潘振東

（東北師范大學(xué)附屬中學(xué) 吉林 長春 130022）

樊娟娟 李士軍

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 吉林 長春 130118）

任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)是近年來在教學(xué)領(lǐng)域受到廣泛重視的一種教學(xué)方式［1，2］.任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的生活情境提出任務(wù)，營造探究環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.學(xué)生在探究過程中，通過思考、實(shí)驗(yàn)、討論，尋求解決任務(wù)的方法.通過任務(wù)的完成，獲得探究的成功體驗(yàn)，感悟科學(xué)的探究方法.文中以“變壓器”［3］一節(jié)為例，談任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)在課堂中的具體應(yīng)用［4～6］.

1 教學(xué)設(shè)計理念

（1）通過任務(wù)的設(shè)置，明確努力方向.通過完成任務(wù)的過程培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治鰡栴}的能力.通過任務(wù)的達(dá)成，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的快樂.

（2）教學(xué)設(shè)計上既貫徹新課程理念下培養(yǎng)學(xué)生動手能力，同時，也重視學(xué)生理論推導(dǎo)能力，將二者完美結(jié)合，是本節(jié)課教學(xué)設(shè)計的努力方向.

2 教具準(zhǔn)備

圣誕樹，燈串（額定電壓為24V和12V各一串），學(xué)生電源，可拆變壓器，交流電壓表，6V干電池組，鋸條.

3 教學(xué)過程

環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境，提出任務(wù)，引入新課

師：圣誕節(jié)即將來臨，老師給同學(xué)們準(zhǔn)備了一個圣誕禮物.圣誕樹上安裝了一個額定電壓是24V的燈帶.現(xiàn)在只有一個12V的交流電源，如果同學(xué)們能把它點(diǎn)亮，就將這個禮物送給你們（教師演示12V的交流電源不能使圣誕燈正常發(fā)光）.

師：根據(jù)你的生活經(jīng)歷，用什么裝置能解決這個問題呢？

生：變壓器.

師：好.大家如果想利用變壓器解決問題，首先就要了解變壓器的結(jié)構(gòu).現(xiàn)在課桌上有可拆解的變壓器，請大家動手，了解一下變壓器的結(jié)構(gòu).

設(shè)計意圖：使學(xué)生在明確任務(wù)的驅(qū)動下盡快進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，感受變壓器引入的必要性，主動探索完成任務(wù)的途徑.

環(huán)節(jié)2：介紹變壓器的構(gòu)造，演示變壓器的作用

師：大家觀察變壓器由哪些部分構(gòu)成？

生：兩個線圈、一個閉合鐵芯.

師（用幻燈片演示變壓器的組成、變壓器的示意圖）：變壓器，顧名思義可以改變電壓.現(xiàn)在利用兩個演示交流電壓表，同時測量變壓器的輸入電壓和輸出電壓.測量結(jié)果表明，輸入電壓與輸出電壓明顯不同（提示學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中原、副線圈的匝數(shù)不同）.

設(shè)計意圖：學(xué)生頭腦中初步形成變壓器模型，感受變壓器的確是能夠改變電壓的裝置，應(yīng)該可以利用變壓器解決課堂上提出的第一個任務(wù)，為后續(xù)學(xué)習(xí)做好鋪墊.

環(huán)節(jié)3：實(shí)驗(yàn)探究輸出電壓與輸入電壓、原線圈匝數(shù)、副線圈匝數(shù)的關(guān)系

師：根據(jù)剛才的演示實(shí)驗(yàn)，大家猜想，輸出電壓的大小可能與哪些因素有關(guān)系呢？

生：輸出電壓U2與原線圈匝數(shù)n1，副線圈匝數(shù)n2，輸入電壓U1有關(guān).

師：如果U2與多個因素有關(guān)，那么，利用什么基本思想確定U2與某個因素的具體關(guān)系呢？

生：控制變量.

師：好！同學(xué)們現(xiàn)在開始分組實(shí)驗(yàn)，分別測定U2與n2，n1及U1之間的關(guān)系.選3個組長各負(fù)責(zé)一組實(shí)驗(yàn)，并匯報你們小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將表1，2，3補(bǔ)充完整.第一組探究U2與n2的關(guān)系（保持n1＝100匝、U1＝2V不變）.第二組探究U2與n1的關(guān)系（保持n2＝400匝、U1＝10V不變）.第三組探究U2與U1的關(guān)系（保持n1＝100匝 、n2＝400匝不變）.

