基于微課和推導(dǎo)圖的高中物理習(xí)題教學(xué)研究

錢鈺 王彩霞 樊濟(jì)宇

[摘 要]文章以高中物理電磁感應(yīng)中的圖像問題為例，闡述微課結(jié)合推導(dǎo)圖在習(xí)題教學(xué)中的具體應(yīng)用。通過微課和推導(dǎo)圖進(jìn)行習(xí)題教學(xué)，能夠?qū)W(xué)生散亂的知識系統(tǒng)化，抽象的問題生動化，復(fù)雜的概念簡單化，進(jìn)而提升學(xué)生的解題能力。

[關(guān)鍵詞]微課;推導(dǎo)圖;電磁感應(yīng);圖像問題;習(xí)題教學(xué)

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）05-0051-03

電磁感應(yīng)一直是高中物理的重難點(diǎn)，它包含很多的定律和公式，而且應(yīng)用非常廣泛，涉及做功、動量、能量等各方面問題[1]，每一種問題對應(yīng)的題型層出不窮，同時也是高考的高頻考點(diǎn)。而習(xí)題教學(xué)往往有助于學(xué)生深刻理解所學(xué)的物理知識。為了使習(xí)題教學(xué)效果更好，可以利用微課和推導(dǎo)圖，讓學(xué)生運(yùn)用新穎的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效果。由于篇幅有限，筆者僅就電磁感應(yīng)中的圖像問題進(jìn)行微課習(xí)題教學(xué)研究，以下的微課教學(xué)設(shè)計都是以電磁感應(yīng)中的圖像問題展開的。

一、微課的概述

（一）微課的特點(diǎn)

微課是一種用5到10分鐘來解釋一個非常零碎的知識點(diǎn)、概念性問題或家庭作業(yè)的短小教學(xué)視頻，是教師用來教學(xué)的一種手段。它的特點(diǎn)就在于“微”，“微”不是簡單的短而是精，即微課的內(nèi)容是經(jīng)過精挑細(xì)選的，不是說所有的簡短的視頻都是微課，能夠在簡短的時間內(nèi)把一個知識點(diǎn)講清楚，學(xué)生一看就能理解才是微課真正的意義所在。它的內(nèi)容可以包括典型例題、科普知識、課堂思考、練習(xí)測試等，這些內(nèi)容組合成一個完整的教學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)成了多樣性的教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的分享和利用，便于教師相互探討，從而提高教師的教學(xué)技能[2]。

（二）微課的局限性

微課因?yàn)椤拔ⅰ蓖鶗?dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的知識變得零散，不利于知識系統(tǒng)化建構(gòu)。因此，教師需要借助推導(dǎo)圖幫助學(xué)生厘清思路。在習(xí)題教學(xué)中推導(dǎo)圖的目的性是十分明確的，即利用題目中的已知條件進(jìn)行推導(dǎo)，從已知到未知挖掘隱含在題目中的信息，并且用圖像生動地展示出來，各個條件之間的關(guān)系也變得清晰，讓學(xué)生一下子就打開思路，這樣有利于學(xué)生溫習(xí)并進(jìn)行散亂知識的整理。因此，將推導(dǎo)圖和微課相結(jié)合，是一種很好的教學(xué)手段，可以使微課教學(xué)發(fā)揮更大的作用，協(xié)助學(xué)生迅速找到解題思路，提高解題效率[3]。

二、設(shè)計微課的原則

（一）嚴(yán)格把握教學(xué)時間

關(guān)于微課的設(shè)計，教師要合理控制好教學(xué)時間。在一節(jié)物理課中，教師既要確認(rèn)教學(xué)目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，又要避免視頻太過冗長造成主次不分，難以突出重點(diǎn)，反而失去了微課的特色。并且在一節(jié)課中，教師播放微課的數(shù)量不宜過多，3～4個即可，過多的微課反而會讓學(xué)生失去一開始的新鮮感，無法吸引學(xué)生的注意力，更會讓學(xué)生有一種上網(wǎng)課的錯覺。因此，教師對微課的時間把握也是一節(jié)課能否成功的關(guān)鍵。

（二）合理設(shè)計教學(xué)內(nèi)容

電磁感應(yīng)問題歸根結(jié)底就是電荷之間的相互作用問題，但是它包含多種題型和多種圖像。教師在設(shè)計微課內(nèi)容時應(yīng)該對圖像問題進(jìn)行分類，然后對每一種題型進(jìn)行有針對性的講解，選好有代表性的典型例題，題目的難度要適中，更要具有趣味性，以使學(xué)生對物理產(chǎn)生濃厚的興趣[4]。

