自主體驗 有效建構——“靜電的利用和防范”一堂課的“體驗”設計與思考

王立斌

（上海復旦大學附屬中學，上海 200433）

1 背景

人類的教育方式和學習方式有兩種不同的類型：一是通過教育者系統的傳授，讓學習者“接受”人類已有的知識；二是通過學習者的親身實踐，“體驗”到知識使用的樂趣，自主建構自己的知識體系，讓學生通過內心體驗和主動參與去學習.通常把與前者相應的教育稱之為“傳授性教育”，與之相適應的學習方式稱之為“接受性學習”，把與后者相適應的教育稱之為“體驗性教育”，與之相適應的學習方式稱之為“研究性學習”.從學生的全面發展來看，這兩種教育、兩種學習方式不可或缺，它們對學生的發展有著不同的價值.對每位學生而言，都是必須的，就像一個人的兩條腿，只有兩條腿都健壯，才能走得穩、跑得快.

過去學生的學習方式比較單一，主要甚至完全依賴接受性學習（包括有意義的接受性學習），這種學習方式比較被動，為此，當前在物理教學中提倡學習方式的多樣化，促進學生轉變學習方式，教師改變教學模式顯得十分必要.《上海市中學物理課程標準》把實現學生學習方式的轉變作為“二期課改”的重要目標之一.［1－2］

靜電很奇妙，學生很有興趣；但是靜電實驗易受干擾，受環境（例如濕度）等因素影響較大，效果不明顯，所以教師在講解“靜電的利用和防范”這一堂課的時候，較多停留在口頭上、黑板上.上海市“二期課改”倡導的“體驗性教育”、“研究性學習”，引發了筆者深入的思考.能否給學生增加一些靜電方面的體驗呢？帶著這樣的思考，筆者重新建構了“靜電的利用和防范”這一堂課，增加了學生的靜電體驗.下面就是這一堂課的“體驗”設計及設計思想.

2 體驗設計及設計思想

體驗1：靜電除塵實驗.

體驗類型：演示實驗.

實驗器材：高壓靜電發生器、靜電除塵演示儀.

實驗步驟和注意事項：

（1）連接高壓靜電發生器和靜電除塵演示儀.

（2）在除塵演示儀內放入煙塵.

為達到較好的實驗效果，需要較濃密的煙霧，可之前收集在其他的容器中.但由于煙霧在容器中本身就會吸附和沉降，所以最好是隨制隨用，而且實驗時，要迅速放入，盡快增加電壓，對比效果才更明顯.

（3）打開靜電發生器開關，增加電壓至3×104V，即可看到煙塵迅速消散.實驗效果如圖1（除塵前）和圖2（除塵后）所示.

圖1

圖2

在筆者的實驗中，正負兩極（徑向）距離約7cm，電壓增至2.5×104V時，即可觀察到明顯的煙塵消除現象.但電壓越高，煙塵消除得越快，而煙塵消除得越快，視覺對比越明顯，實驗效果就越好，所以，筆者建議高壓靜電發生器的輸出電壓要留有適當余量.本實驗可讓學生參與操作，但要注意安全.

設計思想：經濟的高速發展，意味著人們將越來越多的礦物資源轉化為工業原材料和產品，同時也將越來越多的廢棄物拋向大自然.從工廠煙囪中冒出的滾滾濃煙中就含有大量顆粒狀粉塵，它們嚴重污染了環境，影響到作物的生長和人類的健康.

我們要發展，但不要濃煙，怎么辦？靜電能做到.

采用了除塵技術以后，從煙囪的排放物中，再也看不到濃黑的煙霧了.靜電除塵已被人們公認為是高效可靠的除塵技術，廣泛應用在工業除塵領域，［3］并逐漸走進人們的生活.［4－5］

靜電除塵的基本原理不難理解，效果圖也可以找到.但耳聽為虛，眼見為實.如此重要的技術，如果僅停留在“聽說”階段，學生難免懷疑.而如果能親眼看到靜電除塵的效果，體驗靜電除塵的高效，不但可以對靜電的利用形成更直觀的認識，更重要的，是在學生心中埋下一顆用科技踐行環保的種子.

體驗2：靜電潛像.［6］

體驗類型：學生實驗.

實驗器材：“油膜法測分子直徑”的一套實驗儀器（含有機玻璃板1塊、蒸發皿1個、記號筆1支），絲綢（或者類絲綢布料）、面粉.

實驗步驟及注意事項：

（1）清潔有機玻璃板板面.在日常的存儲或者使用中，由于摩擦等原因，板面可能已帶有靜電，這將影響后續實驗效果，所以，在使用有機玻璃板之前，應使用清水洗凈，再用普通棉質抹布（或紙巾）輕拭擦干.注意，要避免使用化纖材質的抹布，減少在擦拭過程中因摩擦而引起的靜電.

