【《STSE（科学、技术、社会、环境）视阈下高中物理“交变电流的产生”教学设计》3200字】

STSE（科学、技术、社会、环境）视阈下高中物理“交变电流的产生”教学设计【主要环节设计思路】知识点STSE素材情境教学类型设计思路交流发电机社会(S）环境(E)互动式发电自行车生活情境从社会(S）引入，展示2020第三届进博会施耐德展台互动式自行车。通过骑行可以发电供手机、相机充电，有效助力碳中和，渗透环境(E)保护理念。从自行车轮子转动关联到发电机转子的转动，培养迁移能力。正弦式交变电流的产生原理科学(S)自制线圈切割磁感线教具实验情境科学(S)知识：磁感线看不见摸不着，但却真实存在，线圈在磁场中转动时，学生对线圈各部分理解存在困难。自制磁感线模型，将切割过程具象化，帮助学生突破难点。正弦交流电技术(T)交变电流正弦变化实验情境用VideoPhysics软件分析匀速转动手摇发电机时，电流表指针的运动图像，并进行拟合分析。使学生明确当匀速转动手摇发电机时，产生的是正弦式交变电流。帮助学生对正弦式交流电本质有科学认识，新技术（T）的应用助力实验开展。拓展延伸科学(S)技术(T)社会(S）环境(E)白鹤滩水电站十六台百万千瓦机组转子全部完成吊装。生活情境展示白鹤滩水电站最新成果，引导学生关注科技与社会发展，为成为融入社会打下基础。形成节约用电环保意识。【教学内容分析】本节内容选自鲁科版高中物理选择性必修二（2019版）第三章第2节，交变电流的产生是学生在了解交变电流特点的基础上的进一步学习，是运动和相互作用观、能量观在电磁感应领域的综合应用。课标对本节课的要求是能用公式和图像描述正弦交变电流。对于交变电流的产生过程对于交变电流的产生通过自制切割磁感线模型将导体各部分切割磁感线情况直观呈现在学生眼前，同时也便于学生感受感应电流的方向。【学情分析】经过选择性必修二1、2两章的学习，学生对法拉第电磁感应定律、楞次定律有了基本的理解，具备一定用其分析简单电磁感线现象的能力，为本节课的学习提供了知识和能力的准备。对于本节课的重难点内容正弦式交变电流的产生过程较为抽象，学生理解存在一定困难，需要学生具备一定的空间想象能力，通过设计直观教具帮助学生突破难点。学生已经在数学课程中接触学习了正余弦函数，为本节课正弦式交变电流的变化规律的推导提供数学工具，培养学生用函数表达式和图像解决物理问题的习惯。【教学目标】物理观念：了解交流发电机基本组成部分和主要类型。理解正余弦交变电流产生原理和变化规律。理解交流电的“四值”含义。科学思维：（1）结合电磁感应定律和楞次定律分析感应电流产生的过程。（2）运用函数知识推导交流电随时间变化规律。科学探究（1）建构线圈在匀强电场中转动模型。科学态度与责任（1）理解科技进步对社会发展的推动作用。（2）培养节约能源可持续发展的责任感。【教学重难点】1.重点：交流电的产生和变化规律。2.难点：正弦式交流电瞬时值表达式的推理和理解。【教学过程】教学环节教师活动学生活动设计意图课堂导入【播放视频】播放东方新闻记者在第三届中国国际进口博览会现场骑行互动式自行车发电，供手机充电的新闻视频。观看视频，直观感受减碳新方式，形成节能减排意识。【社会(S）环境(E)】【生活情境教学】通过展示互动式自行车发电过程，引导学生关注社会(S）最新科技方向，了解国家“双碳”计划(E)。通过转动自行车可以发电，使学生初步体会到车轮转动机械能可以转变为电能。为线圈在磁场中转动产生交变电流原理的理解打下基础。新课教学：交流发电机【课堂提问】法拉第电磁感应定律内容。一、交流发电机原理：电磁感应原理2.发电过程能量如何转换？【图片展示】【实物展示】二、构造：线圈（电枢）磁极类型回忆相关知识。机械能→电能观察实物发动机和手摇发电机内部结构，认识主要构成部分，了解交流发电机的两种类型和其特点。为本节课学习提供知识基础。通过图片展示和实物展示，使学生直观观察真实发动机内部结构，初步认识定子和转子。通过表格形式展示交流发电机的两种类型，使学生直观认识其不同之处。