林書緣 姜虎軍

摘?要：在新課程理念下，以電容器的電容為例，基于教學(xué)背景的分析，構(gòu)建了以核心素養(yǎng)為標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：電容器;核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)探究

一、教學(xué)背景分析

（一）課程標(biāo)準(zhǔn)分析

1.課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)的要求

觀察常見電容器，了解電容器的電容，觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說明電容器的應(yīng)用。[1]

例查閱資料，了解電容器在照相機(jī)閃光燈電路中的作用。

2.核心素養(yǎng)分析

物理觀念：可以說出電容器的構(gòu)造，可以列舉生活中常見的電容器;觀察電容器的充放電過程;能描述容器的定義式及其物理意義。

科學(xué)思維：養(yǎng)成通過類比和比值定義法得到電容物理意義的思維能力。

科學(xué)探究：在定量探究電荷量和電勢差的關(guān)系時(shí)，運(yùn)用平分電量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生探究能力和歸納總結(jié)能力。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：培養(yǎng)追求真理的精神;通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

（二）教材分析

1.表層結(jié)構(gòu)

呈現(xiàn)方式。在本節(jié)課，教材按照“電容器的構(gòu)造——實(shí)驗(yàn)得到充放電過程中能量的轉(zhuǎn)化——引出電荷量Q與電勢差U的關(guān)系——電容的概念——類比水容器得出電容的物理意義”來編排，一步一步排列有序，聯(lián)系緊密，符合學(xué)生的思維邏輯結(jié)構(gòu)。

2.深層結(jié)構(gòu)

（1）內(nèi)容分析?！半娙萜鞯碾娙荨边x自人教版高中物理選修3-1第一章第八節(jié)。是學(xué)生們學(xué)習(xí)了“靜電場”之后的一節(jié)介紹電子元件的課程，該部分內(nèi)容是對(duì)靜電場知識(shí)的延伸，也是對(duì)靜電場知識(shí)的鞏固。教材編寫基于學(xué)生的思維發(fā)展為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生一步一步認(rèn)識(shí)電容器，了解生活中電容器的應(yīng)用，從而達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

（2）內(nèi)容結(jié)構(gòu)。本節(jié)內(nèi)容從電容器的構(gòu)造到了解電容器的工作原理，從而引出電容器的充放電過程，接著定量探究電荷量Q與電勢差U之間的關(guān)系，順利引出電容的概念，最后得出電容的物理意義。

（3）在物理知識(shí)體系中的地位。高中物理選修3-1第一章第八節(jié)《電容器的電容》主要是介紹電學(xué)元件的一節(jié)內(nèi)容。電容器可以儲(chǔ)存電荷，從而在兩極板之間產(chǎn)生靜電場。本節(jié)內(nèi)容是對(duì)靜電場基本內(nèi)容的靈活運(yùn)用。教材把本節(jié)內(nèi)容放在電場強(qiáng)度、電勢、電勢差等概念之后，既有助于學(xué)生對(duì)電容器的電容有更加深入的認(rèn)識(shí)，又能幫助學(xué)生鞏固之前所學(xué)的知識(shí)。[2]此外，本節(jié)知識(shí)又是后面學(xué)習(xí)LC振蕩電路的必備知識(shí)，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)交流電路和電子線路的基礎(chǔ)，起到了承上啟下的作用。

（三）學(xué)情分析

1.學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)

在本節(jié)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)掌握了電場力的性質(zhì)、電場能的性質(zhì)和電荷的定向移動(dòng)，同時(shí)也知道了電勢差和電荷量以及電場強(qiáng)度，也對(duì)比值定義法有一定的了解，這為學(xué)生學(xué)習(xí)電容器的理論知識(shí)奠定了基礎(chǔ)。

2.學(xué)生的心理特征

本節(jié)課面對(duì)的是高二的學(xué)生，他們已經(jīng)具備了一定的實(shí)驗(yàn)探究能力和分析總結(jié)能力，并且有自己的思維思考方式，可以自主的對(duì)一定的現(xiàn)象進(jìn)行整理、分析，并在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

3.學(xué)生的認(rèn)知障礙

電容器在生活中的應(yīng)用廣泛，但學(xué)生對(duì)電容器并不熟悉，理解起來比較抽象，尤其是對(duì)于充放電過程以及電容概念的理解。因此在教學(xué)中首先需要通過直觀的認(rèn)識(shí)讓學(xué)生了解電容器的構(gòu)造，接著通過直觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讓學(xué)生理解和接受新知識(shí)。