三、案例分析

下面筆者就以電磁感應(yīng)中的圖像問題為例，選取幾道典型題開展微課和推導(dǎo)圖教學(xué)研究。

[例1]有一磁場均勻的矩形區(qū)域，磁場垂直紙面朝內(nèi)。磁場區(qū)域?qū)挒?0 cm，如圖1（a）所示。一邊長為20 cm的方形線框，以20 cm/s的恒定速度沿垂直于磁場的方向切割磁感線，導(dǎo)線框豎直的兩邊始終同時與磁場的邊界平行，取逆時針運(yùn)動方向?yàn)閕的正方向，從導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場時開始計時，圖1（b）各選項(xiàng)中，哪個能正確地反映[i-t]圖像規(guī)律（ ）。

解析：這是一道[i-t]圖像題，線框從開始進(jìn)入磁場到完全進(jìn)入磁場再到出磁場的過程中，可以分解為三個部分，解題時需要對這三個部分的運(yùn)動情況分別進(jìn)行分析。根據(jù)磁場的寬度、線框的寬度和線框勻速運(yùn)動的速度，知道在[0～1 s]線框進(jìn)入磁場，在[1～2 s]線框在磁場中運(yùn)動，在[2～3 s]線框出磁場。第一種情況，線框進(jìn)入磁場時，只有右側(cè)垂直磁場的線框切割磁感線，且線框中的磁感線條數(shù)在增多，依據(jù)楞次定律“增反減同”判別感應(yīng)磁場的方向與原磁場方向相反，然后再通過右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向，此時感應(yīng)電流的方向應(yīng)該是逆時針方向，根據(jù)題目中的條件逆時針方向?yàn)殡娏鞯恼较?，因此在[0～1 s]感應(yīng)電流圖像在橫軸上方;同理[2～3 s]線圈出磁場時與第一種情況相反，感應(yīng)電流圖像在橫軸下方;而在[1～2 s]線圈在磁場中做勻速運(yùn)動，磁通量無變化，因此沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。判斷好電流方向后，再根據(jù)歐姆定律可以計算出感應(yīng)電流的大小是不變的，所以C選項(xiàng)為正確選項(xiàng)。在設(shè)計微課時可以把導(dǎo)線框在三種運(yùn)動情況下感應(yīng)磁場方向和感應(yīng)電流方向變化的情況分別用動畫的形式表現(xiàn)出來，學(xué)生就可以一目了然地選出正確選項(xiàng)。圖2為這道題的推導(dǎo)圖。

[例2]如圖3所示，匝數(shù)為10的線圈（忽略電阻值）與外部電阻連接，電阻的電阻值為2 Ω，線圈內(nèi)磁場方向垂直紙面向里。圖4是線圈內(nèi)磁通量[Φ]隨時間[t]的變化規(guī)律圖。請選出正確的選項(xiàng)（ ）。

A. 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為10 V

B. [R]兩端電壓為0.5 V

C. [a]點(diǎn)電勢高于[b]點(diǎn)電勢

D. 通過[R]的電流大小為2.5 A

解析：這是一道[Φ-t]圖像題，當(dāng)[Φ]隨[t]均勻變化時，線圈中的磁通量也發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。由圖4可知[Φ-t]圖像的斜率是保持不變的，代入數(shù)據(jù)可以算出斜率的大小為0.5，其乘上線圈匝數(shù)10就得出感應(yīng)電動勢的大小為[5 V]，由此判斷A選項(xiàng)是錯誤的。再由歐姆定律可求出電流值為[2.5 A]，進(jìn)而得出電阻[R]兩端的電壓為[5 V]，由此排除B選項(xiàng)。因?yàn)橥怆娐分须娏骺偸菑母唠妱萘飨虻碗妱?，因此可以判斷感?yīng)電流方向，也就可以比較a、b兩點(diǎn)電勢的高低，從圖像中可以看出[Φ]在不斷地增大，根據(jù)楞次定律“增反減同”可判斷線圈內(nèi)感應(yīng)磁場的方向與原磁場方向相反，是垂直紙面向外的。再用右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r針方向，即電流的流向是從b流向a，所以b點(diǎn)的電勢要高于a點(diǎn)，故C選項(xiàng)錯誤。推導(dǎo)圖如圖5所示，這道題最容易出錯的地方就是感應(yīng)電流方向的判斷，對初學(xué)者來說，很容易在原磁場上用右手螺旋定則，導(dǎo)致感應(yīng)電流方向判斷錯誤。從推導(dǎo)圖可以簡潔明了地看出每個選項(xiàng)的分析思路，看一下推導(dǎo)圖就可以直接選出正確選項(xiàng)，這給學(xué)生的復(fù)習(xí)帶來了方便。

