用问题教学法突破“交流电有效值”的概念教学难点，本文主要内容关键词为：有效值论文,交流电论文,教学法论文,难点论文,概念论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题教学法和概念教学
问题教学法是指以问题为中心展开教学活动的教学方法。其教学形式是教师和学生互相合作提出问题、解决问题。在概念教学中，要注重强化学生问题意识，精心设计有层次的问题，循序渐进地引导学生感知概念的形成基础（感知活动、观察实验、经验事实），经历概念的形成过程（概念结构、数学结构、知识结构），体验概念的形成方法（问题解决、科学方法、观察证实），通过学生的自主探索，能给学生更多的交流机会，澄清模糊认识，正确建立概念和理解概念，让学生在解决问题中体会到学习的快乐。下面笔者以人教版选修3-2第五章第二节“描述交变电流的物理量”的教学设计为例，来阐明这一思想。
二、问题教学法在概念教学中的尝试
“描述交变电流的物理量”这一节课，介绍了交变电流的峰值、瞬时值、平均值和有效值，还给出了周期和频率的概念。该节课的教学一直平淡无奇，也没有什么闪光点。但教师在以后的教学中会经常发现，学生极易将平均值和有效值混淆，在求交变电流通过定值电阻的电量和产生的热量时经常出错，究其原因，还是学生在交流电有效值的学习中留下了疑点，没有将这个教学难点有效地突破。从新旧教材对比可以发现，老教材只是简单地给出了交流电有效值的定义，而新教材中则以“思考和讨论”巧妙地设计了一个问题，让学生对“热的等效”有了一定的体会后再给出交流电有效值的定义，这样处理起来就比较合理和自然。考虑教材的设计思想，笔者在学生学习了峰值、瞬时值和平均值之后，提出问题，让学生思考如何求交变电流通过定值电阻产生的热量。学生自然会想到用平均值，通过计算机辅助计算和讨论，发现用平均值求出的不是发热量，进一步激发学生思考，顺理成章地导出了交流电有效值的概念。这样做师生都感觉自然、印象深刻。下面以课堂教学中设计的问题为主线，来阐述问题教学法在概念教学中所起到的作用。
1.温故知新，开门见山巧设问
师：上节课我们学习了交变电流，请思考：
问题1 观察图1中几个电流与时间的图象，判断哪些是交变电流？
图1
生：A、C、D。
问题1意在强调交变电流的“变”，并为后面讨论不同形式的交变电流有效值计算具有不同的表达形式留下伏笔。
问题2 请尝试写出图2两个电流的瞬时值表达式。
图2
问题2意在让学生体会正弦交变电流和恒定电流的不同，交变电流的值随时间一直在变，为后面求交变电流通过电阻的发热量做好了铺垫。
问题3 如图3（下页）所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.2T，电阻R=1 Ω、匝数n=50的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=5 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2m。求：线圈从中性面开始转过90°角的过程中流过线圈截面的电流的峰值和平均值。
图3
问题3意在让学生掌握峰值和平均值的概念，并为提出问题4后出现的激烈思想斗争做好准备。
2.因势利导，解惑释疑起波澜
问题4 线圈从中性面开始转过360°角的过程中，线圈产生了一定的热量。如何求出该热量？
生：应该用平均值来计算吧？
师：用平均值计算是否正确呢？
生：若是恒定电流，功率的表达式为
，热量在数值上等于图4乙P-t图象中横线与时间轴围成的面积；同理，正弦交变电流的发热量通过微元思想可以类似地用图象面积来处理。
图4
师、生：
，（师生讨论后）将正弦交变电流的瞬时电流值输入Office自带的电子表格，绘出如图5乙所示的阴影部分的面积。它在数值上就应该等于该正弦交变电流在时间t内产生的热量。
图5
