初中物理教学的创意实验

【摘要】本文以《从闪电谈起》一课为例，分享初中物理教学中的“大变喷泉”实验、摩擦起电实验、“炸开的尼龙绳”实验等创意实验，阐述用flash动画模拟呈现电子的转移过程，化微观为宏观的教学手段。

【关键词】初中物理 创意实验 《从闪电谈起》

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）37-0084-03

电对人类而言是神秘的，人类既敬畏电又渴望了解电。人们对电的认识始于闪电和摩擦起电现象。从电学知识体系来看，静电是学习电学的基础。要想对电学有比较系统的认识，有必要以简单的静电现象作为学习的起点，通过模拟闪电现象、经历摩擦起电，消除对电的神秘感。在桂林市优质课比赛中，笔者被课例《从闪电谈起》（荣获一等奖）中的部分片段的巧妙构思吸引，下面笔者分享其中几个典型片段的巧妙处理，与读者共赏。

根据学段特点，本节教材主要安排有摩擦起电及其原因、两种电荷及电荷间相互作用的规律、静电的应用与防护等内容，其中摩擦起电的原因是因为涉及原子结构，学生不容易理解，是学生学习的难点。在教学中如何将静电现象放大，使其直观化、外显化，引发学生的好奇与兴趣，是本节课设计的关键之处。

片段一：静电现象“大变喷泉”

师：同学们，上课之前，老师先给大家表演一个魔术——大变喷泉。

（教师把注射器的针头用长导线接到手摇起电机的一个起电球上，准备好一大烧杯红墨水，提前抽满一注射器的红墨水，如图1，让学生A藏在讲台后面听指示摇动起电机）

（学生A先不摇动起电机，教师让其他学生认真观察注射器射出的水柱的形状;接下来，教师暗示学生A摇动起电机，让水柱变成“喷泉”。为了让学生看清现象，教师可以在红墨水喷完后再次演示。教师最后请出“魔术助手”，其他学生给予掌声，课堂气氛高涨。活动用时3分钟，扫描图2中的二维码即可观看教学视频）

师：为了弄懂喷泉形成的原因，我们这节课一起来学习新课“从闪电谈起”。

【赏析】

魔术设计创意新颖、有吸引力，很好地激发了学生的好奇心和求知欲。魔术设计操作简单，只要手摇起电机能够提供足量的静电荷量即可。魔术中的器材贴近生活，便宜易得。魔术设计可视化视觉效果好，全班学生都能清晰看到细水流被排斥散开形成喷泉的实验现象，预设效果的达成度高。魔术设计针对性强，让“同种电荷相互排斥”的实验现象可视，对新课教学有非常好的激趣诱导作用。

片段二：摩擦起电

【活动一】贴气球（活动时间2分钟）

师：有谁能够不利用胶水，把这个气球贴到墙上吗？

（学生结合已有经验，将气球与头发摩擦，把气球贴到墙上）

师：摩擦后的气球可以贴到墙上，那么，我们能不能利用摩擦的方法，用笔、直尺等吸引桌面的纸屑呢？

（学生通过摩擦笔、直尺等，吸引桌面上的纸屑，体验摩擦起电，活动时间2分钟）

师：请一位同学归纳一下自己的实验发现。

生1：摩擦后的铅笔和直尺可以吸引纸屑。

师：很好，摩擦后的物体能够吸引轻小物体，我们就说它带了电。用摩擦的方法使物体带电，我们称之为摩擦起电。

（教师演示用丝绸摩擦后的玻璃棒吸引轻小纸屑，用毛皮摩擦后的橡胶棒吸引轻小纸屑）

师：我们就说玻璃棒和橡胶棒摩擦后都带了电。

【赏析】

学生先体验气球摩擦带电的现象，再通过体验铅筆摩擦带电、玻璃棒摩擦带电的过程，最后归纳实验的共同特点，符合学生的认知特点，知识的形成水到渠成。学生在体验中发现、在发现中归纳、在归纳中建构。

“静电”是学生看不见、摸不着的抽象的知识。教师通过转换，将不易观察的抽象的“静电”现象转化为具体的、可视的“贴在墙上的气球”具象，因看见“贴”在墙上的气球从而“看见”静电知识，符合学生的认知习惯。

教学过程中，形象思维过渡到抽象思维自然顺畅，丰富学生原有的感性认知，丰富学生头脑中信息加工的图式线索，为提高学生的逻辑思维能力提供脚手架，降低学生学习抽象知识的难度，顺利高效地建构概念，生成科学概念——摩擦起电，符合概念形成的认知思维进阶。

片段三：电荷间的相互作用

师：我们发现，不同的电荷间的相互作用是不一样的，那么，具体的规律是怎样的呢？请同学们利用桌面的器材（玻璃棒、橡胶板、丝绸、毛皮等），设计实验进行探究，2分钟后请同学起来分享实验方法。

生1：我们可以把用丝绸摩擦过的玻璃棒放在旋转支架上，将另一根用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近它，观察它们之间的相互作用。还可以用同样的方法探究橡胶棒与橡胶棒，橡胶棒与玻璃棒之间的相互作用，再根据实验现象归纳结论。