新课教学：正弦式交变电流的产生原理【模型建构】发电机线圈通常很多匝，中学生研究存在困难，我们怎么办？两个磁极间电场与我们所学哪个磁场类似？引导学生研究单个线圈在匀强磁场中的运动。研究其中一个线圈的发电情况。匀强磁场在教师引导下自主生成模型培养学生化繁为简，迎难而上的科研精神。【线圈切割磁感线教具】两个相同纸盒代表磁体南北极，其中均匀穿入细线代表匀强磁场磁感线。将硬质纸制作矩形线圈，使其在匀强磁场中转动。两个学生拉着两个代表N、S极的小盒子，一个学生转动线圈。全体学生观察实验情况，明确线圈ab、cd在转动过程中切割磁感线，产生感应电流。【科学(S)】【实验情境教学】磁感线看不见摸不着，学生对此感到很陌生，对于导体各部分切割磁感线情况的理解，需要很强的空间想象能力。通过教具的展示，学生明确线圈ab、cd在转动过程中切割磁感线,而ad、bc没有切割磁感线。1.线圈逆时针转动一圈，感应电流变化情况？哪个位置没有电流、哪个位置电流最大？中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置，无感应电流。经过中性面时感应电动势为零，感应电流为零。（2）线圈每经过中性面时，感应电流方向改变，线圈转动一周，两次通过中性面，感应电流方向改变两次。转动过程电流方向甲→乙乙→丙丙→丁丁→甲思考问题，填写表格转动过程变化情况甲→乙乙→丙丙→丁丁→甲电流为零的位置（）电流最大的位置（）项目中性面中性面的垂直位置位置Φeq\f(ΔΦ,Δt)evI感I感方向教师发布任务，学生在任务驱动下完成知识的学习。学生先独立思考，教师再给予指导，帮助学生突破难点，理解关键概念。新课教学：正弦式交变电流的变化规律【播放实验视频】【信息技术与物理融合】认真观看视频在教师引导下对正弦式交变电流形成初步印象。【科学(S)】【实验情境教学】将手摇发电机与电流表用导线相连，匀速转动手柄，引导学生观察电流表指针转动情况，随时间周期性变化。使学生经历科学探究的过程，掌握科学方法。通过VideoPhysics软件分析匀速转动手摇发电机时，电流表指针的运动图像，并进行拟合分析。使学生明确当匀速转动手摇发电机时，产生的是正弦式交变电流。通过电流表指针的转动反映电流变化情况，将力、电、磁三者进一步联系。【理论分析】1.从中性面开始计时，线圈转过的角度为?2.ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ?3.ab边转动的线速度大小v?4.ab边产生的感应电动势eab?1.整个线圈产生的感应电动势e?若线圈为n匝，e为？若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得i？即i？R两端的电压可记为e？1.ωt2.θ＝ωt3.v＝ωeq\f(Lad,2)4.eab＝BLabvsinθ＝eq\f(BSω,2)sinωt1.e＝2eab＝BSωsinωte＝nBSωsinωti＝eq\f(e,R＋r)＝eq\f(Em,R＋r)sinωti＝Imsinωtu＝Umsinωt学生在教师的引导之下，运用已有运动学、电磁感应、楞次定律知识和数学工具进行演绎推理，得出结论。培养学生推理预测能力。拓展延伸【材料展示】请描述你的感想与体会，与小组成员讨论。阅读材料，感受科技的力量。结合自己生活经验与同学们进行交流和讨论，并汇报。【STSE】【生活情境教学】展示白鹤滩水电站最新成果，从科技前沿、社会发展中发掘与课程内容相关的教学素材，引导学生关注科技与社会发展，为成为融入社会打下基础。同时白鹤滩水电站的投入使用，为我国绿色能源事业发展。提供强大动力。【教学反思】本节课从互动式发电自行车入手，感受能量间的转化为交流发电机的学习打下基础，同时滲透环保意识。在正弦式交变电流的引入上，教材是直接点出日常生活市电大小方向随时间按正弦变化。因此学生对正弦交流电缺乏感性认识，通过VideoPhysics软件分析记录匀速转动线圈时电流表指针的变化情况，针对指针轨迹分析，形成图像，使学生直观感受正弦式交变电流的变化