[例3]現(xiàn)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場，磁場中有一個垂直于磁場方向的薄金屬環(huán)，如圖6所示，磁感強(qiáng)度[B]隨時間[t]按圖7所示變化，令[E1]、[E2]、[E3]分別表示B按[Oa]、[bc]、[cd]三段變化時，金屬環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，[I1]、[I2]、[I3]分別表示對應(yīng)的感應(yīng)電流，規(guī)定向里為磁場的正方向，那么（ ）。

A. [E1>E2]，[I1]沿逆時針方向，[I2]沿順時針方向

B. [E1<E2]，[I1]沿逆時針方向，[I2]沿順時針方向

C. [E1<E2]，[I2]沿順時針方向，[I3]沿逆時針方向

D. [E2=E3]，[I2]沿順時針方向，[I3]沿順時針方向

解析：這是一道[B-t]圖像題，對高中生來說，原磁場方向和感應(yīng)磁場方向很容易混淆，沒能清楚把握[B-t]圖像斜率的含義，另外，正負(fù)關(guān)系也是一個難點(diǎn)。根據(jù)圖像和已知條件把要求的物理量一一列出來，然后再從選項(xiàng)中選出對應(yīng)的答案。這道題乍一看不知道怎么比較感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的大小，但是由法拉第電磁感應(yīng)定律公式[E=nΔΦΔt=nΔBΔt?S]可以看出，比較E的大小應(yīng)轉(zhuǎn)換成比較[B-t]圖像的斜率絕對值的大小。由圖可知，[bc]段和[cd]段圖線斜率相同，且大于[Oa]段斜率的絕對值，由此可以判斷[E1]、[E2]、[E3]的大小。圖線[Oa]表示線圈的磁通量垂直于紙面向里，并且在逐漸增加，線圈中感應(yīng)電流的方向是逆時針的。圖線[bc]和[cd]的斜率是不變的，說明通過線圈的磁感線先垂直于紙面向里，后垂直于紙面向外，且變化率相同，感應(yīng)電流的方向就可以根據(jù)楞次定律來判斷。推導(dǎo)圖如圖8所示，由圖可以清晰看出原磁場的方向、感應(yīng)磁場方向以及感應(yīng)電流方向，結(jié)合題目的選項(xiàng)就可以很輕易地選出正確答案。這樣解題，可以大大提高正確率。

電磁感應(yīng)中的圖像問題一直是高二物理的一個難點(diǎn)，解題時學(xué)生常常會摸不著頭腦，但是通過推導(dǎo)圖解題，可使思路變得清晰起來，再加上微課的簡潔形象性，可以使教學(xué)效果更好[5]。推導(dǎo)圖有利于學(xué)生查漏補(bǔ)缺，完善知識體系。

四、結(jié)果分析

習(xí)題教學(xué)結(jié)束后，筆者對用微課進(jìn)行習(xí)題教學(xué)的班級和用傳統(tǒng)方法進(jìn)行習(xí)題教學(xué)的班級進(jìn)行小測試，測試的結(jié)果用SPSS軟件計算比較平均分，具體如表1所示。

從表1中可以發(fā)現(xiàn)對照班1和對照班2的學(xué)生的平均分是差不多的，每道題的正確率也相差不大，而實(shí)驗(yàn)班（即采用微課和推導(dǎo)圖進(jìn)行教學(xué)的班級）的學(xué)生，答題情況更好，無論是每道題的正確率還是整體的平均分與兩個對照班級相比都有明顯的優(yōu)勢。

高中物理習(xí)題數(shù)量多、難度大，教師在習(xí)題教學(xué)中充分利用好信息資源，合理設(shè)計微課并結(jié)合推導(dǎo)圖輔助教學(xué)，會有意想不到的效果。微課的選擇和制作對教師來說也是一種挑戰(zhàn)，結(jié)合推導(dǎo)圖開展教學(xué)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解運(yùn)用相關(guān)知識，有利于學(xué)生掌握相關(guān)習(xí)題的解題思路方法。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 蔣明星.電磁感應(yīng)中的綜合問題[J].數(shù)理化解題研究，2021（1）：91-92.

[2]? 黃以剛.微課在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用分析[J].考試周刊，2020（A5）：125-126.

[3]? 曹奇志，肖利群，李小英，等.思維導(dǎo)圖結(jié)合微課的物理教學(xué)模式探索[J].廣西師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2017（2）：137-141.

[4]? 李明軍.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的初中物理微課教學(xué)設(shè)計與應(yīng)用[J].求知導(dǎo)刊，2021（4）：24-25.

[5]? 王經(jīng)天，陳康.“尋因果”讓電磁感應(yīng)中的圖像問題簡約又簡單[J].教學(xué)考試，2020（40）：56-60.

（責(zé)任編輯 易志毅）