提升高中學生核心素養的教學

李文鈴

摘? ?要：電荷看不見摸不著，導致關于電容器的充放電過程的研究顯得異常抽象，學生只能在頭腦中想象電容器的充放電過程，然后得到電容的概念，不利于電容概念的掌握。如何將抽象的過程顯性化？讓學生看得見摸得著？文章嘗試從實驗的角度對這個問題做個解答。基于2017版高中物理課程標準，以提升學生的科學探究為抓手，進一步推動學生的物理學科核心素養的達成，以“電容器的電容”的教學為例，說明如何將抽象的教學問題顯性化。

關鍵詞： 核心素養；探究式教學模式；解決問題

1? 問題來源

我國普通高中教育是在義務教育的基礎上進一步提高國民素質、面向大眾的基礎教育，為學生的終身發展奠定基礎，進一步提升學生的綜合素質，著力發展學生的核心素養，使其具有必備知識和關鍵能力，促成其全面而有個性地發展，最終落實立德樹人的根本的任務[ 1 ]。

本文以“電容器的電容”教學為例，討論如何通過科學探究過程，幫助學生構建電容的物理觀念，提高高中生的科學思維品質。本節課采用教師和學生一起探究的方式來獲取相關數據。具體為師生共同設計實驗步驟，教師演示，最終共同得出實驗結論。科學探究能力包含四個要素：問題、證據、解釋、交流。科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。要通過科學探究提高科學思維能力必須在這八個方面上下功夫。目前，“電容器”的教學中存在許多假探究甚至不探究現象，學生難以形成科學的電容器概念，不理解其原理，為后續解決含容電路問題埋下隱患。目前電容器教學中采用的主要教學方式有：

（1）部分課堂為了省事，直接給出電容器的概念，學生死記硬背，之后寄希望于通過不斷的練習進行鞏固，這種教學方式使學生的學習過程非常痛苦，而且概念的保留時間又不長，只要一段時間不學該知識，馬上遺忘。

（2）部分課堂忽略實驗設計環節，直接呈現設計步驟，學生的學習過程缺乏主動性，實驗結果只關注與探究假設一致的現象，不關注與探究假設矛盾的信息，使學生對電容概念的理解不透徹。

（3）部分課堂在實驗結束后缺乏解釋、交流的機會，學生學習沒有通過討論，對該概念的理解存在片面性，不夠深入。

這些探究或者缺乏學生主動參與，或者缺乏知識的生成過程，或者缺乏對新知識的討論交流，都是虛假的探究，不利于物理模型的構建。學生不僅提不起學習物理的興趣，而且在練習或考試中面對新情境無法靈活運用所學知識，失分嚴重。那又如何做到真正的探究呢？

2? 解決問題的理論依據

新課程改革綱要指出， “改變課程實施過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養學生搜集和處理信息的能力、 獲取新知識能力、分析和解決問題能力以及交流與合作能力。”[ 2 ]，探究式教學模式以問題解決為中心，注重學生的獨立活動，著眼于學生思維能力的培養，因此在課堂教學方式的變革中，科學探究素養的提升選用探究式教學模式是最契合的。

3? 解決問題的范例

以新人教版高二物理必修三第十章第四節“電容器的電容”的教學為例，結合探究式理論，從生活中常見的用電器中拆出電容器，介紹此用電器即電容器出發，然后拆開其中一個電容器，讓學生認識內部結構，引起學生學習電容器的興趣。接著對電容器功能（能夠充放電）進行實驗探究，學生定性認識電容器。通過提問電容器容納電荷本領如何描述，引出用傳感器定量探究電容器的充放電過程，最后通過比對充電過程中電容和電壓的比值或者是乘積，發現對同一個電容器而言，任何時刻電荷量與電壓的比值是一個定值。深入認識電容器電容概念的由來。最后介紹電容器銘牌上的數據以及其他類型的電容器，使學生全面認識該電學器材。整個過程注重發現問題，提出問題，收集證據，得出結論，討論交流。注重提高學生的科學探究能力和科學思維能力。

第一步：教師創設問題情境。

依據學生先前的生活經驗和類比思想創設生活實踐情境，由此生成電容器的概念，體會物理來源于生活。將電荷的存儲過程類比水的存儲，學生易于接受抽象的概念。然后展示存儲電荷的設備并當場拆解，學生感覺真實。接著引出電容的概念，學生容易接受電容器的概念，提升學生形象思維能力，為后續電容器概念的生成買下伏筆。

展示電容器并拆解，如圖1。拆開后逐一介紹內部組成部分并說明其作用：鋁箔是金屬板，油紙是電介質。接著進一步拓展電容器概念，任何兩個相距很近又彼此絕緣的導體，都可以看作電容器。在拆解和介紹的過程中，激發學生的好奇心，提升學生信息獲取和加工的能力。

