將探究進行到底

劉愛芬

摘 要：目前高中物理教材“交變電流”的課后作業側重解題，有應試教育的傾向，與學生核心素養發展相違背。探究性作業迎合了學生綜合素質培養的需求?！敖蛔冸娏鳌钡膫鹘y作業向探究性作業轉變有利于提高學生分析解決實際問題的能力，有助于學生科學素養的形成。

關鍵詞：探究性作業；交變電流；設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）7-0014-3

我國課程改革成果豐富，“滿堂灌”的課堂模式轉變為小組合作探究模式，“核心素養”的提出彰顯了國家對教育的重視。各縣市舉辦的教師技能大賽、優質課評比、教學設計比賽極大地推動了課堂教學的發展，提高了教師的素質。[1]但不得不指出，各學科課后作業的發展過于緩慢，傳統作業的改善也迫在眉睫。

以高中物理“交變電流”課后作業為例，無論哪個版本的教材，都側重于本節課學習結論的應用。[2]傳統作業重點強化中性面位置的特點，公式E=-NBSωsinωt的應用，感應電動勢的影響因素等。這會給學生學習帶來如下一些“危害”：

（1）無法鞏固教學效果?！敖蛔冸娏鳌边@節課是探究課，不僅是要得到幾個概念，更重要的是學生通過分析交變電流形成的過程，增強解決實際問題的能力，提高物理學習的興趣。而學生的課后作業完全脫離分析過程，憑筆記的概念和公式完成作業，只能達到鞏固知識的效果。學生不能再次體驗課堂的探究過程，也無法用這種分析方法處理實際的問題。完成這樣的課后作業其效果可見一斑。

（2）無法實現素質教育。學生完成傳統的“交變電流”課后作業會產生這樣的誤解——認為物理學就是記住概念和公式，然后套用知識解決問題。這會讓學生陷入應試教育的困境，與物理課程開設的初衷背道而馳。物理學是自然科學的基礎，學生學習物理更重要的是方法、技能、思維等綜合素質的培養。學完一節探究課，只是進行概念與公式的強化，等于殺雞取卵，得不償失。

（3）無法提高學生能力。目前“交變電流”課后作業，無需學生進行系統地分析，無需用課堂教學的探究性思維處理問題。學生僅僅套用公式，長此以往，勢必導致學生學習能力下降，思維水平停滯不前。即使有專家認為課后作業要考慮大多數學生的學習水平，保證大部分學生能夠獨立完成，但也不得不說，換一些具有思考價值、重視探究過程的問題也能同時滿足多數學生的要求，又能提高更多學生的能力。

探究性作業顧名思義即作業注重探究，注重思考，注重實踐，是符合學生核心素養發展需要，提高綜合能力的一種作業。[3]“交變電流”是一節探究課，課后作業設計為探究性作業最為合適。[4]當然探究性作業雖然迎合素質發展需要，但也要考慮其難度適中，時間恰當，層次分明等因素。經過思考，結合教科版3-2第二章第一節的內容，設計了三道探究性習題。

1 課后作業與設想

習題1：回顧本節課學習過程，回答下列問題：

（1）本節課學習了哪種元件的工作原理？

（2）重點研究了哪個物理量的變化過程？

（3）線圈感應電動勢的產生既可以理解為導體棒切割磁感線產生感應電動勢，也可以理解為穿過線圈的磁通量變化產生感應電動勢。本次探究采用的是第幾種方法？

（4）兩根導體棒切割磁感線，大部分時間導體棒切割方向與磁感線并不垂直，如何解決這一問題？

（5）線圈產生的感應電動勢是兩根導體棒切割磁感線產生的感應電動勢之和，請整理并推導公式E=NBSωsinωt。

設想：本節課是探究課，探究過程是本節課的重點內容，所以課后作業必須重現探究過程，幫助學生強化所學知識。本題的提問順序基本再現了整個實驗的思考過程，提出的五個問題，按照由易到難，逐步提升的順序。前三個問題相對基礎，第4個問題是本次探究過程的一個難點，能夠進一步鞏固學習成果。最后一個小問題，要求學生重新進行推導，不僅加強了學生對本節課探究過程的理解，更為下節課的學習打下了一個堅實的基礎。

習題2：思考第1題的問題（3），嘗試用穿過線圈磁通量變化產生感應電動勢這一思路，推導出線圈感應電動勢公式E=NBSωcosωt（初始位置線圈與磁感線平行，公式中物理含義與今天所學內容一致）。

