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摘 要：目前高中物理教材“交变电流”的课后作业侧重解题，有应试教育的倾向，与学生核心素养发展相违背。探究性作业迎合了学生综合素质培养的需求。“交变电流”的传统作业向探究性作业转变有利于提高学生分析解决实际问题的能力，有助于学生科学素养的形成。
关键词：探究性作业；交变电流；设计
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）7-0014-3
我国课程改革成果丰富，“满堂灌”的课堂模式转变为小组合作探究模式，“核心素养”的提出彰显了国家对教育的重视。各县市举办的教师技能大赛、优质课评比、教学设計比赛极大地推动了课堂教学的发展，提高了教师的素质。[1]但不得不指出，各学科课后作业的发展过于缓慢，传统作业的改善也迫在眉睫。
以高中物理“交变电流”课后作业为例，无论哪个版本的教材，都侧重于本节课学习结论的应用。[2]传统作业重点强化中性面位置的特点，公式E=-NBSωsinωt的应用，感应电动势的影响因素等。这会给学生学习带来如下一些“危害”：
（1）无法巩固教学效果。“交变电流”这节课是探究课，不仅是要得到几个概念，更重要的是学生通过分析交变电流形成的过程，增强解决实际问题的能力，提高物理学习的兴趣。而学生的课后作业完全脱离分析过程，凭笔记的概念和公式完成作业，只能达到巩固知识的效果。学生不能再次体验课堂的探究过程，也无法用这种分析方法处理实际的问题。完成这样的课后作业其效果可见一斑。
（2）无法实现素质教育。学生完成传统的“交变电流”课后作业会产生这样的误解——认为物理学就是记住概念和公式，然后套用知识解决问题。这会让学生陷入应试教育的困境，与物理课程开设的初衷背道而驰。物理学是自然科学的基础，学生学习物理更重要的是方法、技能、思维等综合素质的培养。学完一节探究课，只是进行概念与公式的强化，等于杀鸡取卵，得不偿失。
（3）无法提高学生能力。目前“交变电流”课后作业，无需学生进行系统地分析，无需用课堂教学的探究性思维处理问题。学生仅仅套用公式，长此以往，势必导致学生学习能力下降，思维水平停滞不前。即使有专家认为课后作业要考虑大多数学生的学习水平，保证大部分学生能够独立完成，但也不得不说，换一些具有思考价值、重视探究过程的问题也能同时满足多数学生的要求，又能提高更多学生的能力。
探究性作业顾名思义即作业注重探究，注重思考，注重实践，是符合学生核心素养发展需要，提高综合能力的一种作业。[3]“交变电流”是一节探究课，课后作业设计为探究性作业最为合适。[4]当然探究性作业虽然迎合素质发展需要，但也要考虑其难度适中，时间恰当，层次分明等因素。经过思考，结合教科版3-2第二章第一节的内容，设计了三道探究性习题。
1 课后作业与设想
习题1：回顾本节课学习过程，回答下列问题：
（1）本节课学习了哪种元件的工作原理？
（2）重点研究了哪个物理量的变化过程？
（3）线圈感应电动势的产生既可以理解为导体棒切割磁感线产生感应电动势，也可以理解为穿过线圈的磁通量变化产生感应电动势。本次探究采用的是第几种方法？
（4）两根导体棒切割磁感线，大部分时间导体棒切割方向与磁感线并不垂直，如何解决这一问题？
（5）线圈产生的感应电动势是两根导体棒切割磁感线产生的感应电动势之和，请整理并推导公式E=NBSωsinωt。
设想：本节课是探究课，探究过程是本节课的重点内容，所以课后作业必须重现探究过程，帮助学生强化所学知识。本题的提问顺序基本再现了整个实验的思考过程，提出的五个问题，按照由易到难，逐步提升的顺序。前三个问题相对基础，第4个问题是本次探究过程的一个难点，能够进一步巩固学习成果。最后一个小问题，要求学生重新进行推导，不仅加强了学生对本节课探究过程的理解，更为下节课的学习打下了一个坚实的基础。
习题2：思考第1题的问题（3），尝试用穿过线圈磁通量变化产生感应电动势这一思路，推导出线圈感应电动势公式E=NBSωcosωt（初始位置线圈与磁感线平行，公式中物理含义与今天所学内容一致）。
提示1：线圈与磁感线平行时，求出磁通量大小。