第二步：探究電容器充放電過程。

引導學生將看不見的充放電過程轉化為可觀察的現象——電流表指針的偏轉，教師引導學生動手設計電容器充放電電路，然后由教師演示充放電過程，學生觀察并描述所看到的現象。雖然沒有動手實驗，但通過這種方式，提升了學生的參與度，提高學生提出問題能力、設計實驗解決問題的能力，同時降低思維難度，促進學生理解，提高學生學習興趣。

“裝進”和“倒出”電荷的過程存在電荷移動，引導學生得出使用電流表定性觀察此過程的方案并讓學生設計電路。將優秀的設計結果展示出來，如圖2和圖3。

整個過程由學生自己設計，自己動手實驗，提高學生參與熱情的同時提升學生的信息獲取與加工的能力、邏輯推理與論證的能力、科學探究與構造的能力。

第三步：運用新技術定量觀察電容器充放電過程

運用現代化技術手段，提升學生學習物理的體驗感。利用電壓、電流傳感器觀察電容器充放電過程，不僅可以拓展學生科學探究手段，而且可以使學生對充放電過程有更加直觀、定量的認識，提升學生科學探究品質。從而將學生的學習興趣從對未知事物的好奇轉換為對科學規律的探索的高度。

為了實現定量測量電容器充放電過程， 引導學生打破原有的常規操作，改進實驗電路，引入新器材，實現測量目的。如圖6和圖7。

通過對設計電路和器材的改進，提升學生批判性思維的能力。同時引導學生觀察電壓、電流隨時間的變化規律。提高學生信息獲取能力、邏輯推理與論證能力。

借助這套器材，進行實驗探究，展示所得圖像，如圖8。

第四步：進一步挖掘圖像面積所包含信息，基于實驗數據，得出電容的概念，提升學生科學探究能力。

與學生共同經歷數據收集過程，感受物理的研究過程，提升學生的科學態度與責任素養。由數據出發，引導學生思考如何進一步研究獲得的數據并得出結論，讓學生經歷物理學家研究物理現象的過程，讓學生知道物理研究并不高大上，而是就在身邊，提高學生科學探究素養，建立電容的物理模型，提升學生科學思維品質和解決問題能力。

多角度認識I-t圖像，理解I-t圖像的面積的物理意義，選取某個時刻，通過軟件自帶積分功能求出電容器所帶電荷量，同時通過U-t圖像記錄此刻電容器兩端電壓，如圖9，按照同樣的方法，選取多個時刻，分別計算出電荷量，并記錄該時刻的電壓，如表1。

引導學生通過將電壓相乘或相除，進一步處理數據，觀察電荷量和電壓之間的關系。比如：將■或者Q*U，觀察得數是否有規律。如表2。

在教師的引導下，學生發現電荷量與電壓之間的比值是定值，得到可以用比值來描述電容，從而構建出電容的模型。此時教師可以提問：其他電容器是否都可以用這個比值來描述？此時學生充滿好奇，教師適時出示另一個電容器，并再次與學生一起探究，記錄數據并分析，得出比值不變的結論。鞏固學生腦海中電容的模型。在解決問題的過程中提升學生信息處理能力、推理論證能力、批判性思維能力、語言表達能力，使抽象的物理概念形象化。

第五步：學以致用，學生感受物理來自于生活，又回歸生活。

帶領學生通過實驗生成電容器的概念，整個過程是在嚴謹的創新實驗基礎上，獲得數據，處理數據，得出結論。深化了學生的物理觀念，同時提高了科學探究能力。帶領學生認識生活中的電容器，學以致用，提升學生學習物理的興趣。同時返回課前，再次介紹該電容器，使整節課前后形成呼應，提升學生的科學思維的完整性。

引導學生認識電容的單位、銘牌數值的物理意義及電路符號，使學生全面構建電容模型。然后介紹生活中常見的電容器，拓寬知識面。

4? 總結

本節課的重點是解決為什么用電荷和電壓的比值來描述電容器。通過創設裝水的過程的情境，引發學生思考如何將電荷裝入容器，激發學生的好奇心，引導學生使用電流表指針偏轉判斷電容器是否充滿。然后通過電源、電流表等設備對電容器的充放電進行定性探究。為了定量描述電容器充放電過程，引導學生采用現代儀器再次探究。最后通過獲得數據進行對比，得出同一個電容器的電荷量Q與電勢差U之比是一個定值，不同的電容器比值不同。從而用比值法定義出一個新的物理量——電容。最后回歸生活，介紹生活中的電容器并認識銘牌的數字。整個教學設計過程，以教師主導，學生為主體，注重實驗探究。從定性實驗出發，到定量實驗結束，讓學生真正熟悉電容器的充放電過程，理解電容的概念，建立電容的物理觀念同時提升了學生實驗探究能力，提升學生科學探究核心素養，為學生解決生活實踐和理論探究問題情境中含容電路問題奠定基礎。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 教育部. 基礎教育課程改革綱要 （試行）〔J〕 .人民教育， 2001（9）： 6-8.