第1个回答 2022-07-10
物理学是基于观察与实验，建构物理模型，应用数学等工具，通过科学推理和论证，形成系统的研究方法和理论体系。物理教学的基础和载体是实验。物理实验教学是物理教学的重要形式和方法。一般分为演示实验、课内小实验（边讲边实验）、学生分组实验和课外实验。物理课堂教学中合理的运用物理实验为学生创建一个感性，生动，形象的物理场景，很容易将学生从对物理现象的兴趣引导到对物理理论的学习上来。而且学生通过对实验的观察，从中获得相关的感性材料，不仅为理解和掌握教材内容做好了准备，而且对学生正确地形成物理概念，理解和掌握物理规律，培养学生的观察能力，动手能力，思维能力和创新能力有着非常明显的作用。本文以《电容器的电容》为例，对物理实验在课堂教学中的应用加以论述。
一、利用生活化实验教具，激发学生兴趣，建立科学概念
电容器是学生从未接触过的一个新的电子元件。对学生来说电容器是一个抽象的概念，缺乏必要的感性认识，难以建立起正确清晰的概念。如何让学生快速的建立电容器的概念，了解它的结构和作用，是本节内容重点。
教学中利用了生活中常见的物品——易拉罐作为教具引出主题。提出问题：易拉罐作为盛装液体的水容器，可以装电吗？激发学生的好奇心，提出各种猜想。然后对易拉罐的进行充电，再用灵敏电流计检验。当电流计指针偏转时，证实易拉罐确实可以装电，进而引出电容器的概念。为什么易拉罐可以装电呢？对易拉罐电容器进行大揭秘，让学生了解电容器的基本结构，两个相距靠近而又彼此绝缘的导体就可以组成一个电容器。
该实验装置来源于生活，易于制作，实验效果明显，极大地激发了学生的学习兴趣。著名物理教育家朱正无教授说过“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”，就是说在物理实验教学中要大力倡导做简单易行的替代性实验。通过水容器和电容器的概念类比设计，使学生更容易理解电容器的概念，明确电容器的作用。最后再以“实物+图片”的形式展示，丰富感性认识，促进理性认知的形成。
二、应用多元化实验手段，培养学生实验观察能力
电容器的充电过过程和放电过程是电容器工作的主要形式，也是学生了解电容器的一个载体。在易拉罐的演示实验中，已经展现了电容器的充电和放电过程。但对学生来说这种感受是间接的。因此，教学中设计了学生实验，让学生亲自体验电容器的充、放电过程，并在实验的过程中发现未知的现象和规律，培养学生的实验观察能力。
数字实验能够高频率地采集实验过程中的数据，监测动态实验过程，这是传统实验无法实现的。实验中采集了电容器在充、放电过程中的电压和电流的实时数据，并通过图像呈现了二者随时间的变化曲线。数字传感器实验的应用，使充、放电的动态变化过程能够清晰、完整、直观地展现在大家面前，使学生对电容器的认识更加具体、更加丰富。
课堂中将学生分组实验与数字演示实验相结合，既有丰富的感性认识，又有精准高效的数据采集和处理，实现了从定性感知到定量分析、验证的学习过程，在知识巩固中又进行了深入挖掘。
三、整合思维实验设计实验方案，促进科学探究
对另一电容器采用220V电压进行充电，导线短接后伴随着“啪”的一声看到明亮的火花放电。对比与易拉罐电容器的放电现象，说明电容器的储电本领不同。那么，如何比较电容器的储电本领呢？通过前边的实验和理论分析，学生已经掌握了电容器的电荷量、极板间的电势差，这些基本概念。整合以上内容，可以得出以下几点结论：
1.电容器极板所带电荷量越多，放电现象越明显；
2.电容器充电完成后，极板间电势差与电源电压相等。
3.电容器的电荷量与极板间的电势差有关，同一电容器极板间电势差越大（即充电电压越大），极板所带电荷量越多。
基于以上结论，对如何描述电容器的储电能力提出猜想：用电荷量？还是用电压?若采用电荷量作为描述电容器本领的参量，在不同充电电压下，电容器所带电荷量不同。并且电容器电压不能无限增大，超过某一极限值，电容器将会被损坏，这一极限值称为击穿电压。那能否通过比较充电电压来比较电容器的储电本领呢。提出疑问：在相同的电压下，不同的电容器储存的电荷一样多吗？通过实验进行探究一任务活动（学生实验）。学生已经有了第一次实验的经验，很快就能够对不同的电容器进行测量，通过观察比较得出结论。不同的电容器在相同的充电电压下，所带电荷量并不相同。因此，不能单一地用电荷量或电势差来表示电容器的储电本领。但是，电容器的电荷量与电势差存在着正相关的关系，能否通过定量探究电荷量与电势差的关系来找到突破口呢？（探究任务二演示实验）类比于库仑扭秤实验中电荷平均分配的思想，将所学的科学方法进行迁移，应用到新内容的学习探究上，既巩固了原来的知识，又做到了突破和创新。采用这一方法成功地解决了电荷量难以测量的问题，较为精准地得到了电荷量与电势差的定量关系。进而引出电容器电容的概念。该过程实验对操作及室内环境要求较高：室内空气应尽量干燥，实验中需采用完全相同的电容器，实验过程需迅速连贯，避免时间太长电容器电极漏电、放电，导致实验数据误差较大。
四、回归生活、联系实际，培养创新意识
电容器在各种电子仪器中都有广泛地应用，但是学生对电容器并不熟悉，因为他们很少打开电器观察其中的元件。在学生认识、学习了电容器的知识后，接着展示电容器在生活中的应用。例如电源适配器、手机触摸屏、计算机主板、家用电器内部构造以及电动汽车的超级电容器。让学生观察废旧电器的电路板，寻找里面的电容器。通过这样的活动，学生会发现几乎所有的电子仪器和用电器内部都有电容器的身影。对物理概念、规律的学习，如果只停留在分析、记忆的层面，学生理解起来会感到比较枯燥，必须到生活中去，才能将知识学活、用活。最后课堂结束的作业布置，除了完成课本上相应知识练习，还要求学生利用身边常见的生活物品自己动手制作电容器。做到学以致用，物理来源于生活，又归于生活。
五、总结
在物理教学过程中，实验能够不断激发学生对于物理的学习兴趣，加深学生对于抽象概念的理解，因此实验教学在物理课堂中具有不可替代的作用。对于教师来说，要上好一堂以实验为基础的物理课，需要教师课前付出大量精力准备，包括教具的准备，实验设计，实验调试，以及实验与课堂的衔接和融合，这些都需要教师在课前反复试验、推敲琢磨。物理实验教学考验的不仅仅是教师的实验动手能力以及学科专业知识，教师的应变能力、创新能力等综合素质也在物理实验教学中不断地得到提高。在不断的实验教学过程中，逐渐地实现了教育中的教学相长。