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      基于核心素養(yǎng)發(fā)展的物理概念教學改進

      2020-02-10 03:57李寶才田成良馮波
      中學物理·高中 2020年1期
      關(guān)鍵詞:核心素養(yǎng)

      李寶才 田成良 馮波

      摘?要:2017版新課標頒布了學科核心素養(yǎng),倡導學科育人,教師應(yīng)注重培養(yǎng)學生的能力和品格.概念是物理學的基石,它能深刻地反映事物的共同特征和本質(zhì)屬性;在概念教學中,教師常把重點放在知識的傳授上,強化教學的結(jié)果,忽視了概念建立的過程,如何在概念教學中落實核心素養(yǎng)是廣大物理教師必須面對的問題.

      關(guān)鍵詞:優(yōu)化過程;建立概念;核心素養(yǎng)

      文章編號:1008-4134(2020)01-0051?中圖分類號:G633.7?文獻標識碼:B

      作者簡介:

      李寶才(1975-),男,河北唐山人,本科,中學高級教師,研究方向:高中物理學科教學;

      田成良(1974-),男,山東泗水人,本科,中學高級教師,物理特級教師,碩士生導師,研究方向:物理過程教學、物理科學方法教育、課堂教學藝術(shù)等;

      馮波(1965-),男,湖南郴州人,本科,中學高級教師,北京市特級教師,研究方向:中學物理課堂教學.

      對于物理概念的教學,過去多把側(cè)重點放在知識的傳授上,強調(diào)的是講清概念的內(nèi)涵、外延以及與相關(guān)概念的聯(lián)系與區(qū)別.至于對概念的來龍去脈,對它形成與發(fā)展的過程,則輕描淡寫,甚至一筆帶過.這種“斬頭去尾燒中間”的做法,強化了教學的結(jié)果,而忽視了教學的過程,其結(jié)果不僅減弱了概念教學本身,而且也有礙于學生能力的培養(yǎng).

      在新課改理念的指導下,筆者探索優(yōu)化建立概念的過程,并在概念建立的過程中落實學科核心素養(yǎng).本文以“電容器的電容”為例進行教學設(shè)計.

      1?經(jīng)歷電容器發(fā)明的過程

      教師出示一個盛水的塑料杯(內(nèi)外壁附有錫箔紙,如圖1所示),問學生:“這個杯子能裝水,它能否裝電呢?”學生搖頭,表示不信,教師用起電機給杯子充電,然后找三名同學手牽手,讓其中一同學的手分別觸摸杯子的內(nèi)、外壁,三名同學被電得大叫,其他同學發(fā)出驚訝的聲音,這個杯子為什么能裝電呢?教師進一步展示杯子的結(jié)構(gòu),其實塑料杯、錫箔紙組合成了一個新的元件——電容器.它具有儲存電荷的本領(lǐng),我們稱之為電容器——電荷容納的儀器(類似水杯——容納水的容器),然后用多媒體動畫解釋電容器儲電荷的原理.

      最早的電容器,又稱為萊頓瓶,它是1746年,荷蘭萊頓大學的教授馬森布羅克在做電學實驗時無意中發(fā)明的,這種裝置可把電儲存起來.原始的萊頓瓶是一個玻璃瓶,瓶里瓶外分別貼有錫箔,瓶里的錫箔通過金屬鏈跟金屬棒連接,棒的上端是一個金屬球,這就構(gòu)成以瓶子玻璃為電介質(zhì)的電容器.后來研究發(fā)現(xiàn),只要把“雙層金屬膜(鋁箔)+絕緣體(塑料)”組合即可將電荷存儲起來,其模型簡化為“兩個金屬板+電介質(zhì)”,從而完成模型建構(gòu)的過程.最后出示電路中常用電容器,并認識其結(jié)構(gòu)(如圖2).認識了電容器后,讓學生現(xiàn)場制作:將兩張烤箱用的錫箔紙中間夾上一層保鮮膜,用熨斗熨平,緊密壓在一起,并利用靜電起電機的萊頓瓶讓學生親身體驗電容器的充放電過程.

