信息技术支持下的探究性教学案例——“电容器与电容”教学设计，本文主要内容关键词为：信息技术论文,电容器论文,支持下论文,教学设计论文,电容论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、教学内容分析
本节教学内容属教育部《普通高中物理课程标准（实验）》选修3-1模块内容，要求学生在掌握静电学知识的基础上认识一种新的电学元件——电容器，并抽象出元件工作的物理过程，探究影响平行板电容器电容大小的因素。这不仅是对前面所学静电学知识的综合应用，同时也为后面学习交流电路、电磁振荡等知识奠定基础。
二、学生学习心理特点分析
高中生已习惯于分析像电阻一类的线性元件，习惯于分析单纯的静态、动态过程，而作为非线性元件的电容器，它的充、放电过程既非单纯的静态过程，也非单纯的动态过程，而是一个暂态过程。电容器是高中生遇到的第1个非线性电学元件。由于高中生抽象思维能力水平不高，对电容器充、放电过程的分析就成为学习本节的难点，因为在分析这两个过程时，需要学生具备较高的概括及抽象思维能力。在学习平行板电容器时，需要学生猜想影响电容大小的因素，并设计实验验证。由于中学生好奇心强，对实验有着浓厚的兴趣，所以这一点作为本节的重点应当易于掌握，并能进一步激发学生学习物理的兴趣。
三、教学目标分析
以现代教育理念为指导，根据《普通高中物理课程标准》的要求，并综合上述“教学内容分析”和“学生学习心理特点分析”，确定如下3维教学目标。
1.知识与技能
(1)了解电容器的构造，能说出电容器在现代技术及生活中的应用；
(2)会运用静电学的知识分析电容器的充、放电过程；
(3)理解电容的概念及影响平行板电容器电容大小的因素，会运用平行板电容器的电容决定式判定某个过程中电容的变化；
(4)通过“平行板电容器电容大小影响因素”的实验操作，提高实验操作技能。
2.过程与方法
(1)能运用概括与抽象的思维方法抽象出电容器充、放电过程的规律；
(2)学习探究物理问题的“控制变量”的科学研究方法；
(3)在探究“平行板电容器电容大小的影响因素”过程中，进一步体会科学探究的学习方式。
3.情感态度与价值观
(1)通过列举电容器在现实生活中的应用实例，体会物理学与社会生活的紧密联系；
(2)通过“平行板电容器电容大小的影响因素”的探究过程，养成主动与他人合作的精神，体验探究过程的艰辛与喜悦。
四、教学媒体
带启动电容器的电动机演示实验器材，平行板电容器实验器材，废旧日光灯启辉器上的电容器若干，常用电容器若干，“朗威”微机辅助高级中学物理实验系统，多媒体教学系统，教科书。
五、教学过程
1.引入新课
【教学事件1】教师演示带启动电容器的电动机在有无“启动电容器”的两种情况下的工作状态。学生通过观察实验现象，初步体会电容器的重要作用。教师接着介绍在照相机的闪光灯、日光灯的启辉器、电风扇、波轮式洗衣机、收音机及计算机中都有电容器的应用，再利用多媒体投影仪投放各种不同电容器的图片，说明电容器是一种应用十分广泛的电学元件。
【教学设计说明】在引入新课时，通过演示“启动电容器”在电动机中的重要作用，使学生先形成对电容器作用的感性认识，然后通过介绍电容器在日常生活中的广泛应用及展示有关的电容器图片，使学生的注意力集中到课堂上来，慢慢融入课堂教学环境。所举实例也体现出了“从生活走向物理”的新课程理念。
2.介绍电容器的构成，分析充、放电过程【教学事件2】让学生解剖废旧日光灯启辉器上的电容器，观察电容器的内部构造。师生共同概括出电容器的结构。
【教学事件3】教师提出问题：如果把电容器的两极板分别和电源的正负极相连通，会发生怎样的物理过程？学生自己思考或与其他学生讨论。
图1
【教学事件4】教师利用“朗威”微机辅助高级中学物理实验系统组装成电路（图1），然后演示电容器的充、放电过程，得到此过程的电势差—时间图线（图2）。学生观察计算机的作图过程。教师引导学生根据图线从电势差、电荷、能量转化的角度分析这两个物理过程。