提示2：从线圈与磁感线平行这一位置开始分析，线圈转动角度为α=ωt时，写出此时穿过线圈的磁通量的表达式。
提示3：公式E=N，磁通量变化率即为Φ对t的求导结果。
提示4：求导过程中注意复合函数求导的规律。
设想：熟话说条条大道通罗马，探究一个问题的途径是多种多样的。教师在课堂上经常教导学生要采用多方法解决问题，但千百遍的呼吁不及让学生亲自去体验一次。
感应电动势可分为动生电动势和感生电动势，本节探究课是借用动生电动势产生的过程研究交流电的产生，学生当然也可以借用感生电动势的产生过程加以分析。而且学生已经学过导数、三角函数等知识，完全具备根据E=N公式推导出线圈感应电动势公式E=NBSωcosωt的能力。考虑到是让学生独立完成探究和推导过程，所以给出了4个提示，帮助学生完成推导过程。
本题的参考答案：如图1所示，此位置线圈垂直于中性面，即线圈与磁感线平行，其磁通量为0。从上往下看，线圈逆时针转动时间t后，线圈与磁感线方向夹角为ωt。从该位置开始，每个位置磁通量表达式为：Φ=BSsinωt。[5]
磁通量变化率即为Φ对t的求导结果，则：=BSωcosωt（注意cosωt是t的复合函数），代入公式E=N，有：E=-NBSωcosωt。[5]可以看到这两种角度可以达到同一效果。
问题3：如图2所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动（O轴位于磁场边界）。请用导体切割磁感线和穿过线圈磁通量变化两种角度分别讨论：闭合导线框从开始进入到完全进入磁场的过程中，感应电动势的变化。 设想：学以致用是物理教学的宗旨，掌握物理学探究方法是物理教学的目标，所以应当让学生用学过的探究方法去解决问题。同时这题也是易错题，防止学生直接套用现成的公式而导致解题错误。
本题线框在切割磁感线的过程中并不是产生了正弦交流电源。具体过程表现为：闭合导线框从开始进入到完全进入磁场的过程中，只有上方的一根导体棒不断切割磁感线，而且切割的方向时刻与磁感线垂直。这个导体棒每个点的角速度一样，半径不一样，故线速度不一样。由于所有点的平均半径为L/2，则E=BLv=BL2ω/2，那进入磁场过程感应电动势保持不变。
2 作业特色与功效
三道问题紧扣当天的学习内容，突出探究学习过程，注重分析能力的培养。优点有：
（1）巩固教学效果。探究性作业并不是一味地探究，也保留了巩固知识这一传统作业的特点。本次作业的第一题通过再现课堂教学过程，强化当天学习知识，学生自己再整理学习成果，有助于能力的提升，也能更好地记忆和理解物理概念与公式。
（2）注重探究应用。从第二题开始，要求学生深入思考交变电流产生的原因。第二题让学生通过数学方法，借助另一种理解方式，推导出一样的结论。这样既能够强化学生注重物理过程的学习，也能对正确的结论有更深的认识。第三题，则要求学生根据两种不同的理解方法解决一道非正弦交变电流的题目，让学生充分认识交变电流研究的思路。
（3）講究层次分明。物理作业应当为大部分学生考虑，多数学生要能够通过作业巩固知识，提高能力。本次作业第一题是复习课堂知识，所有学生都能够完成。第二题要求学生在四个提示下完成公式的推导，只要学生的数学能力达到一定水平，就能够顺利完成。第三题则是让学生运用知识，分析一个非正弦交变电流，既是难点，也是易错点。总体而言，三题呈现由易到难，展示出了由基础到提升，由知道到领会的过程。
物理教学注重知识形成过程的体验，注重实际问题的理解与分析，注重能力的培养。传统物理作业越来越难适应当今物理教学的要求。探究性作业集合作、探讨、体验等多个特点于一身，重视学生感受研究的过程，重视学生处理实际问题的过程，重视学生综合素质的提高。探究性作业同时也对教师提出了更大的挑战，教师要注重素材的积累，设计优质的探究性习题，发挥作业的最大作用。
参考文献：
[1]呼和满都拉. 新课标下基础物理课程改革初探[J]. 中学物理教学参考，2015，44（03）：4.
[2]周万付. 简要分析产生正弦交流电的三种模式[J]. 物理教学探讨，2007，25（04）：40.
[3]张萱. 高中物理探究性作业实施的探讨[J].物理教学探讨，2015，33（08）：64.
[4]孙艳华. 提高物理作业有效性的实践[J]. 湖南中学物理，2010（01）：52-53.