（2）制作“靜電筆”.用絲綢裹住記號筆（或其他筆）尖即可.如圖3所示.由于筆被絲綢裹住在板上書寫時，筆跡勢必要變粗，所以在選擇記號筆時，應選擇較細的.“靜電筆”的制作原則就是保證有足夠厚度的絲綢與板面接觸，并且筆跡的粗細要偏細為好.

（3）寫“靜電字”（或畫其他靜電潛像）.用“靜電筆”在有機玻璃板上按正常筆畫順序摩擦寫字，每一筆畫寫2～4次為宜.摩擦次數過少，最后顯影出來的字筆畫不夠清晰；摩擦次數過多，最后顯影出來的字筆畫過粗，甚至筆畫間重疊，使得對比不突出.

（4）顯影.寫好“靜電字”后，將有機玻璃板豎起，用手指尖捏取少量面粉，在有機玻璃板寫有靜電字的一面均勻撒下，讓面粉顆粒飛過板面，如圖4所示，靜電潛像即可顯現.由于有機玻璃板在擦拭過程中，可能會產生額外的靜電，這些額外的靜電也會吸附一些面粉，所以待靜電潛像完全顯出后，保持有機玻璃板面豎直，輕輕敲打，震落冗余面粉，即可得到對比清晰的潛像顯影.如圖5和圖6所示.

圖3

圖4

圖5

圖6

設計思想：在教學實踐中，教師在講到“靜電的防范與利用”這一節內容的時候，靜電復印的基本原理作為典型案例，幾乎是必講的.那么如何將靜電復印的過程講清楚，就成了一線教師備課時候經常思考的問題.

在靜電復印技術的核心原理中，在硒鼓上形成靜電潛像是最為重要的過程.此過程通過教師講解，對學生而言雖然不難理解，但是因為看不見，摸不著，所以學生在學習過程中難免產生懷疑.

如果學生能親自制作一幅靜電潛像，并將其顯現出來，這種自主體驗無疑會加深學生對靜電復印技術的理解，增強靜電利用的認識.

帶著這樣的想法，筆者在準備靜電復印這部分教學內容的過程中重新設計了實驗，對靜電潛像實驗進行了改進，使該實驗具有較高的易操作性和可靠性，便于學生進行自主體驗式學習.

體驗3：電火花的危害——自助加油時因靜電致油槍起火.

體驗類型：視頻體驗.

視頻來源：互聯網.在各大搜索引擎或者視頻網站中輸入“加油站，靜電起火”等關鍵詞即可搜索到相關視頻素材.

視頻截圖如圖7所示.

圖7

設計思想：在人們的生產生活中，靜電引發的事故災害并不罕見.上網搜索一下關鍵詞“靜電事故”，可以看到很多報道.但文字和語言的介紹，相對于圖片和視頻而言，沖擊力不足，難以給學生留下深刻的印象.而如果選用工廠類靜電事故后的圖片，則會由于情境設定與學生的生活距離較遠，不足以引起學生的重視.

互聯網上的資源極其豐富，使用得當可以使教學事半功倍.加油站自助加油時因靜電起火的視頻，能很好彌補文字和圖片的不足，貼近生活，可以帶給學生強烈的視覺沖擊力，配以教師簡單的提問（沒有明火引入，為什么起火了？）、解釋（靜電火花引發的事故）和展開，靜電的危害，不言自明.

體驗4：避雷針原理.

體驗類型：演示實驗.

實驗器材：高壓靜電發生器、尖端放電演示儀.

實驗步驟：

（1）連接高壓靜電發生器和尖端放電演示儀.

（2）先調節尖頂和球頂的高度，使得球頂和尖頂等高.打開靜電發生器開關，增加電壓至發生放電現象.觀察完畢后關閉靜電發生器開關.

（3）再調節尖頂和球頂的高度，使得球頂明顯高于尖頂.重復操作2.

實驗效果如圖8（等高時尖端放電）和圖9（有明顯高度差時高處易放電）所示.

圖8

圖9

設計思想：閃電是生活中另外一種常見的 “電火花”，它是自然界的巨大的靜電放電現象.信息時代，學生在新聞圖片或者影視作品中常可見到雷擊現象，雷擊事故對學生而言，并不陌生.而如何“防止雷擊事故的發生”，或者“降低雷擊的傷害”？這個問題一般學生也能回答得出來——使用避雷針.可是避雷針的原理是什么？安裝避雷針的時候需要注意哪些事情？這些問題學生就比較模糊了.

