基于微課和推導(dǎo)圖的高中物理習(xí)題教學(xué)研究

錢鈺 王彩霞 樊濟(jì)宇

[摘 要]文章以高中物理電磁感應(yīng)中的圖像問題為例，闡述微課結(jié)合推導(dǎo)圖在習(xí)題教學(xué)中的具體應(yīng)用。通過微課和推導(dǎo)圖進(jìn)行習(xí)題教學(xué)，能夠?qū)W(xué)生散亂的知識(shí)系統(tǒng)化，抽象的問題生動(dòng)化，復(fù)雜的概念簡(jiǎn)單化，進(jìn)而提升學(xué)生的解題能力。

[關(guān)鍵詞]微課;推導(dǎo)圖;電磁感應(yīng);圖像問題;習(xí)題教學(xué)

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2022）05-0051-03

電磁感應(yīng)一直是高中物理的重難點(diǎn)，它包含很多的定律和公式，而且應(yīng)用非常廣泛，涉及做功、動(dòng)量、能量等各方面問題[1]，每一種問題對(duì)應(yīng)的題型層出不窮，同時(shí)也是高考的高頻考點(diǎn)。而習(xí)題教學(xué)往往有助于學(xué)生深刻理解所學(xué)的物理知識(shí)。為了使習(xí)題教學(xué)效果更好，可以利用微課和推導(dǎo)圖，讓學(xué)生運(yùn)用新穎的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效果。由于篇幅有限，筆者僅就電磁感應(yīng)中的圖像問題進(jìn)行微課習(xí)題教學(xué)研究，以下的微課教學(xué)設(shè)計(jì)都是以電磁感應(yīng)中的圖像問題展開的。

一、微課的概述

（一）微課的特點(diǎn)

微課是一種用5到10分鐘來解釋一個(gè)非常零碎的知識(shí)點(diǎn)、概念性問題或家庭作業(yè)的短小教學(xué)視頻，是教師用來教學(xué)的一種手段。它的特點(diǎn)就在于“微”，“微”不是簡(jiǎn)單的短而是精，即微課的內(nèi)容是經(jīng)過精挑細(xì)選的，不是說所有的簡(jiǎn)短的視頻都是微課，能夠在簡(jiǎn)短的時(shí)間內(nèi)把一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講清楚，學(xué)生一看就能理解才是微課真正的意義所在。它的內(nèi)容可以包括典型例題、科普知識(shí)、課堂思考、練習(xí)測(cè)試等，這些內(nèi)容組合成一個(gè)完整的教學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)成了多樣性的教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)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(xué)技能[2]。

（二）微課的局限性

微課因?yàn)椤拔ⅰ蓖鶗?huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)變得零散，不利于知識(shí)系統(tǒng)化建構(gòu)。因此，教師需要借助推導(dǎo)圖幫助學(xué)生厘清思路。在習(xí)題教學(xué)中推導(dǎo)圖的目的性是十分明確的，即利用題目中的已知條件進(jìn)行推導(dǎo)，從已知到未知挖掘隱含在題目中的信息，并且用圖像生動(dòng)地展示出來，各個(gè)條件之間的關(guān)系也變得清晰，讓學(xué)生一下子就打開思路，這樣有利于學(xué)生溫習(xí)并進(jìn)行散亂知識(shí)的整理。因此，將推導(dǎo)圖和微課相結(jié)合，是一種很好的教學(xué)手段，可以使微課教學(xué)發(fā)揮更大的作用，協(xié)助學(xué)生迅速找到解題思路，提高解題效率[3]。

二、設(shè)計(jì)微課的原則

（一）嚴(yán)格把握教學(xué)時(shí)間

關(guān)于微課的設(shè)計(jì)，教師要合理控制好教學(xué)時(shí)間。在一節(jié)物理課中，教師既要確認(rèn)教學(xué)目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，又要避免視頻太過冗長造成主次不分，難以突出重點(diǎn)，反而失去了微課的特色。并且在一節(jié)課中，教師播放微課的數(shù)量不宜過多，3～4個(gè)即可，過多的微課反而會(huì)讓學(xué)生失去一開始的新鮮感，無法吸引學(xué)生的注意力，更會(huì)讓學(xué)生有一種上網(wǎng)課的錯(cuò)覺。因此，教師對(duì)微課的時(shí)間把握也是一節(jié)課能否成功的關(guān)鍵。