提示1：線圈與磁感線平行時，求出磁通量大小。

提示2：從線圈與磁感線平行這一位置開始分析，線圈轉動角度為α=ωt時，寫出此時穿過線圈的磁通量的表達式。

提示3：公式E=N，磁通量變化率即為Φ對t的求導結果。

提示4：求導過程中注意復合函數求導的規律。

設想：熟話說條條大道通羅馬，探究一個問題的途徑是多種多樣的。教師在課堂上經常教導學生要采用多方法解決問題，但千百遍的呼吁不及讓學生親自去體驗一次。

感應電動勢可分為動生電動勢和感生電動勢，本節探究課是借用動生電動勢產生的過程研究交流電的產生，學生當然也可以借用感生電動勢的產生過程加以分析。而且學生已經學過導數、三角函數等知識，完全具備根據E=N公式推導出線圈感應電動勢公式E=NBSωcosωt的能力?？紤]到是讓學生獨立完成探究和推導過程，所以給出了4個提示，幫助學生完成推導過程。

本題的參考答案：如圖1所示，此位置線圈垂直于中性面，即線圈與磁感線平行，其磁通量為0。從上往下看，線圈逆時針轉動時間t后，線圈與磁感線方向夾角為ωt。從該位置開始，每個位置磁通量表達式為：Φ=BSsinωt。[5]

磁通量變化率即為Φ對t的求導結果，則：=BSωcosωt（注意cosωt是t的復合函數），代入公式E=N，有：E=-NBSωcosωt。[5]可以看到這兩種角度可以達到同一效果。

問題3：如圖2所示的區域內有垂直于紙面的勻強磁場，磁感應強度為B。半徑為L、圓心角為45°的扇形閉合導線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉動（O軸位于磁場邊界）。請用導體切割磁感線和穿過線圈磁通量變化兩種角度分別討論：閉合導線框從開始進入到完全進入磁場的過程中，感應電動勢的變化。

設想：學以致用是物理教學的宗旨，掌握物理學探究方法是物理教學的目標，所以應當讓學生用學過的探究方法去解決問題。同時這題也是易錯題，防止學生直接套用現成的公式而導致解題錯誤。

本題線框在切割磁感線的過程中并不是產生了正弦交流電源。具體過程表現為：閉合導線框從開始進入到完全進入磁場的過程中，只有上方的一根導體棒不斷切割磁感線，而且切割的方向時刻與磁感線垂直。這個導體棒每個點的角速度一樣，半徑不一樣，故線速度不一樣。由于所有點的平均半徑為L/2，則E=BLv=BL2ω/2，那進入磁場過程感應電動勢保持不變。

2 作業特色與功效

三道問題緊扣當天的學習內容，突出探究學習過程，注重分析能力的培養。優點有：

（1）鞏固教學效果。探究性作業并不是一味地探究，也保留了鞏固知識這一傳統作業的特點。本次作業的第一題通過再現課堂教學過程，強化當天學習知識，學生自己再整理學習成果，有助于能力的提升，也能更好地記憶和理解物理概念與公式。

（2）注重探究應用。從第二題開始，要求學生深入思考交變電流產生的原因。第二題讓學生通過數學方法，借助另一種理解方式，推導出一樣的結論。這樣既能夠強化學生注重物理過程的學習，也能對正確的結論有更深的認識。第三題，則要求學生根據兩種不同的理解方法解決一道非正弦交變電流的題目，讓學生充分認識交變電流研究的思路。

（3）講究層次分明。物理作業應當為大部分學生考慮，多數學生要能夠通過作業鞏固知識，提高能力。本次作業第一題是復習課堂知識，所有學生都能夠完成。第二題要求學生在四個提示下完成公式的推導，只要學生的數學能力達到一定水平，就能夠順利完成。第三題則是讓學生運用知識，分析一個非正弦交變電流，既是難點，也是易錯點?？傮w而言，三題呈現由易到難，展示出了由基礎到提升，由知道到領會的過程。

物理教學注重知識形成過程的體驗，注重實際問題的理解與分析，注重能力的培養。傳統物理作業越來越難適應當今物理教學的要求。探究性作業集合作、探討、體驗等多個特點于一身，重視學生感受研究的過程，重視學生處理實際問題的過程，重視學生綜合素質的提高。探究性作業同時也對教師提出了更大的挑戰，教師要注重素材的積累，設計優質的探究性習題，發揮作業的最大作用。

參考文獻：

[1]呼和滿都拉. 新課標下基礎物理課程改革初探[J]. 中學物理教學參考，2015，44（03）：4.

[2]周萬付. 簡要分析產生正弦交流電的三種模式[J]. 物理教學探討，2007，25（04）：40.

[3]張萱. 高中物理探究性作業實施的探討[J].物理教學探討，2015，33（08）：64.

[4]孫艷華. 提高物理作業有效性的實踐[J]. 湖南中學物理，2010（01）：52-53.

[5]張萱. 用導數法巧解瞬時感應電動勢問題[J].中學物理， 2013（02）：81.

（欄目編輯 趙保鋼）