基于深度學習的高中物理教學活動設計研究

《普通高中物理課程標準》中指出，高中物理教學必須以培養學生的核心素養為目標，將培養學生的“物理觀念”“科學思維”以及“科學探究精神”等作為教學的主要目標開展深度學習。深度學習必須要以深度理解為宗旨，以促進學生核心素養的培養為指引，從深度理解、批判性思維以及知識遷移等深度學習目標出發，引導學生參與到課堂研習活動中，使學生能夠全身心投入到高中物理學習中。本文以高中物理教材必修三中“電容器的電容”一課的教學活動設計為例，通過研究基于深度學習的高中物理教學活動設計，推動高中物理教育質量的提升，培養學生的科學思維。

一、“電容器的電容”一課的教材內容分析

“電容器的電容”一課是高中物理教材必修三第十章節中的主要內容，是“靜電場中的能量”理論知識的實踐應用教育課程，也是學生學習“交流電路”章節中的“電感和電容對交流電流的影響”一節，以及“電子線路”章節中的“電磁振蕩”一節的預備知識，在高中物理必修三教材中具有承上啟下的作用。“電容器的電容”一課的主要教學任務是引領學生觀察常用的電容器，認識電容器的電容量，觀察電容器的充放電現象，并舉例說明電容器在日常生活之中的應用。

“電容器的電容”一課的教學重難點在于：了解電容器的充放電過程；通過實驗建構電容的概念。這一課的教學目標是：觀測常用的電容器結構并了解電容器的工作原理；通過充放電實驗認識電容器的工作原理；探討電容器存儲的電荷量與兩極板間電壓的關系；認識電容的概念；認識影響平行板電容器電容量的因素等。

二、“電容器的電容”一課的教學任務

首先，讓學生了解電容器的概念、作用、原理及其在電路中的重要地位。直觀展示電容器的結構，認識電容器，通過“觸電實驗”及“電火花實驗”，激發學生的學習興趣，通過“充放電實驗”展現電容器的充放電過程，促進學生物理學科素養的提升。

其次，設計“定性實驗”，讓學生清楚研究目標，提出猜想。然后，學生通過實驗證明自己的猜想并利用“電荷量等分原理”求出電容器在不同電壓之下的電荷，以鍛煉學生的科學推理能力。教師引導、幫助學生通過實驗現象發現問題并解決問題，從而得出結論。

再次，進一步認識平行板電容器的電容量與哪些因素有關，熟練掌握控制變量法的使用，并通過數字電容表和數字萬用表設計研究性實驗，提升課堂效率，使實驗分析的過程更加科學。以此培養學生觀察、分析和解決問題的能力。

最后，建議學生查看資料，了解電容器的相關知識，并自己動手創作簡易的電容器。以此提高學生的動手能力，增進學生對于物理概念的認知。

三、深度學習的高中物理教學活動設計過程

（一）創設實際情境，導入教學課程

情境創設：課前，引導學生觀察手電筒的閃光，并說明手電筒中有兩節電池，提出探究問題：兩節電池是不是手電筒閃光的主要原因？去掉電池，手電筒還能不能閃光？然后，教師將手電筒中的電池去掉，手電筒仍然能夠發光。以此，激發學生的學習興趣，并導入課程內容。

設計意圖：利用日常生活中常見的物體，激發學生的探究欲望，調動學生的學習積極性及主動性。

（二）拆解手電筒，引導學生觀察電容器結構

活動設計：教師對教學用到的手電筒進行拆解，展示手電筒閃光的核心器件，即手電筒的電容器。然后，讓學生自行對電容器進行拆解并觀察，引導學生仔細觀察并繪制電容器的內部結構，并引出問題：電容器是如何容納及釋放電荷的？

設計意圖：引導學生自主動手，把電容器拆解，通過觀察電容器的內部結構，從感性上認識電容器，激發學生的探究欲。

（三）觀察電容器充放電現象，了解電容器的工作原理

活動設計：教師演示電容器的充放電實驗，引導學生觀察電容器在充放電過程中，電流表、電壓表的變化情況，使學生深入理解有關電容器的知識，研究電容器在充放電過程中電荷的運動變化和能量的轉換，解讀電容器的工作原理。教師更新教材中的實驗方案，組織學生分組進行實驗，使學生對電容器充放電現象能更加直觀及深入地認識。對于記錄的實驗數據進行整理，并以圖形方式對電容器充放電過程中電流和電壓的變化情況進行表示。