（二）合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

電磁感應(yīng)問題歸根結(jié)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(shè)計(jì)微課內(nèi)容時(shí)應(yīng)該對(duì)圖像問題進(jìn)行分類，然后對(duì)每一種題型進(jìn)行有針對(duì)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(xué)生對(duì)物理產(chǎn)生濃厚的興趣[4]。

三、案例分析

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

[例1]有一磁場(chǎng)均勻的矩形區(qū)域，磁場(chǎng)垂直紙面朝內(nèi)。磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挒?0 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(chǎng)的方向切割磁感線，導(dǎo)線框豎直的兩邊始終同時(shí)與磁場(chǎng)的邊界平行，取逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閕的正方向，從導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)開始計(jì)時(shí)，圖1（b）各選項(xiàng)中，哪個(gè)能正確地反映[i-t]圖像規(guī)律（ ）。

解析：這是一道[i-t]圖像題，線框從開始進(jìn)入磁場(chǎng)到完全進(jìn)入磁場(chǎng)再到出磁場(chǎng)的過程中，可以分解為三個(gè)部分，解題時(shí)需要對(duì)這三個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)情況分別進(jìn)行分析。根據(jù)磁場(chǎng)的寬度、線框的寬度和線框勻速運(yùn)動(dòng)的速度，知道在[0～1 s]線框進(jìn)入磁場(chǎng)，在[1～2 s]線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，在[2～3 s]線框出磁場(chǎng)。第一種情況，線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，只有右側(cè)垂直磁場(chǎng)的線框切割磁感線，且線框中的磁感線條數(shù)在增多，依據(jù)楞次定律“增反減同”判別感應(yīng)磁場(chǎng)的方向與原磁場(chǎng)方向相反，然后再通過右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向，此時(shí)感應(yīng)電流的方向應(yīng)該是逆時(shí)針方向，根據(jù)題目中的條件逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较颍虼嗽赱0～1 s]感應(yīng)電流圖像在橫軸上方;同理[2～3 s]線圈出磁場(chǎng)時(shí)與第一種情況相反，感應(yīng)電流圖像在橫軸下方;而在[1～2 s]線圈在磁場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)，磁通量無變化，因此沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。判斷好電流方向后，再根據(jù)歐姆定律可以計(jì)算出感應(yīng)電流的大小是不變的，所以C選項(xiàng)為正確選項(xiàng)。在設(shè)計(jì)微課時(shí)可以把導(dǎo)線框在三種運(yùn)動(dòng)情況下感應(yīng)磁場(chǎng)方向和感應(yīng)電流方向變化的情況分別用動(dòng)畫的形式表現(xiàn)出來，學(xué)生就可以一目了然地選出正確選項(xiàng)。圖2為這道題的推導(dǎo)圖。

[例2]如圖3所示，匝數(shù)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(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。圖4是線圈內(nèi)磁通量[Φ]隨時(shí)間[t]的變化規(guī)律圖。請(qǐng)選出正確的選項(xiàng)（ ）。

A. 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為10 V

B. [R]兩端電壓為0.5 V

C. [a]點(diǎn)電勢(shì)高于[b]點(diǎn)電勢(shì)

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(dāng)[Φ]隨[t]均勻變化時(shí)，線圈中的磁通量也發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。由圖4可知[Φ-t]圖像的斜率是保持不變的，代入數(shù)據(jù)可以算出斜率的大小為0.5，其乘上線圈匝數(shù)10就得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為[5 V]，由此判斷A選項(xiàng)是錯(cuò)誤的。再由歐姆定律可求出電流值為[2.5 A]，進(jìn)而得出電阻[R]兩端的電壓為[5 V]，由此排除B選項(xiàng)。因?yàn)橥怆娐分须娏骺偸菑母唠妱?shì)流向低電勢(shì)，因此可以判斷感應(yīng)電流方向，也就可以比較a、b兩點(diǎn)電勢(shì)的高低，從圖像中可以看出[Φ]在不斷地增大，根據(jù)楞次定律“增反減同”可判斷線圈內(nèi)感應(yīng)磁場(chǎng)的方向與原磁場(chǎng)方向相反，是垂直紙面向外的。再用右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，即電流的流向是從b流向a，所以b點(diǎn)的電勢(shì)要高于a點(diǎn)，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。推導(dǎo)圖如圖5所示，這道題最容易出錯(cuò)的地方就是感應(yīng)電流方向的判斷，對(duì)初學(xué)者來說，很容易在原磁場(chǎng)上用右手螺旋定則，導(dǎo)致感應(yīng)電流方向判斷錯(cuò)誤。從推導(dǎo)圖可以簡(jiǎn)潔明了地看出每個(gè)選項(xiàng)的分析思路，看一下推導(dǎo)圖就可以直接選出正確選項(xiàng)，這給學(xué)生的復(fù)習(xí)帶來了方便。

