营造工程教育情境树立学生实践意识范文

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1电容器及其理论知识点教学基本要求

电容器是一种容纳电荷的器件．实际上任何2个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器．静电场及其理论中的电容器这一知识点，学生在高中已有所接触，又在大学课堂讲授，学生会有重复感．但电容器及其理论是学生特别是电类专业学生专业理论的重要基础知识，对电容器及其理论的讲解，须对照文献[1]的要求，使学生达到理解电容的概念，掌握电容器的储能公式，能计算典型电容器的电容，了解电容器的应用等基本要求[1]．电容器及其理论知识点，其地位和作用主要体现在知识体系的前后联系，以及在讨论静电场能量的分析上．这个知识点应该放在更加突出的位置，主要有2方面的原因：

（1）以电类专业学生的知识结构为例，电容器及其理论是学生后续课程（如电路、电子技术、电工学、自动控制原理等课程）的基础．将这个知识点放在比较突出的位置，能够促进基础课与专业基础课和专业课的紧密衔接．

（2）电容器及其理论在工程技术领域中，应用十分广泛，其理论自身不断更新，电容器的制作技术不断提高，如新能源器件中超级电容器技术的发展[2]．将这个知识点放在比较突出的位置，营造相应工程教育情境，能够引导学生理论联系实际，帮助学生以工程和实践应用的视角来学习这个知识点．

2电容器及其理论知识点工程教育情境的营造

电容器及其理论如果直接按部就班讲授给学生，虽然能够使学生理解电容的概念，掌握电容器的储能公式等，实现教学基本要求，但为了避免给学生带来与中学知识重复的感觉，在讲解时恰当融入工程教育素材，构造工程应用情境，以其新奇激发学生对该问题的学习兴趣，在实现教学基本要求的同时，实现对学生工程意识、实践意识的培养．

2.1典型电容器工程教育情境的营造典型电容器包括平行板电容器、同轴柱形电容器、同心球形电容器3种，比较容易计算出它们的电容．

2.1.1平行板电容器在电子工程中有很多元器件，其本质就是一种平板电容器，或者可以视为是由平行板电容器为基本单元组成的系统．例如：收音机中的同轴双联空气可变电容器（双联）就是典型的一例．为了配合讲解，利用多媒体图文展示不同历史时期收音机中的空气可变电容器的实物．通过融入这样的工程技术素材，学生看到了平行板电容器的实物结构，感受到了技术的变迁和升级，了解了双联器件在收音机工作中所起到的调频或调幅作用．

2.1.2轴柱形电容器它是电子线路中最常见的一种电子元器件．为了说明它的广泛应用和功能，借助多媒体图文，展示了多幅电路图和生活中众多电器内部实物结构图．以圆柱形铝电解电容器为例讲解，在完成基础理论讲解的同时，展示出基础理论与实际工程技术之间的联系和差距．在教科书中一般只推理了真空条件下同轴柱形电容器的电容公式，但在讲解时，展示了电容器的制造工艺，并通过举例来探讨提高电容值的途径，这就为知识的讲解营造了丰富的工程教育情境．

2.1.3同心球形电容器很难直接从工程应用中找到其相应的素材．在讲授时引用了“地球是一个异常巨大的电容器”的观点[3]：高温高压下的地核视为正极，它具有惊人的密度；而将地幔层与地壳之间的结构视为负极，这样就可以把地球看成是一个正极在球心、负极在球壳处异常巨大的电容器．

2.2超级电容器工程教育情境的营造在讲解经典电容器时，适当融入超级电容器有关内容，可以提高课堂教学知识的更新度．由于工程技术需要不断提高电容器的电容值，因此可以从提高平行板电容器容量的角度引出超级电容器的概念——超级电容器，是一种电容量可达数千法拉的电容器．根据平行板电容器的原理，电容量取决于电极间的距离和电极表面积．为了增大电容量，超级电容器尽可能缩小电极间距离、增加电极表面积，为此采用了双电层原理和活性炭多孔化电极．双电层介质在电容器两电极施加电压时，在靠近电极的电介质界面上产生与电极所携带电荷相反的电荷，并被束缚在介质界面上，形成事实上的电容器的2个电极．容易看出，两电极的距离仅几nm，同时活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积．因而这种结构的超级电容器具有极大的电容量，并可以存储很大的静电能量．适当介绍超级电容器的特点，如功率密度高、充放电循环寿命长、充电时间短、实现高比功率和高比能量输出、储存寿命极长，以及可靠性高等优势．引导学生理解这些特点或优势正是目前很多高新技术领域的技术要求，如利用超级电容器具有快速充电的特性，可做电动工具和玩具的理想电源．

2.3电容式传感器工程教育情境的营造很多传感器探头其实质是具有可变参数的电容器．把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器，即为电容式传感器[4]．以平行板电容器的电容公式C=εS/d为例，ε,S,d3个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量．相应地，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型3类．极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、振动等引起的极距变化；面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移；介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定等．在讨论平行板电容器的电容量的影响因素时，逆向思维，学生就不难理解上述电容器的制造原理和传感原理．在讲授时，以驻极体电容传声器为例[5]，讲解其工作原理，展示相关技术的发展动态，列举驻极体电容传声器广泛应用范围，如手机、电话机、MP3/MP4、数码相机、摄像机、语音识别系统、电脑等产品．由于这些例子就是生活中的实例，能够引起学生的兴趣．通过融入电容式传感器的制作和工作原理素材，引导学生明白很多时候关注到的是一个客观事物的不同侧面；在工程应用上，工程技术所需要的通常也是同一客观事物的某个侧面属性．例如：超级电容器关注的是其容量，而对电容式传感器关注的则是机械物位、介质性质等因素对电容的影响，进而通过电容的变化反映被测目标的变化等．工程教育情境的营造，背景的勾勒，使学生看到了科学兴趣和实际生活的需要推动了新发明；明白了除了偶然发现所带来的发明之外，需要是发明的主要动力；体会了细致观察和执着的必要性，最终提高了学学物理的兴趣．这些实际效果，通过期末的问卷调查，学生给予了反馈．有关电容器知识及理论所涉及的工程教育素材，已经编入教材中[6]．融入工程教育素材后，讲解电容器知识及理论，消除了学生对这部分知识的重复感，实现了理论与实际应用的紧密结合，强化了学生工程实践意识，拉近了学生与工程应用领域的距离．