余冬冬
摘 要:新課程改革要求各階段各學(xué)科教學(xué)均需致力于發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng),這也意味著教師的主要教學(xué)任務(wù)需放在學(xué)生的思維進(jìn)階之上.而要促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階,最有效的方式之一便是解決問(wèn)題.而基于物理又是一門應(yīng)當(dāng)注重實(shí)驗(yàn)的課程,故在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,教師可通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),并將解決問(wèn)題的主線貫穿其中,如此不僅有助于發(fā)展學(xué)生的關(guān)鍵能力,且能切實(shí)促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展.本文亦將以“電容器的電容”為例,嘗試對(duì)基于問(wèn)題解決的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)展開(kāi)探討.
關(guān)鍵詞:?jiǎn)栴}解決;物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1008-0333(2021)10-0086-02
開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),唯有符合學(xué)生的思維特征,方能讓學(xué)生真正感知到科學(xué)的發(fā)展過(guò)程,繼而也有助于發(fā)展學(xué)生思維.對(duì)此,教師在實(shí)際教學(xué)前需務(wù)必掌握上述要點(diǎn)來(lái)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體開(kāi)展提供參考,以此提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率及效果.
一、問(wèn)題的提出高中物理包含許多抽象性極強(qiáng)的概念,如“電容”便是其中之一.就實(shí)際教學(xué)而言,若僅是憑借人教版教材中對(duì)電容的定義來(lái)讓學(xué)生理解,勢(shì)必難以使其對(duì)電容概念產(chǎn)生正確理解.通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)能給學(xué)生提供如猜想、探究、設(shè)計(jì)以及問(wèn)題解決的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì),如此不僅能加深學(xué)生對(duì)電容概念的認(rèn)知深度,且能促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階,繼而讓學(xué)生之物理核心素養(yǎng)得到提升.至于具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì),教師可由電容器的特征入手,通過(guò)對(duì)電容器特征的展示,讓學(xué)生能從多角度探究到電容與各大影響因素之間的關(guān)系,包括電荷、電壓及平行板電容器電容等.如此在不斷解決問(wèn)題的過(guò)程中,學(xué)生的物理概念模型也將悄然成型.
二、實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)及設(shè)計(jì)評(píng)估
1.巧設(shè)演示實(shí)驗(yàn),探究電容器電荷量與電壓關(guān)系
針對(duì)電容器電荷量與電壓關(guān)系的探究,核心要點(diǎn)便在于掌握該如何去比較電容器的存儲(chǔ)電荷.解決了上述問(wèn)題,學(xué)生的認(rèn)知必將得到明顯提升.就以圖1所示之實(shí)驗(yàn)為例.就以下實(shí)驗(yàn)而言,因比之大時(shí)鐘,小時(shí)鐘不僅有著較小的耗電量,且頻率也相對(duì)較為穩(wěn)定,故在電容器充滿電的情況下對(duì)小時(shí)鐘放電,小時(shí)鐘秒鐘的走動(dòng)時(shí)間也會(huì)更長(zhǎng),這也同步使得電容器的放電時(shí)間得到了明顯延緩,學(xué)生觀察也將更為方便.不僅如此,基于小時(shí)鐘秒鐘每走一個(gè)所需電量幾乎沒(méi)有差異,故在同樣儲(chǔ)電量的電容下,秒針均會(huì)停留在同樣的位置,由此便可說(shuō)明電容器容納電荷的大小.接下來(lái)探究不同電壓下小時(shí)鐘的放電情況,此時(shí)教師可采用兩個(gè)規(guī)格不同的電容,且讓不同規(guī)格的電容處于不同電壓的狀態(tài),而后將小時(shí)鐘秒針?biāo)叩母駭?shù)記錄下來(lái).
U/V10000μF格數(shù)2200μF格數(shù)
1.0296
1.54510
2.06113
2.57617
當(dāng)然,實(shí)驗(yàn)過(guò)程教師也當(dāng)提出相應(yīng)的問(wèn)題,如基于上述兩組實(shí)驗(yàn),是否能由此總結(jié)出小時(shí)鐘秒針?biāo)吒駭?shù)的變化規(guī)律.又如,電壓與電容器存儲(chǔ)的電荷之間有著怎樣的關(guān)系呢?
學(xué)生:由上述實(shí)驗(yàn)可以知曉,電容器的存儲(chǔ)電荷量與電容器本身的充電電壓呈正相關(guān)的關(guān)系.
教師:那么從上述實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)所反饋出的數(shù)據(jù)上,你們能得到怎樣的規(guī)律呢?
學(xué)生:在不考慮誤差的情況下,若同樣規(guī)格電容器所對(duì)應(yīng)的電壓相同,則小時(shí)鐘秒針最終所走的格數(shù)也將保持一致.
學(xué)生:是否是電容器所帶電荷越多,小時(shí)鐘秒針也能走更多格數(shù)?雖然我們不能直接測(cè)量電容器的電荷量,但能否將之進(jìn)行轉(zhuǎn)化,比如一小時(shí)中秒針?biāo)叩母駭?shù)來(lái)計(jì)算?
基于上述實(shí)驗(yàn)通過(guò)總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們還能得知.電容器的 ΔQ/ΔU為定值.而在整個(gè)探究過(guò)程中,學(xué)生因自主解決問(wèn)題而會(huì)對(duì)此產(chǎn)生更加深刻的學(xué)習(xí)印象,加上教師在思維上的引導(dǎo),使得學(xué)生的思維層級(jí)也將上升一個(gè)檔次.
