初中物理教學(xué)的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)

【摘要】本文以《從閃電談起》一課為例，分享初中物理教學(xué)中的“大變噴泉”實(shí)驗(yàn)、摩擦起電實(shí)驗(yàn)、“炸開的尼龍繩”實(shí)驗(yàn)等創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，闡述用flash動(dòng)畫模擬呈現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移過程，化微觀為宏觀的教學(xué)手段。

【關(guān)鍵詞】初中物理 創(chuàng)意實(shí)驗(yàn) 《從閃電談起》

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2020）37-0084-03

電對(duì)人類而言是神秘的，人類既敬畏電又渴望了解電。人們對(duì)電的認(rèn)識(shí)始于閃電和摩擦起電現(xiàn)象。從電學(xué)知識(shí)體系來看，靜電是學(xué)習(xí)電學(xué)的基礎(chǔ)。要想對(duì)電學(xué)有比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，有必要以簡單的靜電現(xiàn)象作為學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，通過模擬閃電現(xiàn)象、經(jīng)歷摩擦起電，消除對(duì)電的神秘感。在桂林市優(yōu)質(zhì)課比賽中，筆者被課例《從閃電談起》（榮獲一等獎(jiǎng)）中的部分片段的巧妙構(gòu)思吸引，下面筆者分享其中幾個(gè)典型片段的巧妙處理，與讀者共賞。

根據(jù)學(xué)段特點(diǎn)，本節(jié)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(guī)律、靜電的應(yīng)用與防護(hù)等內(nèi)容，其中摩擦起電的原因是因?yàn)樯婕霸咏Y(jié)構(gòu)，學(xué)生不容易理解，是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。在教學(xué)中如何將靜電現(xiàn)象放大，使其直觀化、外顯化，引發(fā)學(xué)生的好奇與興趣，是本節(jié)課設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處。

片段一：靜電現(xiàn)象“大變噴泉”

師：同學(xué)們，上課之前，老師先給大家表演一個(gè)魔術(shù)——大變噴泉。

（教師把注射器的針頭用長導(dǎo)線接到手搖起電機(jī)的一個(gè)起電球上，準(zhǔn)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(xué)生A藏在講臺(tái)后面聽指示搖動(dòng)起電機(jī)）

（學(xué)生A先不搖動(dòng)起電機(jī)，教師讓其他學(xué)生認(rèn)真觀察注射器射出的水柱的形狀;接下來，教師暗示學(xué)生A搖動(dòng)起電機(jī)，讓水柱變成“噴泉”。為了讓學(xué)生看清現(xiàn)象，教師可以在紅墨水噴完后再次演示。教師最后請(qǐng)出“魔術(shù)助手”，其他學(xué)生給予掌聲，課堂氣氛高漲?；顒?dòng)用時(shí)3分鐘，掃描圖2中的二維碼即可觀看教學(xué)視頻）

師：為了弄懂噴泉形成的原因，我們這節(jié)課一起來學(xué)習(xí)新課“從閃電談起”。

【賞析】

魔術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)意新穎、有吸引力，很好地激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲。魔術(shù)設(shè)計(jì)操作簡單，只要手搖起電機(jī)能夠提供足量的靜電荷量即可。魔術(shù)中的器材貼近生活，便宜易得。魔術(shù)設(shè)計(jì)可視化視覺效果好，全班學(xué)生都能清晰看到細(xì)水流被排斥散開形成噴泉的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，預(yù)設(shè)效果的達(dá)成度高。魔術(shù)設(shè)計(jì)針對(duì)性強(qiáng)，讓“同種電荷相互排斥”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視，對(duì)新課教學(xué)有非常好的激趣誘導(dǎo)作用。

片段二：摩擦起電

【活動(dòng)一】貼氣球（活動(dòng)時(shí)間2分鐘）

師：有誰能夠不利用膠水，把這個(gè)氣球貼到墻上嗎？

（學(xué)生結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)，將氣球與頭發(fā)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(xué)生通過摩擦筆、直尺等，吸引桌面上的紙屑，體驗(yàn)?zāi)Σ疗痣?，活?dòng)時(shí)間2分鐘）