（將3組實(shí)驗(yàn)條件同時用幻燈片演示，對學(xué)生起到提示作用，同時，強(qiáng)調(diào)讀數(shù)時要注意有效數(shù)字）

表1 輸出電壓U2與副線圈匝數(shù)n2的關(guān)系

表2 輸出電壓U2與原線圈匝數(shù)n1的關(guān)系

表3 輸出電壓U2與輸入電壓U1的關(guān)系

師：第一組匯報實(shí)驗(yàn)結(jié)果.組長分析數(shù)據(jù)特點(diǎn)，并提出處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法.

生：隨著副線圈匝數(shù)n2的增加，輸出電壓U2逐漸變大.可以利用坐標(biāo)紙畫圖像，分析二者的關(guān)系.

師：很好，利用坐標(biāo)紙畫圖像，可以看出兩個物理量之間的關(guān)系，也可以借助電腦處理數(shù)據(jù).我們用Excel畫圖像可以非常準(zhǔn)確地得到U2與n2的關(guān)系（演示將U2，n2對應(yīng)數(shù)據(jù)輸入到Excel的兩列中，插入圖表，選擇散點(diǎn)圖，擬合直線，顯示圖像為過原點(diǎn)的直線）.

生：從圖像可以看出，U2正比于n2.

師：第二組匯報實(shí)驗(yàn)結(jié)果，大家一起用Excel畫圖像（學(xué)生匯報數(shù)據(jù)，教師畫圖像）.

師：我們發(fā)現(xiàn)隨著n1的增加，U2逐漸降低.U2－n1圖像是曲線，你們組如何處理這些數(shù)據(jù)呢？

生：可以看出n1的倒數(shù)與U2的關(guān)系.

師：在Excel中插入一列，通過函數(shù)運(yùn)算將n1取倒數(shù).然后，描繪圖像，確定與U的關(guān)系.2

師：第三組匯報實(shí)驗(yàn)結(jié)果，描繪U2－U1圖像.

生：從圖像可以得到U2∝U1.

師：你們能不能用一個數(shù)學(xué)表達(dá)式把3組實(shí)驗(yàn)得到的規(guī)律統(tǒng)一起來？

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒎治鰯?shù)據(jù)能力、歸納總結(jié)能力及小組協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神.

環(huán)節(jié)4：點(diǎn)亮圣誕燈，完成第一個任務(wù)

師：現(xiàn)在，哪位同學(xué)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論將圣誕樹點(diǎn)亮呢？

學(xué)生到講臺，親自將圣誕樹點(diǎn)亮（掌聲）.

師：能否解釋一下是如何點(diǎn)亮圣誕燈的？

生：輸入電壓為12V，要想變壓器輸出24V的電壓，根據(jù)剛才得到的關(guān)系式，只要副線圈匝數(shù)是原線圈匝數(shù)的2倍即可.

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生利用規(guī)律解決問題的能力.讓學(xué)生體驗(yàn)任務(wù)完成的快樂感和成就感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

環(huán)節(jié)5：建立理想變壓器模型，分析變壓器工作原理

師：圣誕樹點(diǎn)亮了，我們能感受到變壓器真的很神奇.原、副線圈彼此絕緣，電能卻從一個線圈轉(zhuǎn)移到另一個線圈，這個過程是如何發(fā)生的呢？

生：原線圈接入交變電流，副線圈中有磁通量的變化，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，所以燈會亮起來.

師：變壓器的工作原理就是互感.那么變壓器在工作過程中有能量損失嗎？

生：鐵芯內(nèi)產(chǎn)生渦流；原、副線圈有電阻、電流，會產(chǎn)生焦耳熱；鐵芯在導(dǎo)磁過程中可能會發(fā)生漏磁（全體學(xué)生討論后由多位學(xué)生回答）.

師：很好.現(xiàn)觀察桌子上的變壓器，鐵芯由硅鋼片疊加而成，已經(jīng)抑制了渦流的熱效應(yīng)；原、副線圈由銅線繞制而成，銅線電阻率很小，產(chǎn)生的焦耳熱很少；鐵芯采用導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片，漏磁現(xiàn)象不明顯.如果一臺變壓器在這3方面的損失均可以忽略不計，那么，我們將這樣的變壓器叫做理想變壓器.