就上述實(shí)驗(yàn)而言,具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程需尤為關(guān)注以下幾點(diǎn):一是考慮到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性,在具體實(shí)驗(yàn)時(shí)需盡量選擇電容較大的,如此方能讓小時(shí)鐘走更多格,繼而提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性.二是電路的連接必須準(zhǔn)確,不能接反;三是不能使用太高的電源電壓,以免燒壞小時(shí)鐘.
2.巧用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn),用DIS精確探究電容器電荷量與電壓的關(guān)系
雖然,上述實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)變得直觀化,但電容器在不同電壓下存儲(chǔ)電荷多少的判斷只能通過(guò)比較的方式來(lái)獲得以及無(wú)法對(duì)電容器儲(chǔ)存電荷的具體量予以精確計(jì)算等.對(duì)此,教師便可考慮引進(jìn)現(xiàn)代化的設(shè)備,一來(lái)解決上述問(wèn)題,二來(lái)則能讓實(shí)驗(yàn)過(guò)程變得更加直觀,三來(lái)則能探知到更多上述實(shí)驗(yàn)所無(wú)法的呈現(xiàn)的.諸如以 Q=It來(lái)直接求解電荷量的多少、利用DIS電流傳感器記錄電容器放電時(shí)的I-t圖象而后結(jié)合圖象來(lái)計(jì)算電荷量等.
結(jié)合圖2(a)將電路連好,數(shù)據(jù)采集器的一端接入電流傳感器.此時(shí)的放電曲線如圖2(b)所示.據(jù)此:
教師:圖象中清楚的反饋出,電容器電流隨著時(shí)間的延長(zhǎng)在不斷的變小并最終趨近于0.同學(xué)們,你們是否能由此對(duì)電容器存儲(chǔ)的具體電荷量進(jìn)行判斷.
學(xué)生:可根據(jù)放電時(shí)間來(lái)加以判斷,若電流為零時(shí)間長(zhǎng)在代表電荷越多.反之則越少.
學(xué)生2:電荷越多說(shuō)明放電的最大電流越大,因此可以從電流的最大放電量入手加以判斷.
之后教師再重復(fù)同樣的實(shí)驗(yàn),電流大小可通過(guò)電流定義式I=Q/t來(lái)加以計(jì)算,先結(jié)合此前所學(xué)來(lái)求出電荷量Q.
學(xué)生:電荷多少可通過(guò)I-t圖象的面積好求得.
教師:很好,現(xiàn)在同學(xué)們自主開(kāi)展實(shí)驗(yàn),并將所得之實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下來(lái).
實(shí)驗(yàn)次數(shù)UQQ/U
13V0.02993C0.009979
26V0.05997C0.009995
39V0.08988C0.009987
412V0.11988C0.009990
對(duì)于上述過(guò)程,最核心的論點(diǎn)當(dāng)是圍繞電容器容納電容本領(lǐng)與那些因素相關(guān).而當(dāng)學(xué)生能基于精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出問(wèn)題答案時(shí),其思維品質(zhì)必將得到有效提升.
為防止出現(xiàn)較大波動(dòng)而影響技術(shù),故開(kāi)關(guān)的閉合必須快速完成.
通過(guò)加入電阻來(lái)使放電的時(shí)間延緩,這樣做的目的自然是為了讓誤差變小.至于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,不僅要讓學(xué)生對(duì)具體的方法有一個(gè)全面認(rèn)知,且需使其認(rèn)知到何種原因能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生.這將有助于提升學(xué)生求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神.
對(duì)于數(shù)據(jù)的具體處理,教師需首先對(duì)圖象的變化過(guò)程展開(kāi)分析,繼而讓學(xué)生對(duì)圖象面積的物理含義產(chǎn)生正確理解,以此方能讓學(xué)生的問(wèn)題分析與解決能力得到同步發(fā)展.
三、結(jié)論
總之,針對(duì)“電容器電容”的具體教學(xué)過(guò)程,教師將問(wèn)題作為主線,并以促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階為目標(biāo).目的不僅僅是要讓學(xué)生問(wèn)題思維得到有效鍛煉.更為重要的是,此教學(xué)方法將完全改變傳統(tǒng)以知識(shí)灌輸為主的教育方式,這樣的改變不僅更有助于提升學(xué)生的思維層次,且學(xué)生發(fā)現(xiàn)、思考、分析及解決問(wèn)題的能力也將得到良好發(fā)展,繼而在保證良好的教學(xué)效果和效率同時(shí)亦確保學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)能得到更好的發(fā)展.
參考文獻(xiàn):
[1]劉倩倩.有關(guān)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的思考[J].試題與研究:新課程論壇,2015(22):29.
[2]陳蒼鵬.基于問(wèn)題導(dǎo)學(xué)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].物理教師,2018(1):33-36.
[3]高祿.“問(wèn)題導(dǎo)引探究”模式下的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)——“探究加速度與力,質(zhì)量的關(guān)系”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2017:30-31.
[4]付淑芳,王景聚.問(wèn)題解決式大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].人力資源管理,2010(04):203-204.
[責(zé)任編輯:李 璟]