實際上，在防雷避雷領域里，避雷針是以前的叫法，在中華人民共和國國家標準GB50057—2010《建筑物防雷設計規范》中，已經放棄了這一稱呼，而代之以“接閃桿”.［7］之所以將避雷針改名為接閃桿，是因為以前的名稱不科學，沒有反映出接閃桿的原理.避雷針剛剛出現在中國時，人們以為它可以避免房屋遭受雷擊，所以稱其為避雷針.但事實上，避雷針保護建筑物的方式并不是避免房屋遭受雷擊，而是引雷上身，然后通過其引下線和接地裝置，將雷電流引入地下，從而起到保護建筑物的作用.正因為這個原因，也有人建議將避雷針改名為引雷針，但總的來說，還是接閃桿這個名稱最為貼切.

一套簡單的儀器，兩個簡單的實驗，就可以創造一次近距離的觀察、體驗，而后靜電放電的規律就已經呼之欲出，教師此時再講解就水到渠成了.

3 總結

自主體驗式學習可以讓學生發揮主動精神，真正成為學習過程的主體.自主體驗式學習可以使學生的內在積極性被充分發揮出來，把學習變成一個快樂的過程.自主體驗式學習，把學習與應用的過程直接結合在一起，或者把學習放在真實的情景中，或接近真實的情景中，更有利于學生明白所學習的知識、技能、方法的意義，有利于情感、態度價值觀內化.

因為認識到了體驗在教育領域的重要意義，教育決策者和研究者們都賦予體驗很高的地位.各地的課程改革都強調了教學模式的建構應以學生的體驗為核心，體驗應成為課程論和課程改革新的價值取向.［8－9］

本文是筆者按照物理新課程理念，針對“靜電的利用和防范”這一堂課，構建的一篇以體驗為中心的教學設計.本文中的設計具有以下特點.

（1）增加了學生對靜電的多方面體驗.相對于單純的口頭介紹，讓學生親眼看到靜電除塵的高效，親自制作一幅靜電潛像，這些體驗設計，把知識由紙上的平面介紹改為情景的立體再現，可顯著提高學生的課堂參與度，變被動學習為主動參與.

（2）貼近生活，拉近了學生與科學的距離.例如，靜電除塵實驗的演示，可使學生理解處理工業霧霾的方法，提高用科技踐行環保的意識.靜電潛像的制作，可幫助學生理解復印機的核心原理，感受科技與現代生活的聯系.加油站靜電事故的視頻，可使學生認識到電火花的隱患其實并不遙遠，從而在易燃易爆物品處（例如加油站）提高安全意識.尖端放電實驗，可使學生理解避雷針的基本原理，了解科學防雷避雷的方法.

（3）實驗易操作，現象明顯，可靠性高.高壓靜電發生器的使用，避免了一般靜電實驗效果不明顯，現象可重復性低的缺點.在確保安全的前提下，甚至可以請學生來完成演示實驗，亦可達到良好實驗效果.在靜電潛像中，“顯影劑”——面粉的使用，既提升了實驗效果，又降低了實驗“成本”，便于將演示實驗推廣為學生實驗，增加學生的動手機會和科學體驗.

“靜電利用與防范”的形式、方法很多，在有限的高中教學時間里，面面俱到地介紹、講解不現實，也沒有必要.“從生活出發，增加學生的科學體驗”，就成了這節課內容選取的主要依據.使學生在自主體驗中，生成問題，引發思考，這種學習模式可以拉近物理與日常生活的距離，激發學習興趣，有助于培養學生理論聯系實際的能力.本教學設計，經課堂實踐檢驗，達到了良好的教學效果.學生的一句“（物理）真有趣”就是最好的詮釋，其深遠意義恐不是分數能衡量的.

1 陸伯鴻.上海市中學物理課程標準（試行稿）的改革要點［J］.現代教學，2005（3）.

2 上海教育.《上海市中學物理課程標準（試行稿）》說明http：//www.shmec.gov.cn/web/search＿engine.php.

3 王顯龍，何立波，賈明生，陳恩鑒.靜電除塵器的新應用及其發展方向［J］.工業安全與環保，2003（3）.

4 王志勇，鄧高峰，徐昭煒，王智超，李增和.靜電式空氣凈化器對PM2.5凈化效果研究［J］.環境與健康，2013（7）.

5 堀邦夫，太田敏明.靜電式汽車空氣凈化器［J］.國外汽車，1984（1）.

6 王立斌.靜電潛像實驗的改進研究［J］.物理教學，2014（8）.

7 千素蘭.《建筑物防雷設計規范》GB50057—2010宣貫［J］.電氣工程應用，2011（4）.

8 李鐵美.高中物理體驗式教學研究［D］.北京：首都師范大學碩士學位論文，2007.

9 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（實驗稿）［M］.北京：人民教育出版社，2003.