基于微课和推导图的高中物理习题教学研究

钱钰 王彩霞 樊济宇

[摘 要]文章以高中物理电磁感应中的图像问题为例，阐述微课结合推导图在习题教学中的具体应用。通过微课和推导图进行习题教学，能够将学生散乱的知识系统化，抽象的问题生动化，复杂的概念简单化，进而提升学生的解题能力。

[关键词]微课;推导图;电磁感应;图像问题;习题教学

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）05-0051-03

电磁感应一直是高中物理的重难点，它包含很多的定律和公式，而且应用非常广泛，涉及做功、动量、能量等各方面问题[1]，每一种问题对应的题型层出不穷，同时也是高考的高频考点。而习题教学往往有助于学生深刻理解所学的物理知识。为了使习题教学效果更好，可以利用微课和推导图，让学生运用新颖的学习方式进行学习，从而提高学习效果。由于篇幅有限，笔者仅就电磁感应中的图像问题进行微课习题教学研究，以下的微课教学设计都是以电磁感应中的图像问题展开的。

一、微课的概述

（一）微课的特點

微课是一种用5到10分钟来解释一个非常零碎的知识点、概念性问题或家庭作业的短小教学视频，是教师用来教学的一种手段。它的特点就在于“微”，“微”不是简单的短而是精，即微课的内容是经过精挑细选的，不是说所有的简短的视频都是微课，能够在简短的时间内把一个知识点讲清楚，学生一看就能理解才是微课真正的意义所在。它的内容可以包括典型例题、科普知识、课堂思考、练习测试等，这些内容组合成一个完整的教学系统，构成了多样性的教学体系，实现教学资源的分享和利用，便于教师相互探讨，从而提高教师的教学技能[2]。

（二）微课的局限性

微课因为“微”往往会导致学生学习的知识变得零散，不利于知识系统化建构。因此，教师需要借助推导图帮助学生厘清思路。在习题教学中推导图的目的性是十分明确的，即利用题目中的已知条件进行推导，从已知到未知挖掘隐含在题目中的信息，并且用图像生动地展示出来，各个条件之间的关系也变得清晰，让学生一下子就打开思路，这样有利于学生温习并进行散乱知识的整理。因此，将推导图和微课相结合，是一种很好的教学手段，可以使微课教学发挥更大的作用，协助学生迅速找到解题思路，提高解题效率[3]。

二、设计微课的原则

（一）严格把握教学时间

关于微课的设计，教师要合理控制好教学时间。在一节物理课中，教师既要确认教学目标能够实现，又要避免视频太过冗长造成主次不分，难以突出重点，反而失去了微课的特色。并且在一节课中，教师播放微课的数量不宜过多，3～4个即可，过多的微课反而会让学生失去一开始的新鲜感，无法吸引学生的注意力，更会让学生有一种上网课的错觉。因此，教师对微课的时间把握也是一节课能否成功的关键。

（二）合理设计教学内容

电磁感应问题归根结底就是电荷之间的相互作用问题，但是它包含多种题型和多种图像。教师在设计微课内容时应该对图像问题进行分类，然后对每一种题型进行有针对性的讲解，选好有代表性的典型例题，题目的难度要适中，更要具有趣味性，以使学生对物理产生浓厚的兴趣[4]。

三、案例分析

下面笔者就以电磁感应中的图像问题为例，选取几道典型题开展微课和推导图教学研究。

[例1]有一磁场均匀的矩形区域，磁场垂直纸面朝内。磁场区域宽为40 cm，如图1（a）所示。一边长为20 cm的方形线框，以20 cm/s的恒定速度沿垂直于磁场的方向切割磁感线，导线框竖直的两边始终同时与磁场的边界平行，取逆时针运动方向为i的正方向，从导线框刚进入磁场时开始计时，图1（b）各选项中，哪个能正确地反映[i-t]图像规律（ ）。

解析：这是一道[i-t]图像题，线框从开始进入磁场到完全进入磁场再到出磁场的过程中，可以分解为三个部分，解题时需要对这三个部分的运动情况分别进行分析。根据磁场的宽度、线框的宽度和线框匀速运动的速度，知道在[0～1 s]线框进入磁场，在[1～2 s]线框在磁场中运动，在[2～3 s]线框出磁场。第一种情况，线框进入磁场时，只有右侧垂直磁场的线框切割磁感线，且线框中的磁感线条数在增多，依据楞次定律“增反减同”判别感应磁场的方向与原磁场方向相反，然后再通过右手螺旋定则判断感应电流的方向，此时感应电流的方向应该是逆时针方向，根据题目中的条件逆时针方向为电流的正方向，因此在[0～1 s]感应电流图像在横轴上方;同理[2～3 s]线圈出磁场时与第一种情况相反，感应电流图像在横轴下方;而在[1～2 s]线圈在磁场中做匀速运动，磁通量无变化，因此没有感应电流产生。判断好电流方向后，再根据欧姆定律可以计算出感应电流的大小是不变的，所以C选项为正确选项。在设计微课时可以把导线框在三种运动情况下感应磁场方向和感应电流方向变化的情况分别用动画的形式表现出来，学生就可以一目了然地选出正确选项。图2为这道题的推导图。

[例2]如图3所示，匝数为10的线圈（忽略电阻值）与外部电阻连接，电阻的电阻值为2 Ω，线圈内磁场方向垂直纸面向里。图4是线圈内磁通量[Φ]随时间[t]的变化规律图。请选出正确的选项（ ）。

