拆解与制作电容器，培养学生创新精神

陈学安

关键词：高中物理；实验探究，创新能力；电容器的电容

引言：人教版必修三第十章《静电场中的能量》第四节《电容器的电容》是一个很有意义的课程，电容器已被广泛地用于各类电子仪表中，但因学生不曾观察到内部结构，致使对电容器仅停留在概念阶段。基于现实，让学生了解电容器的基本构造与功能，知道常用电容器的特点，并在实验中观察体会电容器的充电和放电过程，对本节的学习至关重要。为增强教学效果，开展探究式的物理实验教学让学生们拆解和制作电容器，让他们对电容器有直观认识，也让他们对电容器的充放电过程有直接的体验。通过实际操作，提升学生动手实践的创新能力，学生能更好地理解电容，从而培养学生敢于质疑、勇于创新的精神。

2017年教育部颁布的《普通高中物理课程标准》提出：中学教育培养的学生不仅仅能够进行理论方面的推演和探究，还有能力实际动手操作，发现并主动应用知识和技术解决遇到的现实问题。

对于电容的概念与构造，教科书中只作了简略介绍。所以，在教学中利用教学资源，拆解构造简单的电容器，让学生能直观、全面地认识。

例如：课堂上，让学生拆解工业版纸质电容器，观察此电容器的构成，发现其构造特点。学生发现电容器由两片金属导体，中间由绝缘物质隔开，其中每片金属导体各引出一个电极。通过拆解电容器，学生总结得出电容器的概念和结构，拆解后，教师就可以鼓励学生动手制作一个类似的简易电容器。

1.电容器制作材料：长200cm、宽8cm的锡箔纸2张，长210cm、宽10cm的塑料薄膜2张，导线2根，透明塑料盒一个。

2.制作步骤：

①平铺薄膜，将一张锡箔纸整齐地粘贴在薄膜上，另一端连上一根导线。

②完成铺贴后覆盖另一层薄膜（注意粘好压实），同时对齐铺贴第二层锡箔纸，对应的位置连接另一根导线。

③用纸筒把两层薄膜和锡箔纸卷起来。卷好后用透明胶布把卷筒粘贴好装入透明盒内，引出导线，封盖好盒口，这样简易电容器就制作完成了，即两个正对的锡箔（导体）中间夹绝缘塑料薄膜。

制作需注意，导线要引出，同时锡箔纸和薄膜对齐卷好。学生亲自制作电容器，加深了学生对电容器的理解，同时也提升了实践创作能力。

3.判定不同形态的电容器

把一个装了半瓶盐水的玻璃瓶子放入装有一定数量的盐水水池里，然后把作为电极导线的铜线a、b插入玻璃瓶子和水池。另外备一条铜线，带着绝缘外皮，把它的一头卷成圆环，然后用透明胶带包好备用。可以询问学生，此装置是否为电容器？學生利用自己经验总结的电容器知识，可以判断此物构成电容器，让知识学以致用，同时也让学生明白虽然形态完全不同，但也构成电容器，从而能接受现在各类型态的电容器。

面对自制的电容器，学生会认为空具外形，是否能真正存储电荷，尚未可知。为了激发学生的探究热情，可利用学生已自制的电容器来进行电容器的充电和放电实验。

传感器观察自制电容器的充放电过程，按照教科书的电路图连接好电路，其中用200μA微电流传感器替代电流表，用3V电压传感器替代电压表，调整传感器参数，通过电脑成像，可清晰看见自制电容器的充电和放电时电流的变化特点。重复实验，可以观察到充放电时电压的变化特点。有了具体的电流电压变化特点，请同学们谈谈此时电流的流向和来源，并想一想充电与放电时的能量转化关系。充放电过程中传感器显示的电流电压变化特点，引发学生思考．学生通过掌握的电荷知识分析并解释实验现象，总结得出电容器充电过程，两极板的电荷量增加，极板间的电压增大，电源的能量不断储存在电容器中；放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。利用学生自制的电容器进行实验，学生可直观地理解了电容器储存能量和释放电荷的过程．既参与了制作过程又了解了工作原理，学生对电容器的理解更深入了一层，可在此基础上鼓励学生通过查阅资料和再次的实验探究，寻找电容器储存电荷的特点。

学生利用熟悉的生活物品，自制实验器材，使难以理解的物理现象新奇、有趣地呈现在面前，会增加学生对知识的亲切感和提高创新创作能力。

例如：通过查阅资料发现，平板触屏是利用改变电容而形成触电定位。手指可以在平板上书写但太粗，有诸多不便，铅笔细小但不能书写，基于电容器原理，能否通过锡箔纸与铅笔的结合，创作一支简易的平板书写笔？

实施启发式教学，启发学生在实验环节自主创新，从理论到应用，探寻解决方案，整理收集相关资料、自主实验、改进实验、检查结果。让学生能将高中物理知识运用到实际的生活中解决实际问题，从而使学生的思维能力，创新意识与创新能力得到发展。

结语：通过概念认知、实验探究、模型观测、实践创新等过程。由现象到实质，从定性分析走向实践创作，从理论走向实际，科学地构建起能对电容器进行准确描述与说明的实物模型与概念模型。这个过程是以学生为中心的，循序渐进地提高了他们的科学思维与探索能力，让他们的学习兴趣、自我满足感和协作交流的能力得到了加强，从而培养了他们对科学的追求，很大程度提升了学生的自我创新能力。

参考文献：

[1]李永伟.凸显科学探究的高中物理创新实验研究——以“电容器的电容”教学为例[J].中学物理教学参考.2021（17）：2.

[2]袁园.促进深度学习提升核心素养——以人教版新教材必修3“电容器的电容”为例[J].浙江教学研究，2022（4）：36-40.

[3]基于STEM理念的综合实践活动教学设计——以“电容器的电容”为例[J].物理教师，2022-03-05.

（作者单位：江苏省南京市中华中学）