学生分析充、放电过程，了解此过程中的电势差、电荷、能量的变化情况。
【教学设计说明】鉴于中学生抽象思维能力不强，所以利用“朗威”微机辅助高级中学物理实验系统得出此物理过程中的相关图线，便于学生分析，同时也体现了现代信息技术与物理教学的有机整合。
3.由演示实验探讨电容的概念
【教学事件5】教师提出问题：由充、放电过程的分析知道，充电后的两极板间产生一个电势差U，两极板分别带上了±Q的电荷，那么U、Q之间有什么关系呢？学生讨论或思考后发表自己的观点。
【教学事件6】教师对学生的观点稍加总结后进行U、Q之间关系的演示实验（器材：韦氏感应起电机，静电计，平行板电容器，导线若干），验证学生的观点。师生共同得到结论：一个电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比。教师进一步说明：同一电容器，比值
为一常数，对于不同电容器，这个比值一般不同，即这个比值表征了电容器存储电荷本领的特性。
图2
【教学设计说明】由于电容概念的抽象性，所以在此按照科学探究的原则引入一个演示实验先得到U、Q之间的关系，为下面介绍电容的概念做铺垫。在演示实验前，教师应向学生简要介绍并演示韦氏感应起电机、静电计在此实验中的作用。这个演示实验不仅为引入电容的概念做铺垫，同时也为后面探究“平行板电容器电容大小的影响因素”的实验奠定基础。
【教学事件7】教师进一步提问：对于“水容器”我们可以用容积来表征其容纳水的本领大小，那么我们如何来表征电容器储存电荷的能力呢？结合密度、电场强度、电势的“比值定义法”及上述演示实验的结论，引导学生想到用比值来表征。
【教学事件8】教师向学生介绍电容的定义式，并运用多媒体以不同横截面积的容器装水的情况来类比电容的大小；以电阻与电容进行类比，说明电容器的电容由其本身决定，与U、Q无关。学生加深对电容概念的理解。
【教学设计说明】将抽象的物理量用直观形象的事物及已学的公式来类比，不仅有利于学生的掌握，同时也让学生学会学习，体现出物理教学不仅仅是传授知识和技能，更重要的是渗透方法的功能。
【教学事件9】教师向学生介绍电容的单位法拉(F)并提出问题：你知道1F有多大吗？学生只能从
得到答案。教师以孤立导体为例进行说明：孤立导体也有电容，如果其电容达到1F，则其半径将比地球的半径还要大。由于法拉(F)这个单位太大，教师接着介绍微法(μF)及皮法(pF)这两个单位及其与法拉(F)之间的关系。
【教学设计说明】电容概念的抽象性会导致学生对其单位的认识停留在肤浅的层次，而通过教师所举的1F的例子，可以使学生“体会”“法拉之大”，在令学生惊奇的结果中增强对法拉(F)这一单位的感性认识。
4.引导学生提出问题，开启探究之门
【教学事件10】教师提出问题：在收音机的电路板中，我们需要不同电容值的电容器，通过控制什么因素，才可以获得不同电容值的电容器呢？教师进一步提出：几乎所有的电容器都是平行板电容器的变形，所以我们以平行板电容器为例进行研究。
【教学事件11】学生由教师的引导形成科学探究的课题：平行板电容器的电容大小取决于哪些因素？这些因素改变时电容将如何变化？
【教学设计说明】学生是科学探究活动的主体，所以作为探究的开端，问题的提出不是由教师完成，而是在教师的引导下，学生由生活实际抽象出探究的问题，充分体现出“教师为主导，学生为主体”的理念。
5.猜想与假设
【教学事件12】学生观察平行板电容器、收音机上的空气介质可变电容器、云母介质可变电容器、陶瓷介质半可变电容器的实物或图片。然后根据提出的问题，猜想影响平行板电容器电容大小的因素，并发表白己的意见，也可以对某一因素在学生间讨论。
【教学事件13】教师认真倾听学生的猜想与假设，对学生的猜想与假设进行适当总结。然后提出自己在分析这个问题时的出发点，即基于已有的知识、经验进行猜想和假设。
【教学事件14】学生根据自己原来的猜想及教师的引导，最终形成自己科学的猜想与假设。