A. 线圈中产生的感应电动势为10 V

B. [R]两端电压为0.5 V

C. [a]点电势高于[b]点电势

D. 通过[R]的电流大小为2.5 A

解析：这是一道[Φ-t]图像题，当[Φ]随[t]均匀变化时，线圈中的磁通量也发生变化，从而产生感应电动势和感应电流。由图4可知[Φ-t]图像的斜率是保持不变的，代入数据可以算出斜率的大小为0.5，其乘上线圈匝数10就得出感应电动势的大小为[5 V]，由此判断A选项是错误的。再由欧姆定律可求出电流值为[2.5 A]，进而得出电阻[R]两端的电压为[5 V]，由此排除B选项。因为外电路中电流总是从高电势流向低电势，因此可以判断感应电流方向，也就可以比较a、b两点电势的高低，从图像中可以看出[Φ]在不断地增大，根据楞次定律“增反减同”可判断线圈内感应磁场的方向与原磁场方向相反，是垂直纸面向外的。再用右手螺旋定则判断感应电流的方向为逆时针方向，即电流的流向是从b流向a，所以b点的电势要高于a点，故C选项错误。推导图如图5所示，这道题最容易出错的地方就是感应电流方向的判断，对初学者来说，很容易在原磁场上用右手螺旋定则，导致感应电流方向判断错误。从推导图可以简洁明了地看出每个选项的分析思路，看一下推导图就可以直接选出正确选项，这给学生的复习带来了方便。

[例3]现有垂直纸面的匀强磁场，磁场中有一个垂直于磁场方向的薄金属环，如图6所示，磁感强度[B]随时间[t]按图7所示变化，令[E1]、[E2]、[E3]分别表示B按[Oa]、[bc]、[cd]三段变化时，金属环产生的感应电动势的大小，[I1]、[I2]、[I3]分别表示对应的感应电流，规定向里为磁场的正方向，那么（ ）。

A. [E1>E2]，[I1]沿逆时针方向，[I2]沿顺时针方向

B. [E1<E2]，[I1]沿逆时针方向，[I2]沿顺时针方向

C. [E1<E2]，[I2]沿顺时针方向，[I3]沿逆时针方向

D. [E2=E3]，[I2]沿顺时针方向，[I3]沿顺时针方向

解析：这是一道[B-t]图像题，对高中生来说，原磁场方向和感应磁场方向很容易混淆，没能清楚把握[B-t]图像斜率的含义，另外，正负关系也是一个难点。根据图像和已知条件把要求的物理量一一列出来，然后再从选项中选出对应的答案。这道题乍一看不知道怎么比较感应电动势和感应电流的大小，但是由法拉第电磁感应定律公式[E=nΔΦΔt=nΔBΔt∙S]可以看出，比较E的大小应转换成比较[B-t]图像的斜率绝对值的大小。由图可知，[bc]段和[cd]段图线斜率相同，且大于[Oa]段斜率的绝对值，由此可以判断[E1]、[E2]、[E3]的大小。图线[Oa]表示线圈的磁通量垂直于纸面向里，并且在逐渐增加，线圈中感应电流的方向是逆时针的。图线[bc]和[cd]的斜率是不变的，说明通过线圈的磁感线先垂直于纸面向里，后垂直于纸面向外，且变化率相同，感应电流的方向就可以根据楞次定律来判断。推导图如图8所示，由图可以清晰看出原磁场的方向、感应磁场方向以及感应电流方向，结合题目的选项就可以很轻易地选出正确答案。这样解题，可以大大提高正确率。

电磁感应中的图像问题一直是高二物理的一个难点，解题时学生常常会摸不着头脑，但是通过推导图解题，可使思路变得清晰起来，再加上微课的简洁形象性，可以使教学效果更好[5]。推导图有利于学生查漏补缺，完善知识体系。

四、结果分析

习题教学结束后，笔者对用微课进行习题教学的班级和用传统方法进行习题教学的班级进行小测试，测试的结果用SPSS软件计算比较平均分，具体如表1所示。

从表1中可以发现对照班1和对照班2的学生的平均分是差不多的，每道题的正确率也相差不大，而实验班（即采用微课和推导图进行教学的班级）的学生，答题情况更好，无论是每道题的正确率还是整体的平均分与两个对照班级相比都有明显的优势。

高中物理习题数量多、难度大，教师在习题教学中充分利用好信息资源，合理设计微课并结合推导图辅助教学，会有意想不到的效果。微课的选择和制作对教师来说也是一种挑战，结合推导图开展教学，可以提高学生的学习兴趣，帮助学生理解运用相关知识，有利于学生掌握相关习题的解题思路方法。

[   参   考   文   献   ]

[1]  蒋明星.电磁感应中的综合问题[J].数理化解题研究，2021（1）：91-92.

[2]  黄以刚.微課在高中物理教学中的应用分析[J].考试周刊，2020（A5）：125-126.

[3]  曹奇志，肖利群，李小英，等.思维导图结合微课的物理教学模式探索[J].广西师范学院学报（自然科学版），2017（2）：137-141.

[4]  李明军.基于“互联网+”的初中物理微课教学设计与应用[J].求知导刊，2021（4）：24-25.

[5]  王经天，陈康.“寻因果”让电磁感应中的图像问题简约又简单[J].教学考试，2020（40）：56-60.

（责任编辑 易志毅）