加強農業生態環境保護意識，讓農民積極主動地參與到農業環境保護中來。對表現良好的農民，給予必要的獎勵。只有提高農民的綠色環保意識，農業才能可持續的健康發展。

圖3

圖4

A.線圈中產生的感應電動勢為10 V

B.R兩端電壓為0.5 V

C.a點電勢高于b點電勢

D.通過R的電流大小為2.5 A

解析：這是一道Φ-t圖像題，當Φ隨t均勻變化時，線圈中的磁通量也發生變化，從而產生感應電動勢和感應電流。由圖4 可知Φ-t圖像的斜率是保持不變的，代入數據可以算出斜率的大小為0.5，其乘上線圈匝數10 就得出感應電動勢的大小為5 V，由此判斷A 選項是錯誤的。再由歐姆定律可求出電流值為2.5 A，進而得出電阻R兩端的電壓為5 V，由此排除B 選項。因為外電路中電流總是從高電勢流向低電勢，因此可以判斷感應電流方向，也就可以比較a、b兩點電勢的高低，從圖像中可以看出Φ在不斷地增大，根據楞次定律“增反減同”可判斷線圈內感應磁場的方向與原磁場方向相反，是垂直紙面向外的。再用右手螺旋定則判斷感應電流的方向為逆時針方向，即電流的流向是從b流向a，所以b點的電勢要高于a點，故C選項錯誤。推導圖如圖5 所示，這道題最容易出錯的地方就是感應電流方向的判斷，對初學者來說，很容易在原磁場上用右手螺旋定則，導致感應電流方向判斷錯誤。從推導圖可以簡潔明了地看出每個選項的分析思路，看一下推導圖就可以直接選出正確選項，這給學生的復習帶來了方便。

圖5

［例3］現有垂直紙面的勻強磁場，磁場中有一個垂直于磁場方向的薄金屬環，如圖6 所示，磁感強度B隨時間t按圖7 所示變化，令E1、E2、E3分別表示B按Oa、bc、cd三段變化時，金屬環產生的感應電動勢的大小，I1、I2、I3分別表示對應的感應電流，規定向里為磁場的正方向，那么（ ）。

圖6

圖7

A.E1＞E2，I1沿逆時針方向，I2沿順時針方向

B.E1＜E2，I1沿逆時針方向，I2沿順時針方向

C.E1＜E2，I2沿順時針方向，I3沿逆時針方向

D.E2=E3，I2沿順時針方向，I3沿順時針方向

解析：這是一道B-t圖像題，對高中生來說，原磁場方向和感應磁場方向很容易混淆，沒能清楚把握B-t圖像斜率的含義，另外，正負關系也是一個難點。根據圖像和已知條件把要求的物理量一一列出來，然后再從選項中選出對應的答案。這道題乍一看不知道怎么比較感應電動勢和感應電流的大小，但是由法拉第電磁感應定律公式E=·S可以看出，比較E的大小應轉換成比較B-t圖像的斜率絕對值的大小。由圖可知，bc段和cd段圖線斜率相同，且大于Oa段斜率的絕對值，由此可以判斷E1、E2、E3的大小。圖線Oa表示線圈的磁通量垂直于紙面向里，并且在逐漸增加，線圈中感應電流的方向是逆時針的。圖線bc和cd的斜率是不變的，說明通過線圈的磁感線先垂直于紙面向里，后垂直于紙面向外，且變化率相同，感應電流的方向就可以根據楞次定律來判斷。推導圖如圖8 所示，由圖可以清晰看出原磁場的方向、感應磁場方向以及感應電流方向，結合題目的選項就可以很輕易地選出正確答案。這樣解題，可以大大提高正確率。

圖8

電磁感應中的圖像問題一直是高二物理的一個難點，解題時學生常常會摸不著頭腦，但是通過推導圖解題，可使思路變得清晰起來，再加上微課的簡潔形象性，可以使教學效果更好［5］。推導圖有利于學生查漏補缺，完善知識體系。

四、結果分析

習題教學結束后，筆者對用微課進行習題教學的班級和用傳統方法進行習題教學的班級進行小測試，測試的結果用SPSS 軟件計算比較平均分，具體如表1所示。

表1 對照班和實驗班測試成績均分對照表

從表1 中可以發現對照班1 和對照班2 的學生的平均分是差不多的，每道題的正確率也相差不大，而實驗班（即采用微課和推導圖進行教學的班級）的學生，答題情況更好，無論是每道題的正確率還是整體的平均分與兩個對照班級相比都有明顯的優勢。

高中物理習題數量多、難度大，教師在習題教學中充分利用好信息資源，合理設計微課并結合推導圖輔助教學，會有意想不到的效果。微課的選擇和制作對教師來說也是一種挑戰，結合推導圖開展教學，可以提高學生的學習興趣，幫助學生理解運用相關知識，有利于學生掌握相關習題的解題思路方法。