初中物理教學的創意實驗

【摘要】本文以《從閃電談起》一課為例，分享初中物理教學中的“大變噴泉”實驗、摩擦起電實驗、“炸開的尼龍繩”實驗等創意實驗，闡述用flash動畫模擬呈現電子的轉移過程，化微觀為宏觀的教學手段。

【關鍵詞】初中物理 創意實驗 《從閃電談起》

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）37-0084-03

電對人類而言是神秘的，人類既敬畏電又渴望了解電。人們對電的認識始于閃電和摩擦起電現象。從電學知識體系來看，靜電是學習電學的基礎。要想對電學有比較系統的認識，有必要以簡單的靜電現象作為學習的起點，通過模擬閃電現象、經歷摩擦起電，消除對電的神秘感。在桂林市優質課比賽中，筆者被課例《從閃電談起》（榮獲一等獎）中的部分片段的巧妙構思吸引，下面筆者分享其中幾個典型片段的巧妙處理，與讀者共賞。

根據學段特點，本節教材主要安排有摩擦起電及其原因、兩種電荷及電荷間相互作用的規律、靜電的應用與防護等內容，其中摩擦起電的原因是因為涉及原子結構，學生不容易理解，是學生學習的難點。在教學中如何將靜電現象放大，使其直觀化、外顯化，引發學生的好奇與興趣，是本節課設計的關鍵之處。

片段一：靜電現象“大變噴泉”

師：同學們，上課之前，老師先給大家表演一個魔術——大變噴泉。

（教師把注射器的針頭用長導線接到手搖起電機的一個起電球上，準備好一大燒杯紅墨水，提前抽滿一注射器的紅墨水，如圖1，讓學生A藏在講臺后面聽指示搖動起電機）

（學生A先不搖動起電機，教師讓其他學生認真觀察注射器射出的水柱的形狀;接下來，教師暗示學生A搖動起電機，讓水柱變成“噴泉”。為了讓學生看清現象，教師可以在紅墨水噴完后再次演示。教師最后請出“魔術助手”，其他學生給予掌聲，課堂氣氛高漲?；顒佑脮r3分鐘，掃描圖2中的二維碼即可觀看教學視頻）

師：為了弄懂噴泉形成的原因，我們這節課一起來學習新課“從閃電談起”。

【賞析】

魔術設計創意新穎、有吸引力，很好地激發了學生的好奇心和求知欲。魔術設計操作簡單，只要手搖起電機能夠提供足量的靜電荷量即可。魔術中的器材貼近生活，便宜易得。魔術設計可視化視覺效果好，全班學生都能清晰看到細水流被排斥散開形成噴泉的實驗現象，預設效果的達成度高。魔術設計針對性強，讓“同種電荷相互排斥”的實驗現象可視，對新課教學有非常好的激趣誘導作用。

片段二：摩擦起電

【活動一】貼氣球（活動時間2分鐘）

師：有誰能夠不利用膠水，把這個氣球貼到墻上嗎？

（學生結合已有經驗，將氣球與頭發摩擦，把氣球貼到墻上）

師：摩擦后的氣球可以貼到墻上，那么，我們能不能利用摩擦的方法，用筆、直尺等吸引桌面的紙屑呢？

（學生通過摩擦筆、直尺等，吸引桌面上的紙屑，體驗摩擦起電，活動時間2分鐘）

師：請一位同學歸納一下自己的實驗發現。

生1：摩擦后的鉛筆和直尺可以吸引紙屑。

師：很好，摩擦后的物體能夠吸引輕小物體，我們就說它帶了電。用摩擦的方法使物體帶電，我們稱之為摩擦起電。

（教師演示用絲綢摩擦后的玻璃棒吸引輕小紙屑，用毛皮摩擦后的橡膠棒吸引輕小紙屑）

師：我們就說玻璃棒和橡膠棒摩擦后都帶了電。

【賞析】

學生先體驗氣球摩擦帶電的現象，再通過體驗鉛筆摩擦帶電、玻璃棒摩擦帶電的過程，最后歸納實驗的共同特點，符合學生的認知特點，知識的形成水到渠成。學生在體驗中發現、在發現中歸納、在歸納中建構。

