物理教学之“悟理”的魅力 ——《变压器》教学案例分析

物理教学之“悟理”的魅力

——《变压器》教学案例分析

【案例背景】：

《高中物理课程标准》明确提出了“进一步提高科学素养，满足全体学生终生发展需求”，“课程实施要注重自主学习，提倡教学方式多样化”，“目标的达成要从知识和技能、过程与方法、情感、态度、价值观三维去考虑”。

《变压器》是电磁感应教学的进一步延伸，是传输交变电流的重要设备。反思多年的教学，并在新课程理念下对本节课尝试了新的教学方式，收到较好的效果。本文以《变压器》教学为例，通过比较变压器教学的两种设计，阐述新课程理念下物理规律课的教学应以实验为基础，学生的思维拓展为中心，充分调动学生学习的主动性；运用多种教学方式，达成三维教学目标。现将《变压器》一节的教学设计、新老教学方式的比较、反思与大家共鸣。

【案例描述】：

一、变压器教学设计：

教学的引入：

①如图在开关闭合的瞬间，判断B线圈中是否有感应电流？闭合稳定后和断

开瞬间线圈是否还有感应电流？

②若把A中的电源换成交流电，情形会怎样？

③如果在两个线圈中分别插入铁芯，则B线圈中电流比原来大还是小？

④如果把铁芯闭合呢？

每一设问，在理论分析的同时并用实验验证。最后一问实验中用小灯泡代替电流表进行演示，铁芯闭合后会明显感到电灯亮了许多。从而指明了铁芯的功能：是磁的通路。学生和教师在一起探索中分享收获知识的喜悦。变压器构造水到渠成。

（原先的教学中，往往先向学生介绍变压器的构造：两个线圈、一闭合的铁芯，再与学生说明铁芯在这里的作用，这样的教学使学生被动接受知识，而未能从学生最近的发展出发，运用已学的电磁感应原理，深化知识的理解，激发学生的思维，同时也未让学生自觉的参与到变压器构造的设计之中，这样教学就不能充分调动学生的学习兴趣。）

2、变压器工作原理

（1）从上面的教学中可知变压器的工作原理是什么？当变压器的原线圈接上交变电源后，副线圈两端为何会有电压而使小灯泡发光呢？

学生通过对变压器工作时电磁关系的分析，得出变压器的工作原理是互感。

（2）从能的转化角度看，变压器是怎样进行能量的转化和能量的传输？用一台手摇发电机能使“3.8V0.3A”小灯泡正常发光，那能否让220V大灯泡正常工作呢？

引导学生理解变压器中能量转化遵循“电能磁能电能”，明确变压器在变压的同时只能传递能量，而不能生成能量，深一步挖掘知识的内涵。

3、理想变压器的规律

在忽略铜损、铁损、磁通量损失的基础上得出理想变压器的概念，引导学生理解：①原、副线圈交变电压的频率相同；②原、副线圈的能量相同；③穿过原、副每一匝线圈的磁通量相同。

下面来探究原、副线圈两端电压的关系。

引导学生从理论上进行推导

穿过原、副每一匝线圈的Φ相同→磁通量变化量△Φ相同，则穿过每一匝线圈的磁通量的变化率相同

实验验证

在副线圈一端用一长直导线绕三个匝数相同的线圈，并且用一交流电压表测量端电压。原线圈两端接220V交流电，副线圈放入一线圈，电压表偏转3格（量程选交流10V档）；再放入一线圈电压表又偏转3格；再放一线圈电压表又偏转3格，而且线圈如果反一个面放入会发现电压是削弱的，这又说明电压与线圈的绕向有关。

通过实验加强学生的感性认识，使学生对抽象的公式有了一个具体的物化从而达到新的升华。学生对实验中线圈的反向放入很感兴趣，同时也带出了新的问题：线圈的绕向与电动势的示数的关系，鼓励学生在课后对这个问题进行讨论。

（以往教学中我在理论上推导出变压器的电压比后，会利用现成的线圈演示电压比，让学生看电压的升高或降低来强化推导的结论。演示实验中缺乏动态的变化，导致学生大脑中构筑不出与物理知识相对应的物理图景，不能形成物理过程的动态形象。这样教师教得辛苦，学生学得更辛苦。在新教学中通过多个实验建立起“形象”的“物理模型”，使学生在进行抽象的逻辑思维的同时，能“形象”地观察和理解有关的物理现象，培养其形象思维能力，以此激发学生学习物理的兴趣，而一旦产生兴趣，就可以转化为自觉学习、克服困难的动力。这样教师可以轻松地教，学生轻松的学，达到教学双赢。）

