郭潔

摘要：本文以“電容器的充放電”實驗為例，在課堂中通過觀察分析，找出不同電容器構(gòu)造的特點，合作交流，制定探究電容器充放電的方案，觀察實驗匯報結(jié)果，提出問題，合作交流解決問題等方式多方面滲透科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，以提升學(xué)生的學(xué)科思維品質(zhì)，促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

關(guān)鍵詞：電容器充放電;科學(xué)探究能力;合作交流

中圖分類號：G633.7文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1992-7711（2021）17-091

《普通高中物理課程標(biāo)準（2017年版）》指出：“物理學(xué)基于觀察與實驗，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系。”通過物理實驗教學(xué)和體驗，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，使其對物理學(xué)科建立科學(xué)的態(tài)度。這就要求教師在物理教學(xué)中注重科學(xué)探究，尤其注重物理實驗。本文以人教版必修3《觀察電容器的充放電》為例，探討在物理教學(xué)中如何滲透科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

一、合作交流，制定方案

電容器的充電、放電過程不能直接看出來，只有通過實驗來觀察。教師可引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作，根據(jù)所學(xué)知識和現(xiàn)有條件，緊扣實驗?zāi)康膩磉x擇適當(dāng)?shù)姆椒?，然后?gòu)思探究計劃，選擇合適的器材，最后設(shè)計電路圖。之后各小組展示實驗計劃，小組間對可能存在的問題再次進行討論，交流修改并完善實驗電路圖，最后制定可行的實驗方案。

二、預(yù)設(shè)問題，引起討論

教師在課前的實驗準備中發(fā)現(xiàn)不同的電壓表和電流表測得的結(jié)果有很大差距。為了避免讓學(xué)生按教師或者教材的既定步驟進行虛假“探究”，教師在不同小組配置了不同的電流表和電壓表。各小組測得的結(jié)果會大相徑庭，不同的實驗結(jié)果會讓學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同看法，從而引發(fā)討論，學(xué)生的求知欲得以激發(fā)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課堂氣氛也變得活躍。

三、實驗觀察，匯報結(jié)果

小組合作進行實驗，交流討論后，小組匯報實驗結(jié)果。學(xué)生在實驗中遇到了各種問題，有些小組對電容器進行充電時，電壓表有示數(shù)，但電流表幾乎沒有偏轉(zhuǎn);有些小組給電容器充完電后斷開開關(guān)，理論上電壓表的示數(shù)應(yīng)該保持不變，但示數(shù)一直在減小;有些小組觀察到開關(guān)閉合瞬間電流較大，但馬上又開始減小到0，開關(guān)打到2放電時，發(fā)現(xiàn)又有電流了，但電流表指針是反向偏轉(zhuǎn)的，而且也在減小到0;有些小組發(fā)現(xiàn)剛閉合開關(guān)，電壓表示數(shù)增大得快，后來示數(shù)增大變慢了，剛閉合開關(guān)，電流表突然有一個值，然后逐漸減小，減小的速度越來越慢;有些組觀察到電容器充電完成后，電壓表的示數(shù)只有0.6V，而不是理想中的電源兩端的電壓1.4V左右;有些小組觀察到斷開開關(guān)后，電壓表示數(shù)一直在緩慢減小。

教師要引導(dǎo)學(xué)生在實驗中如實記錄，客觀對待所獲取的實驗數(shù)據(jù)。通過小組交流提出遇到的問題，讓學(xué)生嚴肅認真對待實驗，尊重實驗結(jié)果與事實，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和精神。

四、發(fā)現(xiàn)問題，提出猜想

為了培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理和科學(xué)論證的能力，教師在不同的小組配置不同的電表，創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生從情境中發(fā)現(xiàn)和提煉問題，針對不同的實驗結(jié)果進行積極的探索發(fā)現(xiàn)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，不同的小組使用的電表不一樣，實驗結(jié)果也不一樣。教師進一步引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題，討論分析產(chǎn)生不同結(jié)果的原因。討論中學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象提出猜想：可能跟空氣濕度有關(guān)、跟電表的量程有關(guān)、跟電路中變阻箱的電阻有關(guān)等等。根據(jù)猜想分析討論并再次實驗驗證。不同小組之間的實驗數(shù)據(jù)相互公開，合作交流，這樣才能獲得更有效、更全面的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生體會合作是科學(xué)研究中極其重要的環(huán)節(jié)，增強學(xué)生的合作意識。

五、合作交流，解決問題

小組合作交流中發(fā)現(xiàn)，不同的電表會產(chǎn)生不同的實驗結(jié)果，通過分析、對比實驗結(jié)果，排除變阻箱電阻的因素;通過使用吹風(fēng)機再次實驗排除電容器漏電的因素;通過改變電壓表量程再次實驗排除電壓表量程的因素。最后得出結(jié)論：跟電壓表有關(guān)。不同電壓表有不同的實驗結(jié)果，這一結(jié)果顛覆了學(xué)生對電壓表的認知。根據(jù)初中所學(xué)知識，電壓表電阻無窮大，在電路中應(yīng)看作斷路。電壓表和被測用電器并聯(lián)后，通過它的電流為零，不會影響被測電器兩端的電壓。出乎意料的結(jié)論引起學(xué)生極大的好奇心，增強他們進一步探索的欲望。

教師補充說明兩種電表的異同點。電壓表在電路中可看成一個可以測量自己電壓的電阻。實際電路中電壓表內(nèi)阻較大，有較小電流通過。如果與電壓表并聯(lián)的電阻較小，則通過電壓表的電流較小，可以忽略不計，所以可把電壓表這一路看作斷路。反之與電壓表并聯(lián)的電阻較大，電壓表中的電流也大，電壓表這一路就不能看成斷路。實驗室普通電壓表的電阻是3kΩ，數(shù)字電表的電阻是1000kΩ。教師再次提問能否解釋不同的電壓表在實驗中會出現(xiàn)不同的結(jié)果？

為了觀察到更好的實驗效果，教師用更精密的儀器——DIS演示實驗。學(xué)生觀察實驗并記錄實驗結(jié)果，交流討論后畫出并展示充電和放電過程I-t圖，學(xué)會靈活選用合適的器材獲得數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行整理歸納，找到規(guī)律，形成結(jié)論并用圖像描繪實驗結(jié)果。

核心素養(yǎng)下的物理教學(xué)，應(yīng)注重科學(xué)探究的過程，讓探究在思維的碰撞中前行。在探究中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力，通過實驗提高學(xué)生制定計劃和觀察收集數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)的能力，學(xué)會提出問題，作出解釋，反思合作交流。

通過物理實驗滲透科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，學(xué)生在探究的過程中能掌握科學(xué)的方法，形成合理的思維，提升學(xué)科思維品質(zhì)，從而促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（作者單位：南京市秦淮中學(xué)，江蘇 南京210000）