[5]张萱. 用导数法巧解瞬时感应电动势问题[J].中学物理， 2013（02）：81.
（栏目编辑 赵保钢）
关键词：探究性作业；交变电流；设计
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）7-0014-3
我国课程改革成果丰富，“满堂灌”的课堂模式转变为小组合作探究模式，“核心素养”的提出彰显了国家对教育的重视。各县市举办的教师技能大赛、优质课评比、教学设計比赛极大地推动了课堂教学的发展，提高了教师的素质。[1]但不得不指出，各学科课后作业的发展过于缓慢，传统作业的改善也迫在眉睫。
以高中物理“交变电流”课后作业为例，无论哪个版本的教材，都侧重于本节课学习结论的应用。[2]传统作业重点强化中性面位置的特点，公式E=-NBSωsinωt的应用，感应电动势的影响因素等。这会给学生学习带来如下一些“危害”：
（1）无法巩固教学效果。“交变电流”这节课是探究课，不仅是要得到几个概念，更重要的是学生通过分析交变电流形成的过程，增强解决实际问题的能力，提高物理学习的兴趣。而学生的课后作业完全脱离分析过程，凭笔记的概念和公式完成作业，只能达到巩固知识的效果。学生不能再次体验课堂的探究过程，也无法用这种分析方法处理实际的问题。完成这样的课后作业其效果可见一斑。
（2）无法实现素质教育。学生完成传统的“交变电流”课后作业会产生这样的误解——认为物理学就是记住概念和公式，然后套用知识解决问题。这会让学生陷入应试教育的困境，与物理课程开设的初衷背道而驰。物理学是自然科学的基础，学生学习物理更重要的是方法、技能、思维等综合素质的培养。学完一节探究课，只是进行概念与公式的强化，等于杀鸡取卵，得不偿失。
（3）无法提高学生能力。目前“交变电流”课后作业，无需学生进行系统地分析，无需用课堂教学的探究性思维处理问题。学生仅仅套用公式，长此以往，势必导致学生学习能力下降，思维水平停滞不前。即使有专家认为课后作业要考虑大多数学生的学习水平，保证大部分学生能够独立完成，但也不得不说，换一些具有思考价值、重视探究过程的问题也能同时满足多数学生的要求，又能提高更多学生的能力。
探究性作业顾名思义即作业注重探究，注重思考，注重实践，是符合学生核心素养发展需要，提高综合能力的一种作业。[3]“交变电流”是一节探究课，课后作业设计为探究性作业最为合适。[4]当然探究性作业虽然迎合素质发展需要，但也要考虑其难度适中，时间恰当，层次分明等因素。经过思考，结合教科版3-2第二章第一节的内容，设计了三道探究性习题。
1 课后作业与设想
习题1：回顾本节课学习过程，回答下列问题：
（1）本节课学习了哪种元件的工作原理？
（2）重点研究了哪个物理量的变化过程？
（3）线圈感应电动势的产生既可以理解为导体棒切割磁感线产生感应电动势，也可以理解为穿过线圈的磁通量变化产生感应电动势。本次探究采用的是第几种方法？
（4）两根导体棒切割磁感线，大部分时间导体棒切割方向与磁感线并不垂直，如何解决这一问题？
（5）线圈产生的感应电动势是两根导体棒切割磁感线产生的感应电动势之和，请整理并推导公式E=NBSωsinωt。
设想：本节课是探究课，探究过程是本节课的重点内容，所以课后作业必须重现探究过程，帮助学生强化所学知识。本题的提问顺序基本再现了整个实验的思考过程，提出的五个问题，按照由易到难，逐步提升的顺序。前三个问题相对基础，第4个问题是本次探究过程的一个难点，能够进一步巩固学习成果。最后一个小问题，要求学生重新进行推导，不仅加强了学生对本节课探究过程的理解，更为下节课的学习打下了一个坚实的基础。
习题2：思考第1题的问题（3），尝试用穿过线圈磁通量变化产生感应电动势这一思路，推导出线圈感应电动势公式E=NBSωcosωt（初始位置线圈与磁感线平行，公式中物理含义与今天所学内容一致）。
提示1：线圈与磁感线平行时，求出磁通量大小。
提示2：从线圈与磁感线平行这一位置开始分析，线圈转动角度为α=ωt时，写出此时穿过线圈的磁通量的表达式。
提示3：公式E=N，磁通量变化率即为Φ对t的求导结果。
提示4：求导过程中注意复合函数求导的规律。
