淺談教材對電容器教學的設計

邵澤峰

摘 要：類比法不僅是一種教學方式，而且是突破教學難點的一個重要的手段，電容器的教學采用與水桶類比，有優點，也有一定的缺陷。改進類比方式，增強類比的相似度，能夠有效的幫助學生建立新概念。

關鍵詞：增強類比的相似度；建立新概念

電容器的電容是高中物理中非常抽象的一個概念，也是學生非常難理解的一個概念，為了幫助學生理解這個概念，現行的教材，大多采用類比的教學方法。筆者認為，教材中采用的類比法，有優點，同時也存在一定的缺陷，現就此作一下闡述。

1 采用盛水容器類比引人電容器和電容優點明顯

正如盛水容器，如水桶能夠盛水一樣，電容器就是容納電荷的裝置，不同的水桶盛水的本領不同，同樣不同的電容器容納電荷的本領也不同，這個本領定義為電容。水桶是學生身邊熟悉的裝置，教材這樣引人電容器和電容，密切地聯系學生的生活經驗，形象直觀，通俗易懂。

2 用盛水容器類比得出電容的定義C=Q/U有不足之處

在得出電容的定義C=Q/U過程中，教材采用與水桶盛水類比，即電容器的帶電量Q與水桶盛水的體積V類比，電容器的電壓U與水的深度H類比，橫截面積S與電容器容納電荷的本領電容C類比。由于橫截面積S=V/H反映不同水桶盛水的本領，所以Q/U也反映了不同電容器容納電荷的本領，于是定義反映電容器容納電荷的本領的物理量，即電容C=Q/U。

用盛水容器水桶類比雖然密切聯系學生的生活經驗，但是，類比的兩個物理量或概念相似度要高，這樣能有效地喚起學生的共鳴和興趣，而在這里，教材的設計顯然存在不足。電容器的電壓U與水的深度H類比，學生是不好接受的，深度H是具體、直觀反映實物的物理量，電壓是反映電的屬性的物理量，兩者之間的相似度較差，學生不好接受是在情理之中的。筆者認為，如果用水的壓強p=ρgH類比電壓U效果會好，兩者都是反映物理屬性的物理量，相似度高，而且，水的壓強p與水的深度H呈正比關系，這樣和電壓U與水深H類比的作用一致，所以用水的壓強類比電壓顯然更便于學生接受。

橫截面積S與電容器容納電荷的本領電容C類比就更不利于學生理解了，原因是橫截面積S與電容器容納電荷的本領電容C相似度更差，首先橫截面積S反映水桶盛水的本領這一點學生生活感受不深，而且橫截面積S同樣是一個具體、直觀反映實物的物理量，電容器電容C是一個反映電容器屬性的、非常抽象的物理量，兩個物理量差別是非常大的，如此類比學生難以接受是可想而知的。

所以，有的教材為了幫助學生再理解，又采用與R=U/I或ρ=m/V類比理解，雖然這是非常典型的比值定義的物理量，但是這樣類比，只能利于學生理解電容C等于電量與電壓的比值，且與電量Q和電壓U無關的物理性質，不能幫助學生理解C=Q/U的得出過程。

3 采用輪胎或容氣瓶類比電容器效果好

類比法理解抽象的概念，采用相同或相識度高的物理量類比能有效的幫助學生理解接受新概念，反之相識度不高，不僅不能幫助學生，反而把學生的理解引入誤區。

對于電容器的教學中，如果采用輪胎或容氣瓶類比，筆者經過實踐認為效果更好，因為兩者的相似度高，而且輪胎充氣是學生非常熟悉的現象，密切聯系學生身邊的生活經驗，直觀具體，下面做具體闡述。

引入過程：輪胎是容納氣體的物體，同樣電容器是容納電荷的裝置，不同的輪胎容納氣體的本領不同，同樣不同電容器容納電荷的本領有大有小，這樣引入與水桶類比引入有異曲同工之處。

得出電容的定義C=Q/U過程：在一個輪胎中充入不同的氣壓時，氣壓大，充入的氣體量多，充入的氣壓加倍時，充入的氣體量也會加倍，但比值不變，這符合氣體定律，也說明比值是由輪胎決定的量，與氣壓和氣體量無關。在不同輪胎中充入相同氣壓的氣體，充入的氣體量多的輪胎容納氣體的本領大，對應氣體量與氣壓的比值也大，這樣我們用單位氣壓下容納氣體量來反映不同輪胎的容納氣體的本領，即容納氣體量m與充入氣壓P的比值反映這個本領。這樣符合比值定義新物理量的特點，學生是容易接受的。同樣電容器的電量Q與充入的氣體量m類似，加在電容器上的電壓U與充入氣壓P類似，對于一個電容器，加的電壓U加倍，電量Q加倍，電量與電壓的比值不變，不同的電容器電壓相同時，電量多的容納電荷的本領大，電量與電壓的比值大。通過類比可以自然得出電容器帶的電量Q與加在電容器上電壓U的比值反映電容器容納電荷的本領，且一個確定的電容器這個比值不變，是由這個電容器決定的物理量，與電量和電壓無關，這個本領定義為電容C，即C=Q/U。

這樣類比貼近學生的生活，自然、形象，不足之處是氣體量m與充入氣壓P的比值不是學生學過的物理量，是學生容易接受的物理現象。如果再結合R=U/I或ρ=m/V類比理解，會對電容器的性質理解更完善，這樣，學生很容易對電容器形成一個完整的、正確的認識。

4 恰當地選擇類比幫助學生建立新概念

筆者在教學中采用了上述多種類比方式，采用輪胎類比與R=U/I或ρ=m/V類比結合，學生理解效果最好。綜上所述，通過恰當地選擇學生熟悉的物理量和物理現象，類比得出新概念，可以有效的幫助學生正確地理解、建立新概念，恰當與否取決于兩者的相似度，如果相似度不好，教學效果會適得其反。