师、生：图6中矩形框的面积就是利用平均值作为恒定电流求出的发热量。利用Windows自带的画图软件，将图中矩形框上方的峰填到矩形框中灰白处，发现面积并不能正好填补，说明利用平均值求发热量是不正确的。
图6
考虑学生运用数学工具的困难，我们将用瞬时值微元累积求交变电流发热量的计算改为用物理图象和电子表格来处理，最后用画图软件，用割补法来验证。这样做，既解决了学生数学上的障碍，又有效地利用了学生掌握的计算机技术，让学生在信息课上学习的知识得以发挥利用。教学中发现，学生能够利用计算机处理该问题。
3.集思广益，思维碰撞出火花
问题5 既然不能用平均值求交变电流的发热量。我们应该怎么办呢？
生：……
师、生：（师生充分讨论后）假设有两个交变电压，其变化规律如图7所示，其最大值与周期均相同，瞬时表达式分别为
，其中
，把它们分别加在两个阻值相同的电阻上，设电阻的阻值为及，由于电流的热效应与电流的方向及先后作用的时间顺序无关，故在一个周期内两个交流电产生的热量相同，设都为Q，产生的总的热量
。
图7
可以看出两个电阻上总的发热功率是一个定值，与时刻t无关，所以在一个周期内两个电阻上总的发热量为
用一个恒定电压为U的电源，分别给两个相同的电阻R供电，在相同时间T内，每个电阻产生的热量是
而这个恒定电流的电压U就是正弦交变电流的电压有效值。
这种方法只能由教师或学生提前准备，仅仅依靠课堂中师生一起讨论是不容易得出的。个别数学基础好的学生也能提供类似的巧解。
师：让交流电和直流电通过相同的电阻，如果它们在相同时间内，产生相同的热量，我们把直流电的值就叫做交流电的有效值。
4.举一反三，触类旁通析外延
问题6 是不是所有交变电流的有效值与峰值之间都有这样的定量关系呢？
生：不是，如图8所示方波交流电的其有效值为2 A。
问题6意在提醒学生不要以偏概全，和问题7与问题8一起，意在进一步强化“等效”的含义，巧妙地呼应了问题1中看似简单的提问。
图10中的粗线就是表示有效值1.67A。
问题7和问题8安排在正弦交变电流的有效值和方波有效值之后，意在通过展现有效值多种外延的形式，进一步强化有效值内涵的真正意义。
图10
问题9 你还能提供出正弦交变电流有效值的其他证明方法吗？
5.小处见大，平淡无奇蕴真谛
问题10 为什么交变电流的有效值会用热效应来定义呢？为什么不用电流的磁效应或电流的生物效应或其他的效应呢？
问题11 你能就本节课学习的内容提出至少一个新的问题吗？
问题10和问题11属于开放性问题，意在培养学生提出问题和思考问题的意识和能力。同时也通过问题10的思考发现，生活中看似偶然的事物一般都有其必然的科学依据，多去思考和体会，会有不少的收获。
三、问题教学法在概念教学中应用的思考
“问题教学”课堂教学模式把教与学、教师的主导作用与学生的主体作用有机地结合起来，让学生在教师创设的问题情境下提出问题并进行独立探究，使教师的教始终围绕学生的学展开，增强学生的参与意识，培养学生发现问题、解决问题的能力。“问题教学”课堂教学模式给学生创设了一种宽松、愉快、民主的教学气氛，能有效激发学生学习兴趣，使整个班集体形成一种积极向上、生动、活泼的学习氛围。
新课程中学物理概念教学，应以新的教学理念为指导，应在教学中创设情境与条件，激发兴趣，唤起好奇心，充分发挥学生主体性，在建构物理概念的同时，着力培养学生创新意识与实践能力，培养学生科学素养与人文素养。在教学中，要善于指导学生运用实验、推理、演绎、归纳等方法对物理概念进行理解，让学生动手动脑，特别是经历由具体到抽象再由抽象诠释具体的反复过程，让学生形成清晰而准确的物理概念。
问题教学法在概念教学中使用也存在一些问题。由于学生活动量大，因而教学时间较难控制；同时也需要学生有足够的物理知识和方法的积累，还要有足够的课前准备和预习。
新课改呼吁大家的积极参与，没有现成的经验可以照搬，这就要求我们要敢于尝试，不怕犯错误。出于这种考虑，笔者将教学中的一点尝试收集在此。不当之处，希望同行批评和指正!