設(shè)計意圖：使學(xué)生掌握什么是理想變壓器，體會理想物理模型提出的方法和必要性，并為下一個環(huán)節(jié)的理論推導(dǎo)做好鋪墊.

環(huán)節(jié)6：理論探究理想變壓器原、副線圈的電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系

師：大家思考，對于理想變壓器而言沒有漏磁，那么，原、副線圈磁通量大小有什么關(guān)系呢？

生：磁通量相等.因?yàn)榇鸥芯€是閉合曲線，并且沒有漏磁.

師：原、副線圈磁通量是恒定的么？

生：是變化的.因?yàn)樵€圈中通入的是交流電，產(chǎn)生方向和大小周期性變化的磁場，磁通量當(dāng)然是變化的，副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.

師：鐵芯不漏磁，原、副線圈磁通量必然時刻相等，那么原、副線圈磁通量的變化率有什么關(guān)系呢？

師：如果副線圈的匝數(shù)為n2，那么副線圈的感應(yīng)電動勢如何表示？

師：如果原線圈的匝數(shù)為n1，那么，原線圈的感應(yīng)電動勢如何表示呢？

生：可能相等.

師：原、副線圈中電流與匝數(shù)的關(guān)系？

設(shè)計意圖：通過設(shè)計一系列層層遞進(jìn)的問題，引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生思考.從理論上推導(dǎo)出變壓器的基本規(guī)律，與實(shí)驗(yàn)規(guī)律統(tǒng)一，使學(xué)生內(nèi)心受到震撼，加深對所學(xué)知識的理解.

環(huán)節(jié)7：學(xué)以致用、能力提升，完成第二個任務(wù)

師：現(xiàn)在又出現(xiàn)了一個相似的任務(wù)，大家想想怎么解決呢？這里還有一串燈帶，需要12V的電壓才能點(diǎn)亮，目前只有變壓器和一個6V的電池組，你能利用圖1所示的實(shí)驗(yàn)電路把它點(diǎn)亮嗎［7］？

圖1

生：燈帶不能正常發(fā)光.因?yàn)樵€圈接的是電池組，提供的是恒定電流，線圈中的磁場沒有變化.副線圈磁通量沒有改變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.

師：很好，同學(xué)們討論有沒有辦法將燈點(diǎn)亮呢？

生：可以讓原線圈不斷地處于通斷狀態(tài)，這樣就可以使線圈中的磁通量發(fā)生變化，燈應(yīng)該可以亮.

圖2

師：老師設(shè)計了一個實(shí)驗(yàn)電路，如圖2所示，在原線圈中接一個鋸條，導(dǎo)線在鋸齒上滑動，讓我們一起觀察實(shí)驗(yàn)效果（可以看到燈持續(xù)地亮起來，掌聲）.

師：導(dǎo)線在鋸條上滑動，可以使原線圈通斷的頻率更高，效果會比手動的更好.

設(shè)計意圖：使學(xué)生對變壓器的認(rèn)識達(dá)到新的高度，加強(qiáng)對電磁感應(yīng)和變壓器工作原理的理解.

4 總結(jié)

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及工作規(guī)律.在解決任務(wù)的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動手能力、理論分析能力、歸納概括能力，同時，也體驗(yàn)了團(tuán)隊(duì)合作精神.任務(wù)完成后，學(xué)生體驗(yàn)到了學(xué)習(xí)的快樂.采用任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)，提高了“變壓器”課堂教學(xué)效率，使學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)得到了全面提升.

1 王瑞.物理任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的理論與實(shí)踐研究（學(xué)位論文）.河南師范大學(xué)，2009

2 李勝華.“任務(wù)驅(qū)動”模式在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用.學(xué)周刊，2011（6）：37

3 人民教育出版社課程教材研究所.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理·選修3-2教師教學(xué)用書.北京：人民教育出版社，2010

4 吳蘭紅.優(yōu)化教學(xué)設(shè)計提高課堂教學(xué)有效性.物理教學(xué)探討，2010（5）：63～65

5 齊麗虹，肖增英.“變壓器”數(shù)學(xué)設(shè)計.教育理論與實(shí)踐，2010（4）：31～33

6 董書生.“向心力”教學(xué)設(shè)計.物理通報，2010（9）：48～49

7 顧婉清.用干電池做變壓器演示實(shí)驗(yàn).物理實(shí)驗(yàn)，1995，15（2）：680