“靜電”是學生看不見、摸不著的抽象的知識。教師通過轉換，將不易觀察的抽象的“靜電”現象轉化為具體的、可視的“貼在墻上的氣球”具象，因看見“貼”在墻上的氣球從而“看見”靜電知識，符合學生的認知習慣。

教學過程中，形象思維過渡到抽象思維自然順暢，豐富學生原有的感性認知，豐富學生頭腦中信息加工的圖式線索，為提高學生的邏輯思維能力提供腳手架，降低學生學習抽象知識的難度，順利高效地建構概念，生成科學概念——摩擦起電，符合概念形成的認知思維進階。

片段三：電荷間的相互作用

師：我們發現，不同的電荷間的相互作用是不一樣的，那么，具體的規律是怎樣的呢？請同學們利用桌面的器材（玻璃棒、橡膠板、絲綢、毛皮等），設計實驗進行探究，2分鐘后請同學起來分享實驗方法。

生1：我們可以把用絲綢摩擦過的玻璃棒放在旋轉支架上，將另一根用絲綢摩擦過的玻璃棒靠近它，觀察它們之間的相互作用。還可以用同樣的方法探究橡膠棒與橡膠棒，橡膠棒與玻璃棒之間的相互作用，再根據實驗現象歸納結論。

師：非常好！請大家開始實驗。請大家注意保持絲綢和毛皮的干燥。4分鐘后小組匯報實驗結果。

（學生探究電荷間的相互作用規律，教師巡堂指導）

師：實驗時間到，請小組代表描述實驗現象，并歸納實驗結論。

生2：我們發現絲綢摩擦過的兩根玻璃棒相互排斥，毛皮摩擦過的兩根橡膠棒相互排斥，而絲綢摩擦過的玻璃棒和毛皮摩擦過的橡膠棒相互吸引。我們得出的結論是“正電荷和正電荷相互排斥，負電荷和負電荷相互排斥，正電荷和負電荷相互吸引”。

生3：我們組的實驗現象與上一組的相同，我們歸納的結論是“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”。

師：兩位小組代表都表述得非常好，請大家給予掌聲！對比他們的結論，第二組的結論更加簡潔，所以我們要記住的規律是“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”。

師：同學們，老師手上有一根尼龍繩，當我用手把它從上往下捋時，尼龍繩會有什么變化呢？

（教師演示“炸開的尼龍繩”實驗，如圖3所示）

師：哪位同學可以解釋一下，為什么往下捋尼龍繩，它會散開呢？為什么捋的次數越多，散開的角度越大？

生4：手摩擦后的尼龍繩帶上同種電荷，同種電荷相互排斥，所以尼龍繩會分開;摩擦次數越多，尼龍繩帶的同種電荷越多，散開角度越大。

師：非常好，接下來我們再來看一個視頻。

（教師播放視頻片段，視頻中的人用手接觸靜電球，頭發散開變成“爆炸頭”。請學生解釋原因）

生5：接觸靜電球后，頭發帶上了同種電荷，同種電荷相互排斥，所以頭發會散開。

師：非常好，那么大家現在能不能解釋一下上課前的噴泉是怎樣形成的呢？

生6：當我們搖動起電機時，金屬球帶電，通過導線轉移到注射器的針頭上，再由針頭轉移到水柱上，使水柱帶上同種電荷，同種電荷相互排斥使得水分開，形成噴泉。

【賞析】

生活和科技前沿互通。生活中，同種電荷互相排斥的應用實例比較多，但學生熟悉的并不多，教師緊扣這一學情，整合尼龍繩摩擦排斥實驗及科學實驗站中的人的頭發帶電排斥實驗，既有生活中常見的實驗現象，又有科技感強的實驗現象。尼龍繩摩擦帶電，學生熟悉，器材易得，操作簡單;科學實驗站中的靜電球電荷量多，手接觸靜電球，頭發立即散開，效果夸張、有趣，非學生生活常見，容易引發學生的好奇心理。兩個實驗中同種電荷互相排斥的實驗現象明顯，設計通俗易懂，有互通之處，容易激發學生興趣、開闊學生視野、發散學生思維，易于深化新知認識，形成物理觀念。

