以學習者視角運用教材以審視者視角打破局限
——以新人教版交變電流的變化規律探究教學為例

王宇辰

(深圳市龍崗區華中師范大學龍崗附屬中學 廣東 深圳 518100)

1 問題的提出

教材是教學內容和課程內容的中介，是學生獲取知識的主要來源，是教師教學的主要依據[1].普通高中新課程改革以核心素養為切入點，為了培養學生物理學科核心素養，教學中需要憑借教材而不依賴教材、運用教材而不拘泥教材，教師要將傳統的“教教材”轉變為“用教材教”.

本文以人教版選擇性必修第二冊第三章第1節中交變電流的變化規律探究教學為例，以學習者視角運用教材，分析教材設計思路，設置鏈式問題，從發電機矩形線圈在勻強磁場中做切割磁感線運動角度進行理論探究，得出發電機電動勢的變化規律；以審視者視角打破教材局限，回歸物理規律本源，運用法拉第電磁感應定律，結合高中數學的導數知識，推導發電機電動勢的變化規律，探究過程中不僅有效地融入數學思想，而且培養了學生推理論證、質疑創新的科學思維.

2 以學習者視角運用教材

2.1 教材分析[2]

《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》要求：“能用公式和圖像描述正弦交變電流.”[3]教材注重培養學生的模型分析和推理能力，運用法拉第電磁感應定律，從發電機矩形線圈在勻強磁場中做切割磁感線運動角度，推理得出矩形線圈旋轉時所產生的感應電流(即交變電流)的表達式.這個推理過程有一定難度，教材通過“問題”“思考與討論”等欄目，并結合相應的演示實驗探究交變電流的變化規律，從定性感知過渡到定量計算，使學生建立正弦式交變電流的模型.

教材將線圈的結構簡化為便于處理的模型，包括把磁極之間的磁場近似為勻強磁場，把n匝線圈等效為1匝線圈，并在具體情境中運用右手定則判定感應電流的方向，運用導體棒切割磁感線運動產生的感應電動勢公式E=Blvsinθ(適用條件是v與l垂直，其中θ是B和v的夾角)分析推理得出感應電動勢的瞬時值和最大值的表達式，再根據閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律推理得出電流和電壓瞬時值與最大值的表達式.

2.2 教學設計

交變電流的變化規律教學設計如表1所示.

表1 交表電流的變化規律教學設計

2.3 教材應用與反思

根據學生現有的知識水平，深入分析教材內容，按一定的順序設計貼近學生“最近發展區”的鏈式遞進問題，培養學生獨立思考和積極建構的能力.鏈式遞進問題將較為復雜的推理過程進行分解，促使學生思維能力提升，推動學生理論分析能力進階.教師在運用教材的過程中，需要充分發揮教育智慧，靈活地將學術結論生動地展示在學生面前，促進學生在理論探究中逐步形成科學思維，實現培養學生物理核心素養的目的.但遺憾的是，教材局限于研究矩形線圈，發電機線圈若為不規則的形狀，那么從教材方法的角度分析將非常復雜.

3 以審視者視角打破局限

3.1 回歸本源理解物理規律 創新方法打破教材局限

電磁感應現象是在變化、運動過程中出現的效應，教材從發電機矩形線圈在勻強磁場中做切割磁感線運動的角度推理得出交變電流的變化規律，而導線做切割磁感線運動只是電磁感應的一種情況，電磁感應現象的本質是穿過閉合電路的磁通量發生變化.從法拉第電磁感應定律的本源出發，結合導數的內涵和思想理解磁通量的變化率這一物理概念，可以快速推導出交變電流的變化規律，而且這一方法打破了教材的局限，成功解決了發電機線圈形狀不規則情況下交變電流的變化規律.

3.2 教學設計

發電機線圈形狀不規則情況下交變電流的變化規律教學設計如表2所示.

表2 發電機線圈不規則情況下交變電流的變化規律教學設計

4 結束語

教學思維和自然界中的物體一樣也具有“慣性”，教師依據教材內容和多年教學經驗而形成的思維框架往往會限制教學中創新方法的應用.愛因斯坦說過：“提出一個問題，往往比解決一個問題更重要，因為解決問題也許僅僅是一個數學上或實驗上的技能而已，而提出新的問題、新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創造力和想象力.”[4]教學是對話、交流與知識建構的過程，需要基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出創造性見解，回歸物理規律本源，打破教材局限和“慣性思維”，才能實現培養學生物理學科核心素養的目的[5].