      評析?本環(huán)節(jié)通過學生活動,親身體驗“觸電”,從問題的起點開始,帶領(lǐng)學生經(jīng)歷電容器發(fā)明的過程,并利用物理學史認識電容器的結(jié)構(gòu),了解萊頓瓶的發(fā)明過程,感悟前人敢于攀登科學高峰的精神,滲透了科學精神.通過制作電容器,親身體驗,學生非常有成就感,不僅對電容器結(jié)構(gòu)和作用有了更深刻的認識,還會對這個神奇的電容器產(chǎn)生探究的欲望.

      2?認識電容器的作用

      首先設(shè)計學生活動,讓電容器與電源相連,充電后將兩極板短路,產(chǎn)生放電火花.在實驗中,讓學生感知電容器能夠容納和釋放電荷,同時定性感知電壓不同存儲的電荷量也不同,為后面的學生分組探究實驗做鋪墊.

      然后用電源對同一電容器充電、放電,如圖3所示,注意觀察電流計指針偏轉(zhuǎn)的方向、偏角的大小及燈泡亮度變化,感受電容器充電和放電過程,體會電容器的功能.并讓學生在電容器充放電的過程中,解釋Q、U、E以及電場能的變化情況.利用理論分析,在電容充放電的過程中建立能量的觀念.

      評析?在認識了電容器的結(jié)構(gòu)后,利用學生活動親身體驗電容器充、放電的過程,觀察實驗現(xiàn)象,激發(fā)了學習興趣,體驗到電容器的神奇功能,認識了其功能和價值,為后面建立電容的定義奠定了基礎(chǔ).

      3?探究電容器容納電荷量與電勢差的關(guān)系

      通過前面的電容器充、放電實驗,我們發(fā)現(xiàn)用不同的電源給同一個電容器充電,電容器所帶的電荷量并不同.

      師:你認為電容器容納電荷量的多少與什么因素有關(guān)?

      生:電勢差.

      師:為研究同一個電容器容納電荷的多少,我們?nèi)绾卧O(shè)計實驗?zāi)兀?/p>

      生:控制電容器不變,改變電勢差的大小.

      師:如何定量測量電勢差和電荷量呢?

      生:電勢差可用電壓表測量,電荷量怎樣測量?

      師:電勢差容易測量,電荷量雖不易定量測量,能否間接測量呢?

      生:利用Q與I、t的關(guān)系,理論上可以實現(xiàn).

      師:通過i-t圖像如何能知道電荷量呢(如圖4所示)?

      生:面積.

      師:為什么???你們是怎么想的呢?

      生:我們之前學過v-t圖像的面積表示位移.根據(jù)公式Q=it,所以這個面積應(yīng)該是電荷量.

      師:同學們太棒了!能夠遷移,學會了類比.這就是學習的基本方法.由于圖像直觀,高中階段處理數(shù)據(jù)最常用的方法就是圖像法.

      評析?以上環(huán)節(jié),首先明確主題,有利于開展探究實驗,并在設(shè)計過程中,利用控制變量和極限思想進行科學方法教育,發(fā)展了學生的科學思維.利用圖像解決電荷量測量問題,培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力,發(fā)展了學生的核心素養(yǎng).

      3.1?技術(shù)輔助,創(chuàng)設(shè)問題情境

      如圖5所示,利用DIS實驗測繪出電容器的充放電i-t圖像.各組同學分別用不同規(guī)格的電容器,探究同一電容器在不同電壓下的充放電i-t圖像.

      介紹先進實驗儀器——電流傳感器,如圖5所示.測定充放電電流-時間圖像(i-t圖像)借助計算機畫圖,如圖6所示,可以得出什么結(jié)論?

      3.2?抽象加工?建立電容概念

      實驗結(jié)束后,引導學生分析論證,思考:

      (1)從圖像中你能觀察到什么?

      (2)電流變化的特點是什么?說明了什么?

      (3)i-t圖象下面所圍成的“面積”表示什么?

      生:同一個電容器,Q與U成正比,Q與U的比值不變,也就是圖像中的斜率不變.

      師:不同小組用同樣的方法測出了另外兩個電容器的Q-U圖像,對比三個圖像,請同學們觀察并思考,有什么發(fā)現(xiàn)? 在不同的電容器放電的過程中,我們看到了什么現(xiàn)象?

      生:燈泡亮的時間不一樣,有的持續(xù)時間長,有的很短.

