“變壓器”一節對物理核心素養培養之芻見

潘國盛

(江蘇省鹽城市亭湖高級中學 224000)

物理核心素養是學生在物理學習過程中逐漸形成的重要品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，是學生科學素養的關鍵成分.“物理觀念”、“科學思維”、“實驗探究”、“科學態度與責任”是物理核心素養的四個要素.本文以“變壓器”這一節內容的教學過程為例，結合教學中的體會，談一談如何培養學生的物理核心素養.

一、實驗引入課題

人教版教材用思考與討論的方式，引導學生觀察實驗(如圖1所示)：將兩個獨立線圈套在同一個閉合的鐵芯兩端，其中一個線圈連接學生電源的交流輸出端，另一個線圈與小燈泡串聯，再觀察小燈泡的發光情況.此演示實驗把變壓器的雛形呈現給學生，與小燈泡相連的電路中沒有學生以前所認識的“電源”，小燈泡不直接與電源相連，也能使小燈泡發光.該實驗的優點是有利于激發學生興趣，缺點是略顯突兀，缺少與生活的聯系.筆者認為可將生活中各種常見工作電壓作引入，舉例：半導體收音機電源電壓不超過10V，機床上照明燈電壓36V，日常家用照明電壓220V，電視機顯像管需要10000V以上電壓，遠距離輸電高達幾十萬伏.如何實現各種大小的電壓？通過這樣的提問，引導學生解決實際問題，培養學生的社會責任感.學生聯想到，需要一個機器改變電壓.教師再設計兩個獨立的線圈分別套在同一個閉合的鐵芯上，其中一個線圈連接到手機揚聲器輸出端，再把另一個線圈與小音響串聯(如圖2和3所示)，學生可觀察到，音響不與手機直接連接，也能發出流行音樂聲.

二、用自制教具實現變壓器原理的教學

在變壓器的原理教學上，教材呈現了變壓器的示意圖，介紹了鐵芯、原線圈與副線圈的概念，突出互感現象是變壓器工作的原理，以及變壓器得名的原因，這樣介紹比較平鋪直敘，不利于學生牢記變壓器的原理.

筆者課前布置學生利用漆包線、回字鐵芯、砂紙等材料，自制變壓器教具，這樣有助于培養學生的動手操作能力.課堂上結合PPT介紹變壓器的構造，突出閉合鐵芯、原副線圈及輸入電壓U1和輸出電壓U2幾個概念，這里主要涉及科學術語、科學概念、科學模型和科學器件等幾個方面的物理知識素養的培養，這幾項知識素養是物理觀念的主要組成因素.然后我們展示學生的自制教具，取其中一個，讓兩個學生合作上講臺連接電路，用事先準備好的學生電源提供4V交流電壓，用教學電壓表顯示副線圈上是否有電壓.通過實驗和觀察，引導學生思考，變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接交變電壓U1后，副線圈電壓U2是怎樣產生的?這樣學生就容易思考出原線圈在接通交變電壓時，原線圈中就產生了交變電流，則被繞的鐵芯磁通量就隨之發生變化，以致在副線圈中產生感應電動勢，副線圈此時相當于交變電源，對外電路負載供電.學生此時很容易總結出這個現象就是上一章中的互感現象，互感現象就是變壓器的原理，這個結論就水到渠成地由學生總結出來了.這個環節的設計既培養了學生動手的能力，也鍛煉了學生交流的能力，培養了學生實事求是的科學精神.

三、分組實驗探究變壓器線圈兩端電壓與匝數的關系

在變壓器原副線圈電壓與匝數的關系教學過程中，教材通過探究實驗來研究變壓器原副線圈的兩端電壓與匝數之間的關系，這樣做的目的是讓學生在科學探究過程中，體驗探究成功的喜悅與獲得感，從而激發學生學習的興趣，讓學生感悟科學的探究方法.該實驗強調了物理實驗探究中研究一個量與多個量的關系時常用的控制變量法.

筆者在教學中，讓全班四十名學生分成十組，每個小組四名同學，這個問題中涉及四個物理量：U1、U2、n1、n2，研究U2與其它三個物理量的關系，可控制其中兩個量不變，只改變其中一個物理量，引導學生總結出三種類型：①原線圈輸入電壓和匝數不變，改變副線圈匝數；②原線圈輸入電壓和副線圈匝數不變，改變原線圈匝數；③原副線圈匝數不變，改變原線圈電壓；再將十個小組分成三塊，一塊進行一種類型的探究，畫好電路圖和記錄數據的表格，讓學生體驗科學探究的一般步驟，培養學生科學探究的能力.

在分析處理實驗數據時，充分調動學生思考，培養學生嚴謹、認真、實事求是的科學態度，要求學生大膽猜想、嚴格求證，實證與推理相結合，這正是科學態度素養的組成要素.在授課時，有學生會提出不是每一組數據都剛好滿足原、副線圈的電壓之比等于兩線圈的匝數之比.教師不僅要對學生善于提出疑問的做法進行鼓勵，還要引導學生分析誤差產生的原因，一方面鐵芯漏磁、渦流、線圈破損會引起系統誤差，另一方面電表讀數會引起偶然誤差.然后抓住主要因素，忽略次要因素，在誤差允許的范圍內，總結出原、副線圈的電壓之比，等于兩線圈的匝數之比的規律，這樣教學更能避免驗證結論的教學，而把它演變成學生實實在在的探究.

本文從實際課堂教學入手，通過實驗探究在實際教學環節中的應用，讓學生體驗和感受科學探究的一般步驟，培養物理觀念以及物理知識素養，從而激發學生學習物理的興趣，提升學生自我學習和綜合實踐能力，豐富學生的物理實驗探究經歷素養，并進一步提升其提出問題、分析問題、解決問題的科學思維素養，包括所運用的物理方法與數學方法以及貫穿始終的科學思維方法與科學思維策略.