基于深度學(xué)習的高中物理教學(xué)活動設(shè)計研究

《普通高中物理課程標準》中指出，高中物理教學(xué)必須以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標，將培養(yǎng)學(xué)生的“物理觀念”“科學(xué)思維”以及“科學(xué)探究精神”等作為教學(xué)的主要目標開展深度學(xué)習。深度學(xué)習必須要以深度理解為宗旨，以促進學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為指引，從深度理解、批判性思維以及知識遷移等深度學(xué)習目標出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂研習活動中，使學(xué)生能夠全身心投入到高中物理學(xué)習中。本文以高中物理教材必修三中“電容器的電容”一課的教學(xué)活動設(shè)計為例，通過研究基于深度學(xué)習的高中物理教學(xué)活動設(shè)計，推動高中物理教育質(zhì)量的提升，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

一、“電容器的電容”一課的教材內(nèi)容分析

“電容器的電容”一課是高中物理教材必修三第十章節(jié)中的主要內(nèi)容，是“靜電場中的能量”理論知識的實踐應(yīng)用教育課程，也是學(xué)生學(xué)習“交流電路”章節(jié)中的“電感和電容對交流電流的影響”一節(jié)，以及“電子線路”章節(jié)中的“電磁振蕩”一節(jié)的預(yù)備知識，在高中物理必修三教材中具有承上啟下的作用?！半娙萜鞯碾娙荨币徽n的主要教學(xué)任務(wù)是引領(lǐng)學(xué)生觀察常用的電容器，認識電容器的電容量，觀察電容器的充放電現(xiàn)象，并舉例說明電容器在日常生活之中的應(yīng)用。

“電容器的電容”一課的教學(xué)重難點在于：了解電容器的充放電過程；通過實驗建構(gòu)電容的概念。這一課的教學(xué)目標是：觀測常用的電容器結(jié)構(gòu)并了解電容器的工作原理；通過充放電實驗認識電容器的工作原理；探討電容器存儲的電荷量與兩極板間電壓的關(guān)系；認識電容的概念；認識影響平行板電容器電容量的因素等。

二、“電容器的電容”一課的教學(xué)任務(wù)

首先，讓學(xué)生了解電容器的概念、作用、原理及其在電路中的重要地位。直觀展示電容器的結(jié)構(gòu)，認識電容器，通過“觸電實驗”及“電火花實驗”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，通過“充放電實驗”展現(xiàn)電容器的充放電過程，促進學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的提升。

其次，設(shè)計“定性實驗”，讓學(xué)生清楚研究目標，提出猜想。然后，學(xué)生通過實驗證明自己的猜想并利用“電荷量等分原理”求出電容器在不同電壓之下的電荷，以鍛煉學(xué)生的科學(xué)推理能力。教師引導(dǎo)、幫助學(xué)生通過實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，從而得出結(jié)論。

再次，進一步認識平行板電容器的電容量與哪些因素有關(guān)，熟練掌握控制變量法的使用，并通過數(shù)字電容表和數(shù)字萬用表設(shè)計研究性實驗，提升課堂效率，使實驗分析的過程更加科學(xué)。以此培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和解決問題的能力。

最后，建議學(xué)生查看資料，了解電容器的相關(guān)知識，并自己動手創(chuàng)作簡易的電容器。以此提高學(xué)生的動手能力，增進學(xué)生對于物理概念的認知。

三、深度學(xué)習的高中物理教學(xué)活動設(shè)計過程

（一）創(chuàng)設(shè)實際情境，導(dǎo)入教學(xué)課程

情境創(chuàng)設(shè)：課前，引導(dǎo)學(xué)生觀察手電筒的閃光，并說明手電筒中有兩節(jié)電池，提出探究問題：兩節(jié)電池是不是手電筒閃光的主要原因？去掉電池，手電筒還能不能閃光？然后，教師將手電筒中的電池去掉，手電筒仍然能夠發(fā)光。以此，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，并導(dǎo)入課程內(nèi)容。

設(shè)計意圖：利用日常生活中常見的物體，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性及主動性。

（二）拆解手電筒，引導(dǎo)學(xué)生觀察電容器結(jié)構(gòu)

活動設(shè)計：教師對教學(xué)用到的手電筒進行拆解，展示手電筒閃光的核心器件，即手電筒的電容器。然后，讓學(xué)生自行對電容器進行拆解并觀察，引導(dǎo)學(xué)生仔細觀察并繪制電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并引出問題：電容器是如何容納及釋放電荷的？

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生自主動手，把電容器拆解，通過觀察電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從感性上認識電容器，激發(fā)學(xué)生的探究欲。

（三）觀察電容器充放電現(xiàn)象，了解電容器的工作原理

活動設(shè)計：教師演示電容器的充放電實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察電容器在充放電過程中，電流表、電壓表的變化情況，使學(xué)生深入理解有關(guān)電容器的知識，研究電容器在充放電過程中電荷的運動變化和能量的轉(zhuǎn)換，解讀電容器的工作原理。教師更新教材中的實驗方案，組織學(xué)生分組進行實驗，使學(xué)生對電容器充放電現(xiàn)象能更加直觀及深入地認識。對于記錄的實驗數(shù)據(jù)進行整理，并以圖形方式對電容器充放電過程中電流和電壓的變化情況進行表示。

