壹、利用生活化實驗教具,激發學生興趣,建立科學概念
電容器是學生從未接觸過的壹個新的電子元件。對學生來說電容器是壹個抽象的概念,缺乏必要的感性認識,難以建立起正確清晰的概念。如何讓學生快速的建立電容器的概念,了解它的結構和作用,是本節內容重點。
教學中利用了生活中常見的物品——易拉罐作為教具引出主題。提出問題:易拉罐作為盛裝液體的水容器,可以裝電嗎?激發學生的好奇心,提出各種猜想。然後對易拉罐的進行充電,再用靈敏電流計檢驗。當電流計指針偏轉時,證實易拉罐確實可以裝電,進而引出電容器的概念。為什麽易拉罐可以裝電呢?對易拉罐電容器進行大揭秘,讓學生了解電容器的基本結構,兩個相距靠近而又彼此絕緣的導體就可以組成壹個電容器。
該實驗裝置來源於生活,易於制作,實驗效果明顯,極大地激發了學生的學習興趣。著名物理教育家朱正無教授說過“壇壇罐罐當儀器,拼拼湊湊做實驗”,就是說在物理實驗教學中要大力倡導做簡單易行的替代性實驗。通過水容器和電容器的概念類比設計,使學生更容易理解電容器的概念,明確電容器的作用。最後再以“實物+圖片”的形式展示,豐富感性認識,促進理性認知的形成。
二、應用多元化實驗手段,培養學生實驗觀察能力
電容器的充電過過程和放電過程是電容器工作的主要形式,也是學生了解電容器的壹個載體。在易拉罐的演示實驗中,已經展現了電容器的充電和放電過程。但對學生來說這種感受是間接的。因此,教學中設計了學生實驗,讓學生親自體驗電容器的充、放電過程,並在實驗的過程中發現未知的現象和規律,培養學生的實驗觀察能力。
數字實驗能夠高頻率地采集實驗過程中的數據,監測動態實驗過程,這是傳統實驗無法實現的。實驗中采集了電容器在充、放電過程中的電壓和電流的實時數據,並通過圖像呈現了二者隨時間的變化曲線。數字傳感器實驗的應用,使充、放電的動態變化過程能夠清晰、完整、直觀地展現在大家面前,使學生對電容器的認識更加具體、更加豐富。
課堂中將學生分組實驗與數字演示實驗相結合,既有豐富的感性認識,又有精準高效的數據采集和處理,實現了從定性感知到定量分析、驗證的學習過程,在知識鞏固中又進行了深入挖掘。
三、整合思維實驗設計實驗方案,促進科學探究
對另壹電容器采用220V電壓進行充電,導線短接後伴隨著“啪”的壹聲看到明亮的火花放電。對比與易拉罐電容器的放電現象,說明電容器的儲電本領不同。那麽,如何比較電容器的儲電本領呢?通過前邊的實驗和理論分析,學生已經掌握了電容器的電荷量、極板間的電勢差,這些基本概念。整合以上內容,可以得出以下幾點結論:
1.電容器極板所帶電荷量越多,放電現象越明顯;
2.電容器充電完成後,極板間電勢差與電源電壓相等。
3.電容器的電荷量與極板間的電勢差有關,同壹電容器極板間電勢差越大(即充電電壓越大),極板所帶電荷量越多。
基於以上結論,對如何描述電容器的儲電能力提出猜想:用電荷量?還是用電壓?若采用電荷量作為描述電容器本領的參量,在不同充電電壓下,電容器所帶電荷量不同。並且電容器電壓不能無限增大,超過某壹極限值,電容器將會被損壞,這壹極限值稱為擊穿電壓。那能否通過比較充電電壓來比較電容器的儲電本領呢。提出疑問:在相同的電壓下,不同的電容器儲存的電荷壹樣多嗎?通過實驗進行探究壹任務活動(學生實驗)。學生已經有了第壹次實驗的經驗,很快就能夠對不同的電容器進行測量,通過觀察比較得出結論。不同的電容器在相同的充電電壓下,所帶電荷量並不相同。因此,不能單壹地用電荷量或電勢差來表示電容器的儲電本領。但是,電容器的電荷量與電勢差存在著正相關的關系,能否通過定量探究電荷量與電勢差的關系來找到突破口呢?(探究任務二演示實驗)類比於庫侖扭秤實驗中電荷平均分配的思想,將所學的科學方法進行遷移,應用到新內容的學習探究上,既鞏固了原來的知識,又做到了突破和創新。采用這壹方法成功地解決了電荷量難以測量的問題,較為精準地得到了電荷量與電勢差的定量關系。進而引出電容器電容的概念。該過程實驗對操作及室內環境要求較高:室內空氣應盡量幹燥,實驗中需采用完全相同的電容器,實驗過程需迅速連貫,避免時間太長電容器電極漏電、放電,導致實驗數據誤差較大。
四、回歸生活、聯系實際,培養創新意識
電容器在各種電子儀器中都有廣泛地應用,但是學生對電容器並不熟悉,因為他們很少打開電器觀察其中的元件。在學生認識、學習了電容器的知識後,接著展示電容器在生活中的應用。例如電源適配器、手機觸摸屏、計算機主板、家用電器內部構造以及電動汽車的超級電容器。讓學生觀察廢舊電器的電路板,尋找裏面的電容器。通過這樣的活動,學生會發現幾乎所有的電子儀器和用電器內部都有電容器的身影。對物理概念、規律的學習,如果只停留在分析、記憶的層面,學生理解起來會感到比較枯燥,必須到生活中去,才能將知識學活、用活。最後課堂結束的作業布置,除了完成課本上相應知識練習,還要求學生利用身邊常見的生活物品自己動手制作電容器。做到學以致用,物理來源於生活,又歸於生活。
五、總結
在物理教學過程中,實驗能夠不斷激發學生對於物理的學習興趣,加深學生對於抽象概念的理解,因此實驗教學在物理課堂中具有不可替代的作用。對於教師來說,要上好壹堂以實驗為基礎的物理課,需要教師課前付出大量精力準備,包括教具的準備,實驗設計,實驗調試,以及實驗與課堂的銜接和融合,這些都需要教師在課前反復試驗、推敲琢磨。物理實驗教學考驗的不僅僅是教師的實驗動手能力以及學科專業知識,教師的應變能力、創新能力等綜合素質也在物理實驗教學中不斷地得到提高。在不斷的實驗教學過程中,逐漸地實現了教育中的教學相長。