二、教學(xué)目標(biāo)

（一）物理觀念

（1）可以說出電容器的構(gòu)造，可以列舉生活中常見的電容器;

（2）觀察電容器的充放電過程;能描述容器的定義式及其物理意義。

（二）科學(xué)思維

養(yǎng)成通過類比和比值定義法得到電容的物理意義的思維能力。

（三）科學(xué)探究

在定量探究電荷量和電勢差的關(guān)系時(shí)，運(yùn)用平分電量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生探究能力和歸納總結(jié)能力。

（四）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

（1）培養(yǎng)追求真理的精神;

（2）通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

三、教學(xué)重、難點(diǎn)

（一）教學(xué)重點(diǎn)

（1）電容器的工作原理;

（2）電容概念的理解和電容定義式的得出。

（二）教學(xué)難點(diǎn)

（1）了解電容器充電過程和放電過程;（2）定量分析電容器電荷量與電勢差之間的關(guān)系。

四、教法與學(xué)法

（一）教學(xué)方法

1.講授法

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的總結(jié)，啟發(fā)學(xué)生思考電容器充放電過程的變化特征和能量轉(zhuǎn)換;在不知道如何測量電荷量時(shí)，教師更應(yīng)抓住機(jī)會(huì)啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思維上的碰撞，和之前的學(xué)習(xí)緊密聯(lián)系起來，學(xué)以致用，發(fā)揮教師主導(dǎo)作用。

2.實(shí)驗(yàn)法

學(xué)生對(duì)于電容器比較陌生，沒有一定的前概念，因此教師要用直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生思考，給予學(xué)生感性上的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;在定量探究電荷量Q與電勢差U的關(guān)系時(shí)，通過演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，幫助學(xué)生解決困惑。

3.演示法

通過演示實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，從直接感官和理性認(rèn)知上給予學(xué)生思考，對(duì)于學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容有很大的幫助。

（二）學(xué)法指導(dǎo)

本節(jié)課通過教師的指引熟悉生活中的電容器，從迅速建立前概念到接受新知形成新的知識(shí)體系，學(xué)生應(yīng)緊緊跟隨教師的腳步。在教師的指導(dǎo)和啟發(fā)下，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并進(jìn)行整理分析，得出結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維梳理的過程，在腦海中形成清晰的脈絡(luò)。

五、教學(xué)流程圖

六、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境 提供素材

如圖1，自制儀器“萊特瓶”，再通過摩擦起電方法給萊特瓶充電，使萊特瓶儲(chǔ)存電荷，讓學(xué)生上臺(tái)體驗(yàn)“觸電”的感覺。

師：為什么會(huì)有觸電的感覺呢？生：因?yàn)檫@個(gè)瓶子帶電。

師：這種現(xiàn)象是怎么發(fā)生的呢？讓我們帶著這個(gè)疑問共同來學(xué)習(xí)今天的內(nèi)容——電容器的電容。說起電容器可能大家都很陌生，沒有接觸過，但是這個(gè)元件在我們生活里經(jīng)常出現(xiàn)，很多家里的線路板中都有它的身影，譬如洗衣機(jī)線路板、遙控器、手機(jī)、電視機(jī)都有它的存在。

（二）分析素材 理解概念

1.了解電容器基本構(gòu)造

師：大家請(qǐng)看老師拆解的電容器，在這里面亮閃閃的是鋁箔，分為上下兩層，中間有很薄的塑料膜，像這種兩金屬板間隔有絕緣物質(zhì)的器件就是電容器。

2.了解電容器充放電過程

師：電容器，顧名思義是一種可以容納電荷的儀器。它有兩種工作狀態(tài)，一個(gè)是使電容器兩極板帶有電荷的過程，我們稱之為充電過程，它可以儲(chǔ)存電荷，另一種是使電容器兩極板電量中和的過程，我們稱之為放電過程，釋放電荷。那電容器是如何進(jìn)行充放電的？讓我們結(jié)合實(shí)驗(yàn)來了解。

師：如圖2，這是一個(gè)演示板，主要由電源、電容器、開關(guān)、發(fā)光二極管組成。當(dāng)電流從發(fā)光二極管正極流入時(shí)，會(huì)發(fā)光，反之則不發(fā)光。

