基于深度学习的高中物理教学活动设计研究

《普通高中物理课程标准》中指出，高中物理教学必须以培养学生的核心素养为目标，将培养学生的“物理观念”“科学思维”以及“科学探究精神”等作为教学的主要目标开展深度学习。深度学习必须要以深度理解为宗旨，以促进学生核心素养的培养为指引，从深度理解、批判性思维以及知识迁移等深度学习目标出发，引导学生参与到课堂研习活动中，使学生能够全身心投入到高中物理学习中。本文以高中物理教材必修三中“电容器的电容”一课的教学活动设计为例，通过研究基于深度学习的高中物理教学活动设计，推动高中物理教育质量的提升，培养学生的科学思维。

一、“电容器的电容”一课的教材内容分析

“电容器的电容”一课是高中物理教材必修三第十章节中的主要内容，是“静电场中的能量”理论知识的实践应用教育课程，也是学生学习“交流电路”章节中的“电感和电容对交流电流的影响”一节，以及“电子线路”章节中的“电磁振荡”一节的预备知识，在高中物理必修三教材中具有承上启下的作用。“电容器的电容”一课的主要教学任务是引领学生观察常用的电容器，认识电容器的电容量，观察电容器的充放电现象，并举例说明电容器在日常生活之中的应用。

“电容器的电容”一课的教学重难点在于：了解电容器的充放电过程；通过实验建构电容的概念。这一课的教学目标是：观测常用的电容器结构并了解电容器的工作原理；通过充放电实验认识电容器的工作原理；探讨电容器存储的电荷量与两极板间电压的关系；认识电容的概念；认识影响平行板电容器电容量的因素等。

二、“电容器的电容”一课的教学任务

首先，让学生了解电容器的概念、作用、原理及其在电路中的重要地位。直观展示电容器的结构，认识电容器，通过“触电实验”及“电火花实验”，激发学生的学习兴趣，通过“充放电实验”展现电容器的充放电过程，促进学生物理学科素养的提升。

其次，设计“定性实验”，让学生清楚研究目标，提出猜想。然后，学生通过实验证明自己的猜想并利用“电荷量等分原理”求出电容器在不同电压之下的电荷，以锻炼学生的科学推理能力。教师引导、帮助学生通过实验现象发现问题并解决问题，从而得出结论。

再次，进一步认识平行板电容器的电容量与哪些因素有关，熟练掌握控制变量法的使用，并通过数字电容表和数字万用表设计研究性实验，提升课堂效率，使实验分析的过程更加科学。以此培养学生观察、分析和解决问题的能力。

最后，建议学生查看资料，了解电容器的相关知识，并自己动手创作简易的电容器。以此提高学生的动手能力，增进学生对于物理概念的认知。

三、深度学习的高中物理教学活动设计过程

（一）创设实际情境，导入教学课程

情境创设：课前，引导学生观察手电筒的闪光，并说明手电筒中有两节电池，提出探究问题：两节电池是不是手电筒闪光的主要原因？去掉电池，手电筒还能不能闪光？然后，教师将手电筒中的电池去掉，手电筒仍然能够发光。以此，激发学生的学习兴趣，并导入课程内容。

设计意图：利用日常生活中常见的物体，激发学生的探究欲望，调动学生的学习积极性及主动性。

（二）拆解手电筒，引导学生观察电容器结构

活动设计：教师对教学用到的手电筒进行拆解，展示手电筒闪光的核心器件，即手电筒的电容器。然后，让学生自行对电容器进行拆解并观察，引导学生仔细观察并绘制电容器的内部结构，并引出问题：电容器是如何容纳及释放电荷的？

设计意图：引导学生自主动手，把电容器拆解，通过观察电容器的内部结构，从感性上认识电容器，激发学生的探究欲。

（三）观察电容器充放电现象，了解电容器的工作原理

活动设计：教师演示电容器的充放电实验，引导学生观察电容器在充放电过程中，电流表、电压表的变化情况，使学生深入理解有关电容器的知识，研究电容器在充放电过程中电荷的运动变化和能量的转换，解读电容器的工作原理。教师更新教材中的实验方案，组织学生分组进行实验，使学生对电容器充放电现象能更加直观及深入地认识。对于记录的实验数据进行整理，并以图形方式对电容器充放电过程中电流和电压的变化情况进行表示。