師：請(qǐng)一位同學(xué)歸納一下自己的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。

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(xué)生先體驗(yàn)氣球摩擦帶電的現(xiàn)象，再通過體驗(yàn)鉛筆摩擦帶電、玻璃棒摩擦帶電的過程，最后歸納實(shí)驗(yàn)的共同特點(diǎn)，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，知識(shí)的形成水到渠成。學(xué)生在體驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)、在發(fā)現(xiàn)中歸納、在歸納中建構(gòu)。

“靜電”是學(xué)生看不見、摸不著的抽象的知識(shí)。教師通過轉(zhuǎn)換，將不易觀察的抽象的“靜電”現(xiàn)象轉(zhuǎn)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(shí)，符合學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣。

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

片段三：電荷間的相互作用

師：我們發(fā)現(xiàn)，不同的電荷間的相互作用是不一樣的，那么，具體的規(guī)律是怎樣的呢？請(qǐng)同學(xué)們利用桌面的器材（玻璃棒、橡膠板、絲綢、毛皮等），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，2分鐘后請(qǐng)同學(xué)起來分享實(shí)驗(yàn)方法。

生1：我們可以把用絲綢摩擦過的玻璃棒放在旋轉(zhuǎn)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(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納結(jié)論。

師：非常好！請(qǐng)大家開始實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)大家注意保持絲綢和毛皮的干燥。4分鐘后小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（學(xué)生探究電荷間的相互作用規(guī)律，教師巡堂指導(dǎo)）

師：實(shí)驗(yàn)時(shí)間到，請(qǐng)小組代表描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

生2：我們發(fā)現(xiàn)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(jié)論是“正電荷和正電荷相互排斥，負(fù)電荷和負(fù)電荷相互排斥，正電荷和負(fù)電荷相互吸引”。

生3：我們組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與上一組的相同，我們歸納的結(jié)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(qǐng)大家給予掌聲！對(duì)比他們的結(jié)論，第二組的結(jié)論更加簡潔，所以我們要記住的規(guī)律是“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”。

師：同學(xué)們，老師手上有一根尼龍繩，當(dāng)我用手把它從上往下捋時(shí)，尼龍繩會(huì)有什么變化呢？

（教師演示“炸開的尼龍繩”實(shí)驗(yàn)，如圖3所示）

師：哪位同學(xué)可以解釋一下，為什么往下捋尼龍繩，它會(huì)散開呢？為什么捋的次數(shù)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(huì)分開;摩擦次數(shù)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?cè)賮砜匆粋€(gè)視頻。

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

生5：接觸靜電球后，頭發(fā)帶上了同種電荷，同種電荷相互排斥，所以頭發(fā)會(huì)散開。

師：非常好，那么大家現(xiàn)在能不能解釋一下上課前的噴泉是怎樣形成的呢？

生6：當(dāng)我們搖動(dòng)起電機(jī)時(shí)，金屬球帶電，通過導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到注射器的針頭上，再由針頭轉(zhuǎn)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(yīng)用實(shí)例比較多，但學(xué)生熟悉的并不多，教師緊扣這一學(xué)情，整合尼龍繩摩擦排斥實(shí)驗(yàn)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)站中的人的頭發(fā)帶電排斥實(shí)驗(yàn)，既有生活中常見的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又有科技感強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。尼龍繩摩擦帶電，學(xué)生熟悉，器材易得，操作簡單;科學(xué)實(shí)驗(yàn)站中的靜電球電荷量多，手接觸靜電球，頭發(fā)立即散開，效果夸張、有趣，非學(xué)生生活常見，容易引發(fā)學(xué)生的好奇心理。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中同種電荷互相排斥的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，設(shè)計(jì)通俗易懂，有互通之處，容易激發(fā)學(xué)生興趣、開闊學(xué)生視野、發(fā)散學(xué)生思維，易于深化新知認(rèn)識(shí)，形成物理觀念。