3.演示實(shí)驗(yàn) 構(gòu)建新知

提出問題：首先是充電過程，請(qǐng)同學(xué)們注意觀察，當(dāng)閉合S1時(shí)，有什么現(xiàn)象發(fā)生？

生：紅色發(fā)光二極管閃亮后熄滅。

原因是：充電以后，和電源正極相連的極板失去電荷帶正電，和電源負(fù)極相連的極板得到電荷帶負(fù)電。在電路中，電荷的定向移動(dòng)形成電流，由于同性電荷的排斥作用，在最開始電流最大，之后緩慢減小到零。充電過程最終兩極板帶有等量異種電荷。我們把電容器充電后，任意一極板帶電量的絕對(duì)值叫電容器的電荷量，用Q表示;電容器兩極板間存在電場，就會(huì)產(chǎn)生電勢差，用U表示，最終等于電源電壓。斷開電鍵，充電過程結(jié)束。

師：在這個(gè)過程中，能量是怎么轉(zhuǎn)化的呢？生：電能轉(zhuǎn)化為電場能。

提出問題：接下來放電過程，我們來看看當(dāng)閉合S2時(shí)，有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？

生：綠色發(fā)光二極管閃亮后熄滅。

原因是：當(dāng)電容器兩端直接和導(dǎo)線相連時(shí)，帶負(fù)電極板上的電荷跑向帶正電的極板上跑去，使正負(fù)電荷中和掉，由于異性電荷吸引作用，使在放電過程最開始時(shí)候電流最大，之后緩慢減小至0。放電過程中兩極板帶電量逐漸減小所以放電過程實(shí)際是電荷中和過程。

師：在這個(gè)過程中，能量是由什么能轉(zhuǎn)化成什么能？ 生：電場能轉(zhuǎn)化為電能。

提出問題：電容器充電后的兩極板帶有電荷，同時(shí)存在電勢差。那電容器儲(chǔ)存的電荷量與電勢差之間有何關(guān)系呢？我們能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究這個(gè)關(guān)系呢？現(xiàn)在請(qǐng)小組間相互討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

啟發(fā)式提問：那我們應(yīng)該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？我們?nèi)绾螠y電容器電荷量呢？如圖3，講解電路圖;進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。記初始電量為“1”?“1/2”?“1/4”

師：我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在誤差允許的范圍內(nèi)，電荷量Q和電勢差U的比值一定?？茖W(xué)家們經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極間的電勢差U的比值是個(gè)常數(shù)，并把比值定義為電容器最基本的物理量——電容。用字母C來表示，表達(dá)式為C=Q/U。

師：對(duì)于不同電容器，定值不同，所以C的大小只與電容器本身有關(guān)，與Q和U無關(guān)。那我們能說電容C和電荷量Q成正比和電勢差成反比么？

生：不能，因?yàn)殡娙軨只取決于電容器本身。

師：對(duì)的，這個(gè)電容有什么物理意義呢？生：是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。

師：電容的單位是法拉，簡稱法，符號(hào)是F。如果一個(gè)電容器帶1C電量時(shí)，兩極板間電勢差為1V，這個(gè)電容器的電容就為1F。法拉的單位很大，所以生活中常用兩個(gè)比較小的單位，微法（uF）、皮法（pF）。1F=106μF=1012 nF

4.學(xué)以致用 鞏固提高

師：一開始老師做的實(shí)驗(yàn)中的觸電現(xiàn)象是如何實(shí)現(xiàn)的呢？生：是一個(gè)簡易版電容器。

師：沒錯(cuò)，老師在里面也添加了一層鋁箔，并加上中間的絕緣物質(zhì)——塑料，構(gòu)成了電容器，再利用摩擦起電的方式給電容器充電。正是因?yàn)殡娙萜骶哂袃?chǔ)存電荷的功能，所以我們剛才在觸摸小球時(shí)會(huì)有觸電的現(xiàn)象。

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了電容器的構(gòu)造以及充放電過程，還知道了電容的概念、物理意義以及定義式。

作業(yè)：查找資料，了解生活中還有哪些電容器的應(yīng)用;自制萊頓瓶，下節(jié)課進(jìn)行展示。

七、板書設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]劉健智，任佩璐.電容器的電容教學(xué)設(shè)計(jì)[J].湖南中學(xué)物理，2018（10）.

*通訊作者：姜虎軍。