设计意图：演示实验使学生了解实验流程。学生设计实验方案，并参与知识探究，直观地认识电容器充放电过程中电流和电压的变化，阐述电容器充放电过程中电流和电压的变化规律等，从而培养高中学生的团结协作能力、观察能力、实践操作能力以及数据分析处理能力。

（四）通过实验建构电容的概念

活动设计：学生在实验中发现：电容器两极板之间的电压增大时，电流传感器的示数不为0，这表示电容器极板电荷量也在增大，所以不能用电荷量来描述电容器储存电荷的特征。教师设疑：电容器所带电荷量和极板间电压是否存在某种定量关系，并引领学生探究这个问题。

教师通过实验向学生展示：增大或者减小阻值时，电流传感器都会显示电流，并且电流的方向会发生变化。教师可以借助实验得出结论：电容器两端所加电压越高，其极板所带电荷量就越多，电容器两端所加电压越低，其极板所带电荷量就越少。学生对实验所产生的数据进行记录处理，得出电容器储存的电荷量与两板间电压的关系。

设计意图：通过改进实验，给予学生直观的视觉冲击，使学生能够通过物理实验，更加深刻地认识到电容器电压与电荷量之间的关系，并利用实验中得到的相关数据，得出电容器储存的电荷量与两板间电压的关系，从而认识到电荷量与电压的比值可以用来表征电容器储存电荷的特征。

（五）探究平行板电容器电容的决定因素

提出问题：平行板电容器是最简单，也是最基本的电容器。几乎所有电容器都是平行板电容器的变形。平行板电容器电容是由哪些因素决定的？

活动设计：教师先展示平行板电容器，让学生观察其结构，并鼓励学生大胆猜测影响平行板电容器电容大小的主要因素。教师引导学生使用铝扣板自制正方形的简易电容器，通过改变电容器的正对面积S、极板间距离d、电介质的材料等，调整自制电容器的结构和条件，并通过电容表测得电容的具体数值，探究电容器的电容与极板间距离、正对面积、电介质材料等的定量关系。通过实验数据的分析，归纳出电容器的决定式，对影响电容的因素进行分析。同时，教师将实验测出的所有数据进行记录，学生记录实验数据并作图。此时，教师可以组织20名学生参加实验，将学生排成两排，模仿电容器的两个极板，制作大型人体电容器，使学生体验影响平行板电容器的因素，并引导学生充分思考，总结实验结果，得出结论。基于深度学习的高中物理教学，教师需要在课堂上利用实验将学生的科学探究积极性充分调动起来，提高学生的参与度。

设计意图：“电容器的电容”是高考的重要考点之一，涉及的知识点较多。本节课有两大难点：一是电容器概念的讲解，二是探究影响平行板电容器电容大小的决定因素。相较于物理教材中提供的圆形金属板电容器，自制的简易电容器更容易改变正对面积及电介质材料，更方便学生掌握电容器正对面积的定量变化。教材中的实验方案是利用静电计间接反映电容的变化情况，本实验对于实验方案进行了改动，采用数字电容表表示电容的变化情况，更方便学生对电容变化情况进行记录，便于学生对相关知识进行探究。

四、反思与建议

随着深度学习教育理念的探究，“电容器的电容”一课在高中物理教学中越来越重要。本文通过研究基于深度学习的高中物理教学活动设计，引导学生了解电容器的充放电过程，并通过物理课堂实验，深化其对于电容概念的理解，培养学生的科学探究素养，提高学生的实践能力。

综上所述，研究基于深度学习的高中物理“电容器的电容”一课的教学活动设计，不仅有助于培养学生的探究性思维及物理学科素养，而且有助于实现对高中学生科学思维、科学探究能力以及创新能力的培养。

（吴 莹）