【教学设计说明】猜想与假设是科学探究的核心环节。在学生对问题的猜想过程中，教师应尽量减少对学生猜想与假设的干扰，并鼓励学生依据已有的知识进行大胆的猜想。学生完成猜想与假设后，教师再引导学生依据已有的知识、经验及科学性原则对猜想与假设进行评价、梳理和总结。
6.设计实验方案
【教学事件15】学生以小组为单位，先汇总小组内的猜想结果，确定实验目标，然后设计“影响平行板电容器电容大小的因素”的实验方案。
【教学事件16】各小组选1位学生汇报本组内针对什么因素设计了怎样的实验方案。教师与学生共同讨论方案的科学性、可行性。
【教学事件17】教师向学生提供一定的实验参考资料，如“怎样做好静电学实验？”“控制变量法”等。参考资料可以打印成书面材料，课前发给各实验小组。学生根据教师提供的资料及指导改进、完善自己的实验方案。
【教学设计说明】设计实验方案是探究过程的重要环节之一。教师应尊重学生设计出的每一个实验方案，引导学生对方案进行改进，而不能随意否定学生提出的实验方案；应鼓励学生大胆实践自己的实验方案，课堂上不能满足条件的，可在课下为学生创造实验条件完成。
7.进行实验与收集证据
【教学事件18】教师向学生提供实验器材（包括：平行板电容器、韦氏感应起电机、静电计、有机玻璃棒、丝绸、有机玻璃板、导线等）。学生根据实验方案设计实验表格，分组进行实验，观察、记录实验现象。教师巡查各组实验情况，对学生遇到的问题予以启发式指导。例如，怎样才能使静电计指针张角的变化更明显？引导学生得出有效的解决办法（实验前先使静电计带上一部分电荷，使指针先有一定大小的张角，然后再进行实验）。
【教学设计说明】将演示实验改成学生探究实验，通过学生动手操作，增强对这一重点知识的感性认识。由于静电学实验有一定的难度，为保证实验成功，教师在课前应对实验仪器进行擦拭、涂蜡，保持绝缘部分的清洁、干燥。
8.分析论证与交流合作
【教学事件19】教师待学生基本完成实验后，指导学生对实验结果、记录表格进行分析处理，得出电容与各因素变化之间的关系。
【教学事件20】教师组织相邻小组间进行交流合作。相邻小组间相互对照针对同一因素实验验证的结果是否一致，并相互交流讨论在实验中遇到的问题。
【教学事件21】每个实验小组选1位代表汇报实验结果。教师对实验结果进行概括总结：平行板电容器的电容随极板正对面积的增大而增大，随极板间距离的增大而减小，加入电介质后电容增大，反之减小。
【教学事件22】教师给出由理论分析得到的平行板电容器电容的表达式，验证实验结论完全符合理论表达式。
【教学设计说明】“分析论证与交流合作”也是科学探究的重要环节之一。通过经历此过程，学生在交流合作中完成对重点知识的建构，同时品味成功的喜悦，进一步增强探究物理世界的欲望。
9.常用电容器简介
【教学事件23】教师向学生简要介绍常用电容器及击穿电压、工作电压的概念。学生观察各种不同的电容器实物，了解常用电容器外壳上标注的电压、电容值的含义。
10.巩固练习
【教学事件24】教师利用多媒体投影或课前以书面试题形式给出本节练习。
【教学事件25】学生练习，完成后汇报练习结果。教师根据学生练习情况给出评价，对存在的问题予以讲解。
11.课堂小结
【教学事件26】教师引导，由学生从以下3个方面进行总结：
(1)这节课学到了哪些知识？这些知识间有何联系？
(2)这节课学到了哪些物理研究方法？在本节探究问题时是如何应用这些方法的？
(3)自己对科学探究有什么新的认识和理解？通过本节课的探究过程，自己获得了什么？
【教学设计说明】课堂总结不拘泥于教材内容，也不局限于教师总结的形式，而是以学生为主体来完成。通过学生对知识和技能的总结，理清本节的知识结构；通过对方法、过程的回顾与思考，提升分析、解决物理问题的能力。
12.课后拓展
【教学事件27】让学生在课后完成以下作业：
(1)认真阅读本节内容，完成课后习题；
(2)搜集资料撰写小论文：“电容器在日常生活中的应用”或“电容器击穿原理与保险丝熔断原理的探讨”等。
【教学设计说明】课后拓展的内容有利于学生对课堂所学内容的理解与巩固，同时还有利于拓宽学生知识面，增加对科学探究的乐趣。