巧用資源。教師充分利用網(wǎng)絡(luò)資源“科學(xué)實(shí)驗(yàn)站”助力“電荷間相互作用”規(guī)律的應(yīng)用，情景新鮮新穎、語言活潑幽默、視覺沖擊力強(qiáng)，且與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)生易深入學(xué)習(xí)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?xí)刮矬w帶電，而且?guī)щ姺N類會(huì)不同呢？為了揭開這個(gè)問題的面紗，我們先來復(fù)習(xí)一下原子的結(jié)構(gòu)。請(qǐng)一名同學(xué)起來說一說原子的組成結(jié)構(gòu)。

生1：原子由原子核和核外電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成。

師（展示原子結(jié)構(gòu)組成文字和圖片并追問）：電子、質(zhì)子、中子的帶電情況如何？

生2：電子帶負(fù)電，質(zhì)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?yàn)殡娮拥膸щ娏亢唾|(zhì)子的帶電量相同。

師：是的，正常情況下原子不顯電性，當(dāng)相互摩擦?xí)r，就展開了一場(chǎng)電子爭(zhēng)奪戰(zhàn)！

（教師請(qǐng)男生甲和男生乙上講臺(tái)進(jìn)行游戲。一人發(fā)一個(gè)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(duì)方的“電子”，比一比誰能贏。游戲結(jié)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(gè)人的正負(fù)電荷數(shù)相同，現(xiàn)在甲同學(xué)搶到了電子，那么他帶什么電？

生：負(fù)電。

師：乙同學(xué)失去電子，那么他帶什么電？

生：正電。

師：為什么甲同學(xué)能搶到“電子”？

生：因?yàn)榧淄瑢W(xué)力氣大。

師：對(duì)的，我們類比原子。不同的原子核對(duì)電子的束縛能力是不同的，在兩個(gè)物體摩擦的過程中，原子核束縛電子能力強(qiáng)的就會(huì)得到對(duì)方的電子，原子核束縛電子能力弱的就會(huì)失去電子。得到電子的物體帶負(fù)電，失去電子的物體帶正電。

（教師播放“摩擦起電實(shí)質(zhì)”動(dòng)畫視頻，隨后歸納并板書：摩擦起電的實(shí)質(zhì)——電子的轉(zhuǎn)移。得到電子的物體帶負(fù)電，失去電子的物體帶正電）

【賞析】

巧用科學(xué)方法。肉眼看不見原子結(jié)構(gòu)，也看不見摩擦起電過程中電子的得失轉(zhuǎn)移，認(rèn)知過程內(nèi)隱，認(rèn)知圖式抽象，學(xué)生比較難想象電子的轉(zhuǎn)移過程。如何轉(zhuǎn)換認(rèn)知讓學(xué)生看見電子的轉(zhuǎn)移過程，是教師需要精心設(shè)計(jì)的。常見的是教師用Flash動(dòng)畫模擬電子的轉(zhuǎn)移過程。在本課中，教師巧用擬人、類比等方法帶領(lǐng)學(xué)生轉(zhuǎn)換認(rèn)知，化微觀為宏觀。用宏觀的游戲呈現(xiàn)電子得失的過程，符合學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣，讓學(xué)生易于接受和理解。此游戲雖然不夠嚴(yán)謹(jǐn)，但從初中生的認(rèn)知思維習(xí)慣角度出發(fā)，確實(shí)達(dá)到了預(yù)設(shè)目標(biāo)。教師接下來再用Flash動(dòng)畫模擬呈現(xiàn)，也算是課堂調(diào)控互動(dòng)的巧妙一筆。

本節(jié)內(nèi)容是學(xué)生學(xué)習(xí)電學(xué)的第一課，一個(gè)精彩的、直觀的、出乎意料的引入，成功激發(fā)了學(xué)生對(duì)電學(xué)第一課持續(xù)的、濃厚的興趣，喚醒了學(xué)生的已有認(rèn)知，激活了學(xué)生的思維線索。采用擬人等宏觀類比的方法，攻克靜電知識(shí)中的難點(diǎn)，符合學(xué)生思維發(fā)展的特點(diǎn)，教學(xué)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(jí)教師，主要從事初中物理教學(xué)研究。

（責(zé)編 劉小瑗）