提升高中学生核心素养的教学——以“电容器的电容”教学为例.pdf
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1、第2 0 卷总第1 1 5 期中学理科园地科学素养提升高中学生核心素养的教学以“电容器的电容”教学为例李文铃(福建省福安市第一中学)摘要:电荷看不见摸不着,导致关于电容器的充放电过程的研究显得异常抽象,学生只能在头脑中想象电容器的充放电过程,然后得到电容的概念,不利于电容概念的掌握。如何将抽象的过程显性化?让学生看得见摸得着?文章尝试从实验的角度对这个问题做个解答。基于2 0 1 7 版高中物理课程标准,以提升学生的科学探究为抓手,进一步推动学生的物理学科核心素养的达成,以“电容器的电容”的教学为例,说明如何将抽象的教学问题显性化。关键词:核心素养;探究式教学模式;解决问题1问题来源我国普通高
2、中教育是在义务教育的基础上进一步提高国民素质、面向大众的基础教育,为学生的终身发展奠定基础,进一步提升学生的综合素质,着力发展学生的核心素养,使其具有必备知识和关键能力,促成其全面而有个性地发展,最终落实立德树人的根本的任务!。本文以“电容器的电容”教学为例,讨论如何通过科学探究过程,帮助学生构建电容的物理观念,提高高中生的科学思维品质。本节课采用教师和学生一起探究的方式来获取相关数据。具体为师生共同设计实验步骤,教师演示,最终共同得出实验结论。科学探究能力包含四个要素:问题、证据、解释、交流。科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。要通过科学探究提高科学思维能力必须在这
3、八个方面上下功夫。目前,“电容器 的教学中存在许多假探究甚至不探究现象,学生难以形成科学的电容器概念,不理解其原理,为后续解决含容电路问题埋下隐患。目前电容器教学中采用的主要教学方式有:(1)部分课堂为了省事,直接给出电容器的概念,学生死记硬背,之后寄希望于通过不断的练习进行巩固,这种教学方式使学生的学习过程非常痛苦,而且概念的保留时间又不长,只要一段时间不学该知识,马上遗忘。(2)部分课堂忽略实验设计环节,直接呈现设计步骤,学生的学习过程缺乏主动性,实验结果只关注与探究假设一致的现象,不关注与探究假设矛盾的信息,使学生对电容概念的理解不透彻。(3)部分课堂在实验结束后缺乏解释、交流的机会,学
4、生学习没有通过讨论,对该概念的理解存在片面性,不够深人。23这些探究或者缺乏学生主动参与,或者缺乏知识的生成过程,或者缺乏对新知识的讨论交流,都是虚假的探究,不利于物理模型的构建。学生不仅提不起学习物理的兴趣,而且在练习或考试中面对新情境无法灵活运用所学知识,失分严重。那又如何做到真正的探究呢?2解决问题的理论依据新课程改革纲要指出,“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识能力、分析和解决问题能力以及交流与合作能力。2 ,探究式教学模式以问题解决为中心,注重学生的独立活动,着眼于学生思维能力的培养,
5、因此在课堂教学方式的变革中,科学探究素养的提升选用探究式教学模式是最契合的。3解决问题的范例以新人教版高二物理必修三第十章第四节“电容器的电容的教学为例,结合探究式理论,从生活中常见的用电器中拆出电容器,介绍此用电器即电容器出发,然后拆开其中一个电容器,让学生认识内部结构,引起学生学习电容器的兴趣。接着对电容器功能(能够充放电)进行实验探究,学生定性认识电容器。通过提问电容器容纳电荷本领如何描述,引出用传感器定量探究电容器的充放电过程,最后通过比对充电过程中电容和电压的比值或者是乘积,发现对同一个电容器而言,任何时刻电荷量与电压的比值是一个定值。深人认识电容器电容概念的由来。最后介绍电容器铭牌