設計意圖：演示實驗使學生了解實驗流程。學生設計實驗方案，并參與知識探究，直觀地認識電容器充放電過程中電流和電壓的變化，闡述電容器充放電過程中電流和電壓的變化規律等，從而培養高中學生的團結協作能力、觀察能力、實踐操作能力以及數據分析處理能力。

（四）通過實驗建構電容的概念

活動設計：學生在實驗中發現：電容器兩極板之間的電壓增大時，電流傳感器的示數不為0，這表示電容器極板電荷量也在增大，所以不能用電荷量來描述電容器儲存電荷的特征。教師設疑：電容器所帶電荷量和極板間電壓是否存在某種定量關系，并引領學生探究這個問題。

教師通過實驗向學生展示：增大或者減小阻值時，電流傳感器都會顯示電流，并且電流的方向會發生變化。教師可以借助實驗得出結論：電容器兩端所加電壓越高，其極板所帶電荷量就越多，電容器兩端所加電壓越低，其極板所帶電荷量就越少。學生對實驗所產生的數據進行記錄處理，得出電容器儲存的電荷量與兩板間電壓的關系。

設計意圖：通過改進實驗，給予學生直觀的視覺沖擊，使學生能夠通過物理實驗，更加深刻地認識到電容器電壓與電荷量之間的關系，并利用實驗中得到的相關數據，得出電容器儲存的電荷量與兩板間電壓的關系，從而認識到電荷量與電壓的比值可以用來表征電容器儲存電荷的特征。

（五）探究平行板電容器電容的決定因素

提出問題：平行板電容器是最簡單，也是最基本的電容器。幾乎所有電容器都是平行板電容器的變形。平行板電容器電容是由哪些因素決定的？

活動設計：教師先展示平行板電容器，讓學生觀察其結構，并鼓勵學生大膽猜測影響平行板電容器電容大小的主要因素。教師引導學生使用鋁扣板自制正方形的簡易電容器，通過改變電容器的正對面積S、極板間距離d、電介質的材料等，調整自制電容器的結構和條件，并通過電容表測得電容的具體數值，探究電容器的電容與極板間距離、正對面積、電介質材料等的定量關系。通過實驗數據的分析，歸納出電容器的決定式，對影響電容的因素進行分析。同時，教師將實驗測出的所有數據進行記錄，學生記錄實驗數據并作圖。此時，教師可以組織20名學生參加實驗，將學生排成兩排，模仿電容器的兩個極板，制作大型人體電容器，使學生體驗影響平行板電容器的因素，并引導學生充分思考，總結實驗結果，得出結論。基于深度學習的高中物理教學，教師需要在課堂上利用實驗將學生的科學探究積極性充分調動起來，提高學生的參與度。

設計意圖：“電容器的電容”是高考的重要考點之一，涉及的知識點較多。本節課有兩大難點：一是電容器概念的講解，二是探究影響平行板電容器電容大小的決定因素。相較于物理教材中提供的圓形金屬板電容器，自制的簡易電容器更容易改變正對面積及電介質材料，更方便學生掌握電容器正對面積的定量變化。教材中的實驗方案是利用靜電計間接反映電容的變化情況，本實驗對于實驗方案進行了改動，采用數字電容表表示電容的變化情況，更方便學生對電容變化情況進行記錄，便于學生對相關知識進行探究。

四、反思與建議

隨著深度學習教育理念的探究，“電容器的電容”一課在高中物理教學中越來越重要。本文通過研究基于深度學習的高中物理教學活動設計，引導學生了解電容器的充放電過程，并通過物理課堂實驗，深化其對于電容概念的理解，培養學生的科學探究素養，提高學生的實踐能力。

綜上所述，研究基于深度學習的高中物理“電容器的電容”一課的教學活動設計，不僅有助于培養學生的探究性思維及物理學科素養，而且有助于實現對高中學生科學思維、科學探究能力以及創新能力的培養。

（吳 瑩）