[例3]現(xiàn)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中有一個(gè)垂直于磁場(chǎng)方向的薄金屬環(huán)，如圖6所示，磁感強(qiáng)度[B]隨時(shí)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(shí)，金屬環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，[I1]、[I2]、[I3]分別表示對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電流，規(guī)定向里為磁場(chǎng)的正方向，那么（ ）。

A. [E1>E2]，[I1]沿逆時(shí)針方向，[I2]沿順時(shí)針方向

B. [E1<E2]，[I1]沿逆時(shí)針方向，[I2]沿順時(shí)針方向

C. [E1<E2]，[I2]沿順時(shí)針方向，[I3]沿逆時(shí)針方向

D. [E2=E3]，[I2]沿順時(shí)針方向，[I3]沿順時(shí)針方向

解析：這是一道[B-t]圖像題，對(duì)高中生來說，原磁場(chǎng)方向和感應(yīng)磁場(chǎng)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(fù)關(guān)系也是一個(gè)難點(diǎn)。根據(jù)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(xiàng)中選出對(duì)應(yīng)的答案。這道題乍一看不知道怎么比較感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的大小，但是由法拉第電磁感應(yīng)定律公式[E=nΔΦΔt=nΔBΔt?S]可以看出，比較E的大小應(yīng)轉(zhuǎn)換成比較[B-t]圖像的斜率絕對(duì)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(duì)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(yīng)電流的方向是逆時(shí)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(yīng)電流的方向就可以根據(jù)楞次定律來判斷。推導(dǎo)圖如圖8所示，由圖可以清晰看出原磁場(chǎng)的方向、感應(yīng)磁場(chǎng)方向以及感應(yīng)電流方向，結(jié)合題目的選項(xiàng)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。

電磁感應(yīng)中的圖像問題一直是高二物理的一個(gè)難點(diǎn)，解題時(shí)學(xué)生常常會(huì)摸不著頭腦，但是通過推導(dǎo)圖解題，可使思路變得清晰起來，再加上微課的簡(jiǎn)潔形象性，可以使教學(xué)效果更好[5]。推導(dǎo)圖有利于學(xué)生查漏補(bǔ)缺，完善知識(shí)體系。

四、結(jié)果分析

習(xí)題教學(xué)結(jié)束后，筆者對(duì)用微課進(jìn)行習(xí)題教學(xué)的班級(jí)和用傳統(tǒng)方法進(jìn)行習(xí)題教學(xué)的班級(jí)進(jìn)行小測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果用SPSS軟件計(jì)算比較平均分，具體如表1所示。

從表1中可以發(fā)現(xiàn)對(duì)照班1和對(duì)照班2的學(xué)生的平均分是差不多的，每道題的正確率也相差不大，而實(shí)驗(yàn)班（即采用微課和推導(dǎo)圖進(jìn)行教學(xué)的班級(jí)）的學(xué)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(gè)對(duì)照班級(jí)相比都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

高中物理習(xí)題數(shù)量多、難度大，教師在習(xí)題教學(xué)中充分利用好信息資源，合理設(shè)計(jì)微課并結(jié)合推導(dǎo)圖輔助教學(xué)，會(huì)有意想不到的效果。微課的選擇和制作對(duì)教師來說也是一種挑戰(zhàn)，結(jié)合推導(dǎo)圖開展教學(xué)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，有利于學(xué)生掌握相關(guān)習(xí)題的解題思路方法。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 蔣明星.電磁感應(yīng)中的綜合問題[J].數(shù)理化解題研究，2021（1）：91-92.

[2]? 黃以剛.微課在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用分析[J].考試周刊，2020（A5）：125-126.

[3]? 曹奇志，肖利群，李小英，等.思維導(dǎo)圖結(jié)合微課的物理教學(xué)模式探索[J].廣西師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017（2）：137-141.

[4]? 李明軍.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的初中物理微課教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].求知導(dǎo)刊，2021（4）：24-25.

[5]? 王經(jīng)天，陳康.“尋因果”讓電磁感應(yīng)中的圖像問題簡(jiǎn)約又簡(jiǎn)單[J].教學(xué)考試，2020（40）：56-60.

（責(zé)任編輯 易志毅）