巧用資源。教師充分利用網絡資源“科學實驗站”助力“電荷間相互作用”規律的應用，情景新鮮新穎、語言活潑幽默、視覺沖擊力強，且與時俱進，學生易深入學習情景中，并致力解決問題。

片段四：摩擦起電的原因

師：為什么摩擦會使物體帶電，而且帶電種類會不同呢？為了揭開這個問題的面紗，我們先來復習一下原子的結構。請一名同學起來說一說原子的組成結構。

生1：原子由原子核和核外電子組成，原子核由質子和中子組成。

師（展示原子結構組成文字和圖片并追問）：電子、質子、中子的帶電情況如何？

生2：電子帶負電，質子帶正電，中子不帶電。

師：正常情況下原子是否顯示電性？為什么？

生3：不顯電性，因為電子的帶電量和質子的帶電量相同。

師：是的，正常情況下原子不顯電性，當相互摩擦時，就展開了一場電子爭奪戰！

（教師請男生甲和男生乙上講臺進行游戲。一人發一個氣排球，男生代表原子核，氣排球表示電子。在教師喊“開始”之后，“原子核”開始搶奪對方的“電子”，比一比誰能贏。游戲結束，男生甲搶到男生乙的“電子”，全班給予掌聲）

師：剛開始，他們每個人的正負電荷數相同，現在甲同學搶到了電子，那么他帶什么電？

生：負電。

師：乙同學失去電子，那么他帶什么電？

生：正電。

師：為什么甲同學能搶到“電子”？

生：因為甲同學力氣大。

師：對的，我們類比原子。不同的原子核對電子的束縛能力是不同的，在兩個物體摩擦的過程中，原子核束縛電子能力強的就會得到對方的電子，原子核束縛電子能力弱的就會失去電子。得到電子的物體帶負電，失去電子的物體帶正電。

（教師播放“摩擦起電實質”動畫視頻，隨后歸納并板書：摩擦起電的實質——電子的轉移。得到電子的物體帶負電，失去電子的物體帶正電）

【賞析】

巧用科學方法。肉眼看不見原子結構，也看不見摩擦起電過程中電子的得失轉移，認知過程內隱，認知圖式抽象，學生比較難想象電子的轉移過程。如何轉換認知讓學生看見電子的轉移過程，是教師需要精心設計的。常見的是教師用Flash動畫模擬電子的轉移過程。在本課中，教師巧用擬人、類比等方法帶領學生轉換認知，化微觀為宏觀。用宏觀的游戲呈現電子得失的過程，符合學生的認知習慣，讓學生易于接受和理解。此游戲雖然不夠嚴謹，但從初中生的認知思維習慣角度出發，確實達到了預設目標。教師接下來再用Flash動畫模擬呈現，也算是課堂調控互動的巧妙一筆。

本節內容是學生學習電學的第一課，一個精彩的、直觀的、出乎意料的引入，成功激發了學生對電學第一課持續的、濃厚的興趣，喚醒了學生的已有認知，激活了學生的思維線索。采用擬人等宏觀類比的方法，攻克靜電知識中的難點，符合學生思維發展的特點，教學收到了事半功倍的效果。

作者簡介：馬利芳（1975— ），女，廣西桂林人，教育碩士，高級教師，主要從事初中物理教學研究。

（責編 劉小瑗）