      生:同一個電容器Q與U成正比,Q/U的比值不變.不同的電容器Q與U的比值不同.

      師:以上現(xiàn)象說明了什么?Q/U意味著什么?有怎樣的實際物理意義?

      生:有的電容器帶的電荷量多,有的少.

      引導學生共同歸納,Q/U的比值不變在物理學當中有特殊意義,它表示不同電容器的特性不同,為了認識不同電容器帶電的本領(lǐng)不同,為了描述不同電容器的Q/U不同,我們把Q/U的比值定義為一個新的物理量——電容,它表示電容器帶電的本領(lǐng),即比值大表示容納電荷本領(lǐng)大,反之本領(lǐng)小.

      評析?本環(huán)節(jié),利用信息技術(shù)手段,測量了實驗數(shù)據(jù)和圖像,創(chuàng)設(shè)了不同電容器有不同的圖像(斜率)的情境,引導學生分析圖像,總結(jié)結(jié)論,建立概念,整個過程始終體現(xiàn)學生主體,自主建構(gòu)知識,不僅培養(yǎng)了探究能力,還發(fā)展了科學思維,認識了電容的本質(zhì).

      3.3?利用變式?鞏固深化概念

      建立了電容的定義后,為使學生真正掌握其物理意義,可以利用以下問題,進行變式訓練.用不同的電壓給電容器充電,電容大小變化嗎?電容的大小與Q、U有關(guān)嗎?學生已經(jīng)懂得,R=U/I,但與U、I無關(guān);Φ=EP/q,與EP 、q無關(guān)……,所以利用學生已經(jīng)掌握的知識,進行遷移,有利于突破難點.

      通過前面的實驗,引導學生認識到不同電容器帶電的本領(lǐng)不同,就像不同的水杯裝水的本領(lǐng)不同,不同的物質(zhì)吸熱本領(lǐng)不同.電容器容納電荷的本領(lǐng)不同,這個不同僅由電容器本身決定,與外界的電壓和和電荷量無關(guān).最后讓學生回顧,利用比值定義建立概念的還有哪些物理量?共同總結(jié)電場強度、電勢、密度、壓強、加速度等概念,都用了類似的方法.

      評析?科學探究能夠培養(yǎng)學生設(shè)計方案的能力和獲取證據(jù)的能力,利用各種科技手段和方法收集信息、處理信息,解釋實驗結(jié)論和評估交流,在這個過程中,不僅發(fā)展了科學思維,還著重培養(yǎng)了學生對實驗數(shù)據(jù)的處理能力.經(jīng)過分析論證,從而得出斜率不變可能預(yù)示著某個特殊含義,進而得出電容的概念,這種建立概念的過程,更符合學生的認知規(guī)律,有利于學生突破學習難點.

      3.4?學以致用,培養(yǎng)實踐意識

      通過聯(lián)想電腦主板、小米音響功放、閃光燈、美的電飯鍋、海爾洗衣機、長虹液晶電視、格力變頻冰箱等等,讓學生認識到電容應(yīng)用廣泛,類型眾多,如圖8所示.最后,利用自制的安檢儀,現(xiàn)場檢測瓶裝水和瓶裝油,讓學生把一瓶液體放入箱子中,如圖9所示,教師都能很快地鑒別出是什么物質(zhì),學生發(fā)出驚訝的聲音.教師引導學生從電容的角度,思考其中奧妙,安檢儀就是一個大電容,放入液體,就是改變了電容器的電容.這個游戲不僅為后面學習影響電容大小的因素奠定了基礎(chǔ),還激發(fā)了學生的學習興趣.

      評析?通過電容器的實際應(yīng)用和發(fā)展,使學生體會到學習是有用的.教育的根本目的就是學以致用.新課程標準的理念是:在內(nèi)容上注重與生產(chǎn)生活、現(xiàn)代社會及科技發(fā)展的聯(lián)系,反映當代科學技術(shù)發(fā)展的重要成果和科學思想,同時關(guān)注物理學的技術(shù)應(yīng)用帶來的社會問題,培養(yǎng)學生的社會參與意識和社會責任感.

      參考文獻:

      [1]田成良.遵循知識形成過程 突破思維障礙[J].中學物理教學參考,2015(10):14-16.

      (收稿日期:2019-10-06)

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