设想：熟话说条条大道通罗马，探究一个问题的途径是多种多样的。教师在课堂上经常教导学生要采用多方法解决问题，但千百遍的呼吁不及让学生亲自去体验一次。
感应电动势可分为动生电动势和感生电动势，本节探究课是借用动生电动势产生的过程研究交流电的产生，学生当然也可以借用感生电动势的产生过程加以分析。而且学生已经学过导数、三角函数等知识，完全具备根据E=N公式推导出线圈感应电动势公式E=NBSωcosωt的能力。考虑到是让学生独立完成探究和推导过程，所以给出了4个提示，帮助学生完成推导过程。
本题的参考答案：如图1所示，此位置线圈垂直于中性面，即线圈与磁感线平行，其磁通量为0。从上往下看，线圈逆时针转动时间t后，线圈与磁感线方向夹角为ωt。从该位置开始，每个位置磁通量表达式为：Φ=BSsinωt。[5]
磁通量变化率即为Φ对t的求导结果，则：=BSωcosωt（注意cosωt是t的复合函数），代入公式E=N，有：E=-NBSωcosωt。[5]可以看到这两种角度可以达到同一效果。
问题3：如图2所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动（O轴位于磁场边界）。请用导体切割磁感线和穿过线圈磁通量变化两种角度分别讨论：闭合导线框从开始进入到完全进入磁场的过程中，感应电动势的变化。 设想：学以致用是物理教学的宗旨，掌握物理学探究方法是物理教学的目标，所以应当让学生用学过的探究方法去解决问题。同时这题也是易错题，防止学生直接套用现成的公式而导致解题错误。
本题线框在切割磁感线的过程中并不是产生了正弦交流电源。具体过程表现为：闭合导线框从开始进入到完全进入磁场的过程中，只有上方的一根导体棒不断切割磁感线，而且切割的方向时刻与磁感线垂直。这个导体棒每个点的角速度一样，半径不一样，故线速度不一样。由于所有点的平均半径为L/2，则E=BLv=BL2ω/2，那进入磁场过程感应电动势保持不变。
2 作业特色与功效
三道问题紧扣当天的学习内容，突出探究学习过程，注重分析能力的培养。优点有：
（1）巩固教学效果。探究性作业并不是一味地探究，也保留了巩固知识这一传统作业的特点。本次作业的第一题通过再现课堂教学过程，强化当天学习知识，学生自己再整理学习成果，有助于能力的提升，也能更好地记忆和理解物理概念与公式。
（2）注重探究应用。从第二题开始，要求学生深入思考交变电流产生的原因。第二题让学生通过数学方法，借助另一种理解方式，推导出一样的结论。这样既能够强化学生注重物理过程的学习，也能对正确的结论有更深的认识。第三题，则要求学生根据两种不同的理解方法解决一道非正弦交变电流的题目，让学生充分认识交变电流研究的思路。
（3）講究层次分明。物理作业应当为大部分学生考虑，多数学生要能够通过作业巩固知识，提高能力。本次作业第一题是复习课堂知识，所有学生都能够完成。第二题要求学生在四个提示下完成公式的推导，只要学生的数学能力达到一定水平，就能够顺利完成。第三题则是让学生运用知识，分析一个非正弦交变电流，既是难点，也是易错点。总体而言，三题呈现由易到难，展示出了由基础到提升，由知道到领会的过程。
物理教学注重知识形成过程的体验，注重实际问题的理解与分析，注重能力的培养。传统物理作业越来越难适应当今物理教学的要求。探究性作业集合作、探讨、体验等多个特点于一身，重视学生感受研究的过程，重视学生处理实际问题的过程，重视学生综合素质的提高。探究性作业同时也对教师提出了更大的挑战，教师要注重素材的积累，设计优质的探究性习题，发挥作业的最大作用。
参考文献：
[1]呼和满都拉. 新课标下基础物理课程改革初探[J]. 中学物理教学参考，2015，44（03）：4.
[2]周万付. 简要分析产生正弦交流电的三种模式[J]. 物理教学探讨，2007，25（04）：40.
[3]张萱. 高中物理探究性作业实施的探讨[J].物理教学探讨，2015，33（08）：64.
[4]孙艳华. 提高物理作业有效性的实践[J]. 湖南中学物理，2010（01）：52-53.
[5]张萱. 用导数法巧解瞬时感应电动势问题[J].中学物理， 2013（02）：81.
（栏目编辑 赵保钢）