以学习者视角运用教材以审视者视角打破局限——以新人教版交变电流的变化规律探究教学为例

王宇辰

(深圳市龙岗区华中师范大学龙岗附属中学 广东 深圳 518100)

1 问题的提出

教材是教学内容和课程内容的中介，是学生获取知识的主要来源，是教师教学的主要依据[1].普通高中新课程改革以核心素养为切入点，为了培养学生物理学科核心素养，教学中需要凭借教材而不依赖教材、运用教材而不拘泥教材，教师要将传统的“教教材”转变为“用教材教”.

本文以人教版选择性必修第二册第三章第1节中交变电流的变化规律探究教学为例，以学习者视角运用教材，分析教材设计思路，设置链式问题，从发电机矩形线圈在匀强磁场中做切割磁感线运动角度进行理论探究，得出发电机电动势的变化规律；以审视者视角打破教材局限，回归物理规律本源，运用法拉第电磁感应定律，结合高中数学的导数知识，推导发电机电动势的变化规律，探究过程中不仅有效地融入数学思想，而且培养了学生推理论证、质疑创新的科学思维.

2 以学习者视角运用教材

2.1 教材分析[2]

《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》要求：“能用公式和图像描述正弦交变电流.”[3]教材注重培养学生的模型分析和推理能力，运用法拉第电磁感应定律，从发电机矩形线圈在匀强磁场中做切割磁感线运动角度，推理得出矩形线圈旋转时所产生的感应电流(即交变电流)的表达式.这个推理过程有一定难度，教材通过“问题”“思考与讨论”等栏目，并结合相应的演示实验探究交变电流的变化规律，从定性感知过渡到定量计算，使学生建立正弦式交变电流的模型.

教材将线圈的结构简化为便于处理的模型，包括把磁极之间的磁场近似为匀强磁场，把n匝线圈等效为1匝线圈，并在具体情境中运用右手定则判定感应电流的方向，运用导体棒切割磁感线运动产生的感应电动势公式E=Blvsinθ(适用条件是v与l垂直，其中θ是B和v的夹角)分析推理得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式，再根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推理得出电流和电压瞬时值与最大值的表达式.

2.2 教学设计

交变电流的变化规律教学设计如表1所示.

表1 交表电流的变化规律教学设计

2.3 教材应用与反思

根据学生现有的知识水平，深入分析教材内容，按一定的顺序设计贴近学生“最近发展区”的链式递进问题，培养学生独立思考和积极建构的能力.链式递进问题将较为复杂的推理过程进行分解，促使学生思维能力提升，推动学生理论分析能力进阶.教师在运用教材的过程中，需要充分发挥教育智慧，灵活地将学术结论生动地展示在学生面前，促进学生在理论探究中逐步形成科学思维，实现培养学生物理核心素养的目的.但遗憾的是，教材局限于研究矩形线圈，发电机线圈若为不规则的形状，那么从教材方法的角度分析将非常复杂.

3 以审视者视角打破局限

3.1 回归本源理解物理规律 创新方法打破教材局限

电磁感应现象是在变化、运动过程中出现的效应，教材从发电机矩形线圈在匀强磁场中做切割磁感线运动的角度推理得出交变电流的变化规律，而导线做切割磁感线运动只是电磁感应的一种情况，电磁感应现象的本质是穿过闭合电路的磁通量发生变化.从法拉第电磁感应定律的本源出发，结合导数的内涵和思想理解磁通量的变化率这一物理概念，可以快速推导出交变电流的变化规律，而且这一方法打破了教材的局限，成功解决了发电机线圈形状不规则情况下交变电流的变化规律.

3.2 教学设计

发电机线圈形状不规则情况下交变电流的变化规律教学设计如表2所示.

表2 发电机线圈不规则情况下交变电流的变化规律教学设计

4 结束语

教学思维和自然界中的物体一样也具有“惯性”，教师依据教材内容和多年教学经验而形成的思维框架往往会限制教学中创新方法的应用.爱因斯坦说过：“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造力和想象力.”[4]教学是对话、交流与知识建构的过程，需要基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出创造性见解，回归物理规律本源，打破教材局限和“惯性思维”，才能实现培养学生物理学科核心素养的目的[5].