辨析理解

如果把铁芯换成日字形（如图），原、副线圈匝数比为，则变压器的电压之比=？

解决这个问题的关键是理解这种变压器与前面的模型的差异。通过这种形式的变压器教学，暴露学生可能死记公式的毛病，引起学生对公式、定理成立的条

件的重视，让学生明白我们之所以能得出理想变压器的电压比满足，前

提条件是穿过每一匝线圈的磁通量的变化率相同。让学生分析此变压器穿过原、副线圈的磁通量的特点，顺利得出穿过原、副线圈的磁通量的变化率满足

，那么此变压器的电压比应满足：。

（教学中我们要引导学生对所学知识的理解和掌握，让学生明白如何去进行新知识的迁移。如果学生忽略对公式、定理的理解而只会生搬硬套，那么当遇到新知识挑战只会束手无策。）

（4）知识的延伸

根据已掌握的变压器的知识导出输入电流I

1和输出电流的关系I

2

若换成多个副线圈，则电流的关系又会怎样？

引导学生自己去推导：U

1I

1

=U

2

I

2

+U

3

I

3

+…+UnIn。

(5)实验扩展

a.在绕了几匝的线圈上串联一小电动机，电动机的轴上粘了两片小叶片。把它套入变压器的铁芯中，当原线圈端接入220交流电时会发现电动机带动叶片转动

b.在原线圈同一铁芯上端套入一铝环，把它先放好，当原线圈接通电压的瞬间，铝环会跳得很高；

c.利用大电流进行电焊根据电流与匝数成反比，当副线圈的匝数小于原线圈的匝数时就可获得大电流，从而根据Q=I2Rt放出的巨热达到焊接的目的。

（通过丰富实验来加强学生对知识的理解，包括对知识的应用能力。引导学生学以致用，为将来更好服务社会而努力。）

4、知识的巩固与深化

如图所示，将电键逐个闭合，使小灯泡依次接入电路，试讨论电流表的示数会怎么变化？

学生讨论后，教师演示实验，让学生观察电流表的示数是否与他们讨论的结果吻合。

引导学生得出上题的结论，归纳理想变压器工作的动态规律：①变压器确定后，原副线圈上的电压比不随负载变化而变化；②变压器的输入电流、功率分别由输出电流、功率决定；输出电压由输入电压决定。

（以往教学在电流比得出后会通过适量的练习来加强知识的巩固，也会让学生讨论此类问题，在讨论后教师总结归纳。但对实验环节不一定重视，孰不知在理论基础上再经历一次视觉的刺激将给学生留下更深刻的印象。）

二、教学理念

这节课从学生的原有认知出发，通过实验手段，引导学生一步一步围绕变压器的原理及工作特性展开教学，让学生自己进行讨论、分析，逐步完成教学。教学中体现：

学生主体

新课程要求改变学生的学习方式，倡导学生自主探究，学习的主动权要交给学生，因而教学方法上要采用多种途径给学生创造自主的机会，为此教师必须：

（1）师生互动

教学中教师不要泛泛而谈，占据着主导地位，要注意师生间的平等交流，与学生一同成为知识的探索者。教学开始不急于介绍变压器的构造，而从学生已知的电磁感应现象出发，过度到如何有效的进行电压的“传递”，包括铁芯的插入与闭合，引导学生积极参与讨论。

（2）思维还原稚化

在备课或讲课时，教师要把自己的思维降格，后退到学生的思维水平上。面对一个问题，要多从学生的思维角度、思维习惯和方法去体验。教学中：问学生闭合铁芯有何作用？随即打个比方：自来水从笼头流出后无方向性，满地流淌，而如果加条皮管子，水都在管子里流。这种通俗的语言让学生感觉既熟悉又生动。

再如练习“已知原、副线圈的匝数n

1∶n

2

=1∶2，当原线圈接到12V蓄电池，则

副线圈两端的输出电压是多少？”中，大部分学生都会得出24V。让学生重新思考，却发现接入电源是直流电，无须用变压公式。

（3）时空余地

人的思维活动总是需要一定的时空条件才能进行的，因此在教学活动中，要坚持“延迟判断”的原则，给学生必要的时间，引导他们积极参与物理知识的探索、发现和推理过程，使得学生对于物理结论的判断，产生于经历必要的思维过程之后。同时还要发挥“空白效应”，即在教学中教师要给学生留下一些空白，让学生独立去思考，尽情想象，以充分发挥学生的主动精神。比如：在验证线圈电压与匝数关系时，线圈正向与反向放入电压表的示数不同，这就可以引导学生自己去思考为什么会有这种效应；在推导多个副线圈接入电流间的关系时，引导学生去理解公式前提。

