“变压器”一节对物理核心素养培养之刍见

潘国盛

(江苏省盐城市亭湖高级中学 224000)

物理核心素养是学生在物理学习过程中逐渐形成的重要品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分.“物理观念”、“科学思维”、“实验探究”、“科学态度与责任”是物理核心素养的四个要素.本文以“变压器”这一节内容的教学过程为例，结合教学中的体会，谈一谈如何培养学生的物理核心素养.

一、实验引入课题

人教版教材用思考与讨论的方式，引导学生观察实验(如图1所示)：将两个独立线圈套在同一个闭合的铁芯两端，其中一个线圈连接学生电源的交流输出端，另一个线圈与小灯泡串联，再观察小灯泡的发光情况.此演示实验把变压器的雏形呈现给学生，与小灯泡相连的电路中没有学生以前所认识的“电源”，小灯泡不直接与电源相连，也能使小灯泡发光.该实验的优点是有利于激发学生兴趣，缺点是略显突兀，缺少与生活的联系.笔者认为可将生活中各种常见工作电压作引入，举例：半导体收音机电源电压不超过10V，机床上照明灯电压36V，日常家用照明电压220V，电视机显像管需要10000V以上电压，远距离输电高达几十万伏.如何实现各种大小的电压？通过这样的提问，引导学生解决实际问题，培养学生的社会责任感.学生联想到，需要一个机器改变电压.教师再设计两个独立的线圈分别套在同一个闭合的铁芯上，其中一个线圈连接到手机扬声器输出端，再把另一个线圈与小音响串联(如图2和3所示)，学生可观察到，音响不与手机直接连接，也能发出流行音乐声.

二、用自制教具实现变压器原理的教学

在变压器的原理教学上，教材呈现了变压器的示意图，介绍了铁芯、原线圈与副线圈的概念，突出互感现象是变压器工作的原理，以及变压器得名的原因，这样介绍比较平铺直叙，不利于学生牢记变压器的原理.

笔者课前布置学生利用漆包线、回字铁芯、砂纸等材料，自制变压器教具，这样有助于培养学生的动手操作能力.课堂上结合PPT介绍变压器的构造，突出闭合铁芯、原副线圈及输入电压U1和输出电压U2几个概念，这里主要涉及科学术语、科学概念、科学模型和科学器件等几个方面的物理知识素养的培养，这几项知识素养是物理观念的主要组成因素.然后我们展示学生的自制教具，取其中一个，让两个学生合作上讲台连接电路，用事先准备好的学生电源提供4V交流电压，用教学电压表显示副线圈上是否有电压.通过实验和观察，引导学生思考，变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的?这样学生就容易思考出原线圈在接通交变电压时，原线圈中就产生了交变电流，则被绕的铁芯磁通量就随之发生变化，以致在副线圈中产生感应电动势，副线圈此时相当于交变电源，对外电路负载供电.学生此时很容易总结出这个现象就是上一章中的互感现象，互感现象就是变压器的原理，这个结论就水到渠成地由学生总结出来了.这个环节的设计既培养了学生动手的能力，也锻炼了学生交流的能力，培养了学生实事求是的科学精神.

三、分组实验探究变压器线圈两端电压与匝数的关系

在变压器原副线圈电压与匝数的关系教学过程中，教材通过探究实验来研究变压器原副线圈的两端电压与匝数之间的关系，这样做的目的是让学生在科学探究过程中，体验探究成功的喜悦与获得感，从而激发学生学习的兴趣，让学生感悟科学的探究方法.该实验强调了物理实验探究中研究一个量与多个量的关系时常用的控制变量法.

笔者在教学中，让全班四十名学生分成十组，每个小组四名同学，这个问题中涉及四个物理量：U1、U2、n1、n2，研究U2与其它三个物理量的关系，可控制其中两个量不变，只改变其中一个物理量，引导学生总结出三种类型：①原线圈输入电压和匝数不变，改变副线圈匝数；②原线圈输入电压和副线圈匝数不变，改变原线圈匝数；③原副线圈匝数不变，改变原线圈电压；再将十个小组分成三块，一块进行一种类型的探究，画好电路图和记录数据的表格，让学生体验科学探究的一般步骤，培养学生科学探究的能力.

在分析处理实验数据时，充分调动学生思考，培养学生严谨、认真、实事求是的科学态度，要求学生大胆猜想、严格求证，实证与推理相结合，这正是科学态度素养的组成要素.在授课时，有学生会提出不是每一组数据都刚好满足原、副线圈的电压之比等于两线圈的匝数之比.教师不仅要对学生善于提出疑问的做法进行鼓励，还要引导学生分析误差产生的原因，一方面铁芯漏磁、涡流、线圈破损会引起系统误差，另一方面电表读数会引起偶然误差.然后抓住主要因素，忽略次要因素，在误差允许的范围内，总结出原、副线圈的电压之比，等于两线圈的匝数之比的规律，这样教学更能避免验证结论的教学，而把它演变成学生实实在在的探究.

本文从实际课堂教学入手，通过实验探究在实际教学环节中的应用，让学生体验和感受科学探究的一般步骤，培养物理观念以及物理知识素养，从而激发学生学习物理的兴趣，提升学生自我学习和综合实践能力，丰富学生的物理实验探究经历素养，并进一步提升其提出问题、分析问题、解决问题的科学思维素养，包括所运用的物理方法与数学方法以及贯穿始终的科学思维方法与科学思维策略.