6、上的数据以及其他类型的电容器,使学生全面认识该电学器材。整个过程注重发现问题,提出问题,收集证据,得出结论,讨论交流。注重提高学生的科学探究能力和科学思维能力。第一步:教师创设问题情境。依据学生先前的生活经验和类比思想创设生活实践情境,由此生成电容器的概念,体会物理来源于生活。将电荷的存储过程类比水的存储,学生易于接受抽象的概念。然后展示存储电荷的设备并当场拆解,学生感觉真实。接着引出电容的概念,学生容易接受电容器的概念,提升学生形象思维能力,为后续电容器概念的生成买下伏笔。展示电容器并拆解,如图1。拆开后逐一介绍内部组成部分并说明其作用:铝箔是金属板,油纸是电介质。接着进一步拓展电容器概念,
7、任何两个相距很近又彼此绝缘的导体,都第2 0 卷总第1 1 5 期可以看作电容器。在拆解和介绍的过程中,激发学生的好奇心,提升学生信息获取和加工的能力。63v1000NEGATIVEKMH63v1000NEA电容器甲图1 电容器及内部结构第二步:探究电容器充放电过程。引导学生将看不见的充放电过程转化为可观察的现象一一电流表指针的偏转,教师引导学生动手设计电容器充放电电路,然后由教师演示充放电过程,学生观察并描述所看到的现象。虽然没有动手实验,但通过这种方式,提升了学生的参与度,提高学生提出问题能力、设计实验解决问题的能力,同时降低思维难度,促进学生理解,提高学生学习兴趣。“装进”和“倒出”电荷
8、的过程存在电荷移动,引导学生得出使用电流表定性观察此过程的方案并让学生设计电路。将优秀的设计结果展示出来,如图2 和图3。中学理科园地充电电路器材导线开关电容电池甲图4 充电过程演示拆解开的电容器放电电路器材乙铝箔油纸铝箔丙科学素养充电过程20放电过程开关甲图5 放电过程演示整个过程由学生自已设计,自己动手实验,提高学生参与热情的同时提升学生的信息获取与加工的能力、逻辑推理与论证的能力、科学探究与构造的能力。第三步:运用新技术定量观察电容器充放电过程运用现代化技术手段,提升学生学习物理的体验感。利用电压、电流传感器观察电容器充放电过程,不仅可以拓展学生科学探究手段,而且可以使学生对充放电过程有
9、更加直观、定量的认识,提升学生科学探究品质。从而将学生的学习兴趣从对未知事物的好奇转换为对科学规律的探索的高度。为了实现定量测量电容器充放电过程,引导学生打破原有的常规操作,改进实验电路,引人新器材,实现测量目的。如图6 和图7。数据采集器电流传感器乙乙电学魔方组装的电路充电电路电压传感器电源图2 电容器充电过程电路图A电容器甲乙图6 借助传感器采集充电电流电容器充放电电路丙电容器电容连接电脑swr图3 电容器放电过程电路图邀请学生上台按照电路图连接实物进行充放电过程的实验,如图4 和图5。电流传感器图7 组装完整充放电电路电压传感器24I-t图像第2 0 卷总第1 1 5 期通过对设计电路和
10、器材的改进,提升学生批判性思维的能力。同时引导学生观察电压、电流随时间的变化规律。提高学生信息获取能力、逻辑推理与论证能力。借助这套器材,进行实验探究,展示所得图像,如图8。SW广数字化信息系统6.4220图8 充放电过程电流、电压随时间变化曲线第四步:进一步挖掘图像面积所包含信息,基于实验数据,得出电容的概念,提升学生科学探究能力。与学生共同经历数据收集过程,感受物理的研究过程,提升学生的科学态度与责任素养。由数据出发,引导学生思考如何进一步研究获得的数据并得出结论,让学生经历物理学家研究物理现象的过程,让学生知道物理研究并不高大上,而是就在身边,提高学生科学探究素养,建立电容的物理模型,提
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