設(shè)計意圖：演示實驗使學(xué)生了解實驗流程。學(xué)生設(shè)計實驗方案，并參與知識探究，直觀地認識電容器充放電過程中電流和電壓的變化，闡述電容器充放電過程中電流和電壓的變化規(guī)律等，從而培養(yǎng)高中學(xué)生的團結(jié)協(xié)作能力、觀察能力、實踐操作能力以及數(shù)據(jù)分析處理能力。

（四）通過實驗建構(gòu)電容的概念

活動設(shè)計：學(xué)生在實驗中發(fā)現(xiàn)：電容器兩極板之間的電壓增大時，電流傳感器的示數(shù)不為0，這表示電容器極板電荷量也在增大，所以不能用電荷量來描述電容器儲存電荷的特征。教師設(shè)疑：電容器所帶電荷量和極板間電壓是否存在某種定量關(guān)系，并引領(lǐng)學(xué)生探究這個問題。

教師通過實驗向?qū)W生展示：增大或者減小阻值時，電流傳感器都會顯示電流，并且電流的方向會發(fā)生變化。教師可以借助實驗得出結(jié)論：電容器兩端所加電壓越高，其極板所帶電荷量就越多，電容器兩端所加電壓越低，其極板所帶電荷量就越少。學(xué)生對實驗所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行記錄處理，得出電容器儲存的電荷量與兩板間電壓的關(guān)系。

設(shè)計意圖：通過改進實驗，給予學(xué)生直觀的視覺沖擊，使學(xué)生能夠通過物理實驗，更加深刻地認識到電容器電壓與電荷量之間的關(guān)系，并利用實驗中得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，得出電容器儲存的電荷量與兩板間電壓的關(guān)系，從而認識到電荷量與電壓的比值可以用來表征電容器儲存電荷的特征。

（五）探究平行板電容器電容的決定因素

提出問題：平行板電容器是最簡單，也是最基本的電容器。幾乎所有電容器都是平行板電容器的變形。平行板電容器電容是由哪些因素決定的？

活動設(shè)計：教師先展示平行板電容器，讓學(xué)生觀察其結(jié)構(gòu)，并鼓勵學(xué)生大膽猜測影響平行板電容器電容大小的主要因素。教師引導(dǎo)學(xué)生使用鋁扣板自制正方形的簡易電容器，通過改變電容器的正對面積S、極板間距離d、電介質(zhì)的材料等，調(diào)整自制電容器的結(jié)構(gòu)和條件，并通過電容表測得電容的具體數(shù)值，探究電容器的電容與極板間距離、正對面積、電介質(zhì)材料等的定量關(guān)系。通過實驗數(shù)據(jù)的分析，歸納出電容器的決定式，對影響電容的因素進行分析。同時，教師將實驗測出的所有數(shù)據(jù)進行記錄，學(xué)生記錄實驗數(shù)據(jù)并作圖。此時，教師可以組織20名學(xué)生參加實驗，將學(xué)生排成兩排，模仿電容器的兩個極板，制作大型人體電容器，使學(xué)生體驗影響平行板電容器的因素，并引導(dǎo)學(xué)生充分思考，總結(jié)實驗結(jié)果，得出結(jié)論?；谏疃葘W(xué)習的高中物理教學(xué)，教師需要在課堂上利用實驗將學(xué)生的科學(xué)探究積極性充分調(diào)動起來，提高學(xué)生的參與度。

設(shè)計意圖：“電容器的電容”是高考的重要考點之一，涉及的知識點較多。本節(jié)課有兩大難點：一是電容器概念的講解，二是探究影響平行板電容器電容大小的決定因素。相較于物理教材中提供的圓形金屬板電容器，自制的簡易電容器更容易改變正對面積及電介質(zhì)材料，更方便學(xué)生掌握電容器正對面積的定量變化。教材中的實驗方案是利用靜電計間接反映電容的變化情況，本實驗對于實驗方案進行了改動，采用數(shù)字電容表表示電容的變化情況，更方便學(xué)生對電容變化情況進行記錄，便于學(xué)生對相關(guān)知識進行探究。

四、反思與建議

隨著深度學(xué)習教育理念的探究，“電容器的電容”一課在高中物理教學(xué)中越來越重要。本文通過研究基于深度學(xué)習的高中物理教學(xué)活動設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生了解電容器的充放電過程，并通過物理課堂實驗，深化其對于電容概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，提高學(xué)生的實踐能力。

綜上所述，研究基于深度學(xué)習的高中物理“電容器的電容”一課的教學(xué)活動設(shè)計，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的探究性思維及物理學(xué)科素養(yǎng)，而且有助于實現(xiàn)對高中學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（吳 瑩）