突出实验

本节课以实验贯穿教学首尾，运用直观手段使教学的气氛、师生的情绪处于良好的情境中。教学实践表明，只有建立在丰厚的实验基础上的物理概念、规律或模型，才能使学生建构起良好的认知结构。

（1）运用实验演示情境

运用演示实验的教学手段，能创设直观而富有趣味的情境，激发学生的思维和情感，使之进入特定的学习状态。教师在教学中应根据学生已有的认知结构和思维层次，运用实验创设情境，激发学生的思维。在教学引入部分：当铁芯闭合后小灯泡亮了许多，学生都发出了“哇”的惊异声；当变压器接上电源时，铁芯

发出了“呜呜”声，下面的学生说“小心，有电”，这时叫学生上来触摸一下铁芯，并无触电感，加深学生对铁芯性能的认识。

（2）运用实验验证结论

高中实验一般都是验证性的实验，如果只让学生按部就班去验证课本中的内容，让学生感觉课堂氛围很一般。这里指的是教师要开辟新的思维去创设一些新的实验，让学生多角度来理解公式、定理。在验证原副线圈的电压与匝数关系时不是利用原配的线圈，而是利用绕制线圈，随着线圈的加入观察电压表示数的变化规律；而且在实验过程中引导学生发现新的问题：线圈的正、反向放，电压表的示数为何不一样？对于实验中出现的问题要引导学生去分析，对于存在的问题要讨论怎样进行改进。

（3）运用实验探索问题

让学生了解任何一个规律、定理的发现都是科学家经历无数次的实验后积累起来的。本节教学中通过设计多层次实验，加深学生对知识理解同时，也提升了学生利用实验来探究未知事物的兴趣和能力。

思维中心

学生学习过程是一个“再发现”或“重新发现”的过程。为此：

（1）活化教材，优化教学过程教学中从旧知识的引入到变压器工作原理的理解，及对变压器的特性的研究，始终以学生的思维为中心，不论是教师的讲授，还是实验，都积极创造一种有利于学生独立思考的情景，将学生始终置于探索者、发现者的位置。

（2）提升学生的学习过程，让学生充分体验教学中乐趣，激励学习的自觉性。

在巩固练习中先让学生讨论：当副线圈的负载变化时，原线圈中的电流怎么变，随后用演示实验来验证学生的结论。此过程充分调动了学生的主动性，从中让学生体验了科学的思维方法，拓宽思维的深度和广度。

（3）突出多维度的教学目标每一节课都要考虑三个方面的目标：知识能力目标、过程与方法、情感、态度、价值观。本节教学中一连串的设与问，多个实验的展示，学生与教师间的交流、互动促使多维目标的达成。

从《变压器》一节课的教学中，折射出物理规律课教学的一般策略：以实验为基础，学生的思维拓展为中心，充分发挥学生的主体，注重规律形成过程的教学、实验探究过程的教学、知识发展过程的教学；强调学以致用，联系生活实际，提高学生对知识的迁移和能力活化；运用多种教学方式，促使学生达成三维教学目标。

【案例反思】：

这节教学设计有成功的地方，也还有值得改进的地方。成功的地方有以下几点：1、教学思路清晰，教学知识结构“变压器的结构”、“变压器的工作原理”、“变压器的工作规律”安排合理。2、教学方法多样，有集体教学、个别提问、小组讨论、分组实验等；教学以问题为线索，层层深入、引人入胜，有设问、创设情景引发问题，以探究为手段，设计生动有趣的实验丰富激活课堂，。

3、教学特色：紧紧抓住主题、牢牢吸引学生，注重知识的温故而知新，包括提出问题能力、理论推断能力、动手探究能力、相互合作能力等多方面能力的培养，课堂和谐有序、思维活动活跃，以学生为主体，课内、课外成为一个有机的整体，目标意识强，体现新课程理念，符合新课程标准。

4、课堂亮点：将变压器变形后设计多个与以往演示不一样的实验，让学生从实验中深刻体验变压器的工作原理，改变了平铺直叙的枯噪，说服力差，学生理解不透彻的弊病。值得改进的地方就是如果时间允许安排分组实验会更好些。