基于物理核心素养的高中物理课堂教学

刘浩

教师通过精心设计每个教学环节，引导学生经历探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯；通过深挖中国变压器艰辛的发展历程，激发学生立志报国的情感！

一、教材分析

“变压器”是人教版物理选择性必修第二册第三章“交变电流”第3节内容。本节内容承上启下，既是互感现象的实际应用，又是远距离输电技术的前提。

二、学情分析

在学习“变压器”内容之前，学生对互感现象已经有了透彻的了解，但鲜少思考过如何利用互感现象造福于人，也不知道变压器结构的巧妙之处与变压原理，更不知道中国在变压器制造方面从落后到世界领先经历了怎样的艰辛历程。

从方法和习惯上讲，新课程实施多年来，学生对科学探究、小组合作讨论已经积累了一定的体验和认识，良好的科学探究意识和小组合作讨论意识也为实现本节课的教学目标提供了坚实的保障。

三、教学重难点

1.经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，进一步提高科学探究的能力。

2.掌握推导理想变压器原、副线圈中电压与匝数关系的思路和方法。

3.研究中国在变压器制造方面从落后到领先的艰辛历程，学习前辈科学家自强不息的精神，号召学生努力学习，开创中华民族全面复兴的新时代。

四、教学过程

（一）呈现需求，跃跃欲试

教师活动：

表1中展示了生活中各种常见用电器的额定工作电压，对比中国220V标准的生活用电，我们应该怎么办？你能利用所学知识设计一种变压装置，帮助我们解决这个困难吗？

教师肯定学生的奇思妙想，表达对学生设计装置的期待，鼓励学生课后将自己的想法付诸实践。

请学生分析市场上的变压器与自己设计变压器的优点与不足。

学生活动：

独立设计变压装置，小组互相借鉴后，全班投影展示。

（设计意图：创设情境，鼓励学生“学以致用”。对比学生设计的不同方案，促进学生的思维碰撞。期待具有创新精神的少年能够设计出与众不同的变压装置。）

（二）初识“变压”，领悟“闭合”

教师活动：

1.展示变压器的构造，逐一介绍每个部件的名称及原、副线圈命名的相对性。

2.展示变压器的示意图及符号。

3.实地拍摄并展示学生生活环境中形形色色的变压器。

4.咬文嚼字，质疑“铁芯”为何要闭合。

5.介绍学生做实验时的注意事项。

学生活动：

1.按图1电路图连接实物，学生通过亲自实验来对比“闭合”与“开放”给灯泡亮度带来的影响。

2.小组讨论“闭合铁芯”的作用，小组代表阐述对实验现象的理解与解释。

（设计意图：引导学生观察生活、感悟生活。感受物理概念的严谨性，每一个字都举足轻重，并需要学生深刻理解其内涵。以实验事实为依据，建构铁芯充当“磁路”的作用，使学生提出自己创造性的见解，领悟变压器结构的巧妙，培养学生的科学思维。）

（三）自主探索，合作生长

教师活动：

请学生结合教材内容，小组讨论图2流程中的问题。

1.小组探索变压器的输入电压U1、输出电压U2与原、副线圈匝数n1、n2的关系。

2.给学生指导本实验的注意事项。

3.综合学生的实验数据得出：U2=k。

4.讲述理想变压器效率的100%，对比现实生活中实际变压器的效率可以达到95%以上，体会“理想”的“不理想”，体会随着科技的发展，以前看似很难实现的事情正在“梦想成真”。

学生活动：

1.基于生活与观察，提出猜想。

2.回忆已经学习的实验方法，小组讨论本次探究实验的方法、方案、数据处理。

3.小组合作，满怀期待地进行探究，体会科学探究。

4.实际投影并学习每一个小组实验探究的结果。

5.计算每小组实验结果的比例系数k，并思考k≠1的原因。

（设计意图：通过“问题、证据、交流、解释”等探究程序，最大限度地体现科学探究过程，为学生将来的新发现奠定物理科学素养。）

对比理想变压器效率的100%与现实生活中实际变压器的效率可以达到95%以上，使学生体会随着科学的发展，现实越来越接近“理想”，感受物理中的理想化模型在“化繁为简，突出主要因素，忽略次要因素”中的重要作用。