师：非常好！请大家开始实验。请大家注意保持丝绸和毛皮的干燥。4分钟后小组汇报实验结果。

（学生探究电荷间的相互作用规律，教师巡堂指导）

师：实验时间到，请小组代表描述实验现象，并归纳实验结论。

生2：我们发现丝绸摩擦过的两根玻璃棒相互排斥，毛皮摩擦过的两根橡胶棒相互排斥，而丝绸摩擦过的玻璃棒和毛皮摩擦过的橡胶棒相互吸引。我们得出的结论是“正电荷和正电荷相互排斥，负电荷和负电荷相互排斥，正电荷和负电荷相互吸引”。

生3：我们组的实验现象与上一组的相同，我们归纳的结论是“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”。

师：两位小组代表都表述得非常好，请大家给予掌声！对比他们的结论，第二组的结论更加简洁，所以我们要记住的规律是“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”。

师：同学们，老师手上有一根尼龙绳，当我用手把它从上往下捋时，尼龙绳会有什么变化呢？

（教师演示“炸开的尼龙绳”实验，如图3所示）

师：哪位同学可以解释一下，为什么往下捋尼龙绳，它会散开呢？为什么捋的次数越多，散开的角度越大？

生4：手摩擦后的尼龙绳带上同种电荷，同种电荷相互排斥，所以尼龙绳会分开;摩擦次数越多，尼龙绳带的同种电荷越多，散开角度越大。

师：非常好，接下来我们再来看一个视频。

（教师播放视频片段，视频中的人用手接触静电球，头发散开变成“爆炸头”。请学生解释原因）

生5：接触静电球后，头发带上了同种电荷，同种电荷相互排斥，所以头发会散开。

师：非常好，那么大家现在能不能解释一下上课前的喷泉是怎样形成的呢？

生6：当我们摇动起电机时，金属球带电，通过导线转移到注射器的针头上，再由针头转移到水柱上，使水柱带上同种电荷，同种电荷相互排斥使得水分开，形成喷泉。

【赏析】

生活和科技前沿互通。生活中，同种电荷互相排斥的应用实例比较多，但学生熟悉的并不多，教师紧扣这一学情，整合尼龙绳摩擦排斥实验及科学实验站中的人的头发带电排斥实验，既有生活中常见的实驗现象，又有科技感强的实验现象。尼龙绳摩擦带电，学生熟悉，器材易得，操作简单;科学实验站中的静电球电荷量多，手接触静电球，头发立即散开，效果夸张、有趣，非学生生活常见，容易引发学生的好奇心理。两个实验中同种电荷互相排斥的实验现象明显，设计通俗易懂，有互通之处，容易激发学生兴趣、开阔学生视野、发散学生思维，易于深化新知认识，形成物理观念。

巧用资源。教师充分利用网络资源“科学实验站”助力“电荷间相互作用”规律的应用，情景新鲜新颖、语言活泼幽默、视觉冲击力强，且与时俱进，学生易深入学习情景中，并致力解决问题。

片段四：摩擦起电的原因

师：为什么摩擦会使物体带电，而且带电种类会不同呢？为了揭开这个问题的面纱，我们先来复习一下原子的结构。请一名同学起来说一说原子的组成结构。

生1：原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子组成。

师（展示原子结构组成文字和图片并追问）：电子、质子、中子的带电情况如何？

生2：电子带负电，质子带正电，中子不带电。

师：正常情况下原子是否显示电性？为什么？

生3：不显电性，因为电子的带电量和质子的带电量相同。

师：是的，正常情况下原子不显电性，当相互摩擦时，就展开了一场电子争夺战！

（教师请男生甲和男生乙上讲台进行游戏。一人发一个气排球，男生代表原子核，气排球表示电子。在教师喊“开始”之后，“原子核”开始抢夺对方的“电子”，比一比谁能赢。游戏结束，男生甲抢到男生乙的“电子”，全班给予掌声）

师：刚开始，他们每个人的正负电荷数相同，现在甲同学抢到了电子，那么他带什么电？

生：负电。

师：乙同学失去电子，那么他带什么电？

生：正电。

师：为什么甲同学能抢到“电子”？

生：因为甲同学力气大。

师：对的，我们类比原子。不同的原子核对电子的束缚能力是不同的，在两个物体摩擦的过程中，原子核束缚电子能力强的就会得到对方的电子，原子核束缚电子能力弱的就会失去电子。得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。

（教师播放“摩擦起电实质”动画视频，随后归纳并板书：摩擦起电的实质——电子的转移。得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电）

【赏析】

巧用科学方法。肉眼看不见原子结构，也看不见摩擦起电过程中电子的得失转移，认知过程内隐，认知图式抽象，学生比较难想象电子的转移过程。如何转换认知让学生看见电子的转移过程，是教师需要精心设计的。常见的是教师用Flash动画模拟电子的转移过程。在本课中，教师巧用拟人、类比等方法带领学生转换认知，化微观为宏观。用宏观的游戏呈现电子得失的过程，符合学生的认知习惯，让学生易于接受和理解。此游戏虽然不够严谨，但从初中生的认知思维习惯角度出发，确实达到了预设目标。教师接下来再用Flash动画模拟呈现，也算是课堂调控互动的巧妙一笔。

本节内容是学生学习电学的第一课，一个精彩的、直观的、出乎意料的引入，成功激发了学生对电学第一课持续的、浓厚的兴趣，唤醒了学生的已有认知，激活了学生的思维线索。采用拟人等宏观类比的方法，攻克静电知识中的难点，符合学生思维发展的特点，教学收到了事半功倍的效果。

作者简介：马利芳（1975— ），女，广西桂林人，教育硕士，高级教师，主要从事初中物理教学研究。

（责编 刘小瑗）