（四）理论探究，相得益彰

教师活动：

1.结合教材内容，小组合作讨论两个主要问题：

（1）原、副线圈磁通量的变化有什么关系？

（2）如何从理论上推导出变压规律？

2.如图3所示，秉承“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”，取材于实际生活，用鞋盒和两种不同颜色的导线自制大型变压器模具，在讲台上演示变压原理，更直观、形象地帮助学生理解原、副线圈磁通量变化量的关系。

3.肯定学生小组讨论成果的同时，质疑“原、副线圈中有无自感现象”，质疑“自感现象是否会导致原副线圈磁通量变化的不同”。

4.回顾“磁感线一定是闭合曲线”知识，通过在自制大型变压器上画磁感线，齐心协力地验证“有自感存在时，原、副线圈磁通量的变化量为什么仍然相同”。

学生活动：

1.小组合作讨论“原、副线圈磁通量的变化量是否相同”。

（设计意图：使学生体会理论与实验在物理学中的重要作用。分解理论推导这一难点，为学生的理论探究铺设有力的台阶。初识“原、副线圈磁通量的变化相同”→考虑自感现象后，学生感觉“原、副线圈磁通量的变化应该不同”→师生齐心协力地发现“原、副线圈磁通量的变化量仍然相同”，对比学习的三种境界“看山是山”→“看山不是山”→“看山还是山”。“小思考，大发现”，使学生体会自然科学与人文科学的统一，感悟物理学科的魅力与奇妙。）

（五）规律建立，触类旁通

教师活动：

如果原线圈的输入电压是正弦式交流电，请学生从理论上预测副线圈输出电压的波形图，并通过图4中的示波器来现场验证。

学生活动：

1.思考教师提出的问题并发表自己的观点。

2.观察实验现象是否如自己理论推测的结果一样。

（设计意图：通过示波器输出电压的直观波形图给学生带来的强烈视觉冲击，使学生认识到理论与实验的完美统一，领略理论在推测未知领域时的巨大作用。）

（六）科学足迹，自强不息

教师活动：

通过PPT展示“肯下苦功夫的王树林”的事迹。

科学足迹——肯下苦功夫的王树林

中国变压器研究起步晚，2005年，王树林前往德国学习换流变制造技术。面对王树林等人的到来，德方人员轻蔑地只说了一句话：“就算给了你们图纸和工艺文件，没有两三年的时间，你们中国人也造不出一台合格的变压器。”王树林深受屈辱、打击与刺激。回国后，王树林牺牲个人休息时间，潜心钻研，立志改变外国人对中国制造工人的看法。他参与的750kV交流输变电关键技术，获得2007年“国家科学技术进步奖”一等奖。他建立了换流变整体套装操作的质量风险预警系统，并提出相应的控制方法，标志着我国直流输变电项目居世界同行领先位置，特高压±800kV直流输电工程还获得了2018年度“国家科学技术进步奖”特等奖。如今我国已经掌握1000kV及以上电压等级的交流输电工程及相关核心技术，并在世界范围内定制了一套“中国标准”。特高压技术已然成为中国工业的重要名片之一，令无数中国人为之骄傲。

学生活动：

学习伟人事迹，感受前辈光芒，树立自强不息、为国献身的人生抱负。

（设计意图：“落后并不可怕，可怕的是甘愿落后而不自强”，体会中国人在变压器制造方面的自强不息，润物细无声地“立德树人”，激发学生的“社会责任感”。）

（七）师生讨论，总结升华

教师活动：

以“变压记”的形式凝练、提升本节物理课堂知识。

变压记

改变电压场合多，变压器来显神通。

顾名思义可变压，传递能量损耗少。

“三无”理想变压器，变压规律要记牢。

但有一点须铭记，恒定电流变不了。

祖国电力当自强，“树林”精神永铭记。

学生活动：

小组讨论、总结、升华本节课所学知识点。

（设计意图：以“变压记”的形式凝练、提升本节物理课堂知识，在寓教于乐中充分调动学生的兴趣，逐步渗透物理核心素养与人文教育。）

（作者单位：江苏省淮阴中学）

编辑：温雪莲