基于科學(xué)探究的初中靜電教學(xué)研究

摘 要 靜電的產(chǎn)生方式可以分為三種，摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電。學(xué)生在進(jìn)行靜電相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中，對(duì)摩擦起電這一現(xiàn)象在生活中接觸的較多，理解起來(lái)相對(duì)較容易，而對(duì)于感應(yīng)起電、接觸起電兩種起電方式的直觀感受較少，增加了學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)的難度，同時(shí)對(duì)于感應(yīng)起電和接觸起電的區(qū)分也是教學(xué)中的難點(diǎn)之一。為突破相關(guān)的教學(xué)難點(diǎn)，教師采用營(yíng)造問題情境，學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生動(dòng)手制作簡(jiǎn)易自制教具實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電的實(shí)驗(yàn)探究，在探究的過程中完善學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)及探究能力。

關(guān)鍵詞 靜電教學(xué) 摩擦起電 感應(yīng)起電 接觸起電 綜合素養(yǎng) 探究能力

在初中物理教學(xué)中，靜電的產(chǎn)生和本質(zhì)是相對(duì)比較抽象的知識(shí)內(nèi)容，學(xué)生在相關(guān)概念的理解上存在著一定的困難，而如何將抽象的知識(shí)，看不見的靜電形象化，具體化，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解是教學(xué)中的重點(diǎn)問題，也是難點(diǎn)問題。為突破這一教學(xué)難點(diǎn)，本研究采用以問題為引導(dǎo)的階梯式科學(xué)探究模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)置，力圖使學(xué)生在自主探究的模式下體驗(yàn)靜電知識(shí)的本質(zhì)，理解產(chǎn)生靜電現(xiàn)象的原因。

1以問題為引導(dǎo)的科學(xué)探究靜電課程

靜電的產(chǎn)生有摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電三種方式。對(duì)于學(xué)生而言，在生活中最常見的、最容易體驗(yàn)的現(xiàn)象是用摩擦的方法使物體起電。比如說(shuō)用塑料梳子梳頭發(fā)，在頭發(fā)干燥的情況下，頭發(fā)會(huì)跟隨梳子的離去而飛起，甚至還會(huì)聽到響聲；北方的冬天在脫毛衣的時(shí)候能夠聽到噼啪的響聲，甚至有時(shí)候能夠看到電火花……這些都是由于摩擦使物體起電的方式，當(dāng)兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r，一些束縛的不緊的電子往往從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來(lái)電中性的物體由于得到電子而起負(fù)電，失去電子的則起正電。對(duì)于“摩擦使物體起電”的方式學(xué)生由于有生活方面的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)它的理解還是相對(duì)容易一些的。而對(duì)于接觸起電和感應(yīng)起電的生活實(shí)例是較少的，又是不容易辨別的兩種產(chǎn)生靜電的方式，他們更為抽象，更不易理解靜電產(chǎn)生的本質(zhì)。此外，這一現(xiàn)象即使出現(xiàn)在學(xué)生的生活中，學(xué)生也很容易將這一現(xiàn)象忽略。因此，教師在教學(xué)中設(shè)置了相應(yīng)的教學(xué)情境，讓學(xué)生在真實(shí)的生活情境中進(jìn)行自主探究實(shí)驗(yàn)的方式，再通過使用易拉罐自制探究實(shí)驗(yàn)器材的方式進(jìn)一步的進(jìn)行自主探究，通過問題為引導(dǎo)的探究模式，帶領(lǐng)學(xué)生一步步完成對(duì)知識(shí)的理解和建構(gòu)，探究物理知識(shí)，了解靜電的奧秘，再通過一系列自制簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)器材讓學(xué)生親手制作，結(jié)合以問題為引導(dǎo)的探究實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑龑?dǎo)學(xué)生完成對(duì)靜電知識(shí)本質(zhì)的理解、知識(shí)體系的建構(gòu)，綜合素養(yǎng)的提升。

2探究階梯一：生活情境中靜電現(xiàn)象的體驗(yàn)

在靜電課程的設(shè)置中，首先創(chuàng)設(shè)生活中的具體情境，讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)環(huán)境中的摩擦起電現(xiàn)象，探究摩擦起電的本質(zhì)。首先，教師為學(xué)生準(zhǔn)備相應(yīng)的探究材料：塑料尺、橡膠棒、玻璃棒、毛皮、絲綢、毛衣、空氣加濕器、吹風(fēng)機(jī)等物品，學(xué)生也可以利用身邊的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。教師引領(lǐng)學(xué)生模擬生活中的靜電現(xiàn)象，讓學(xué)生身臨其境的用科學(xué)探究的方法解決身邊的物理現(xiàn)象。通過讓學(xué)生觀察和體驗(yàn)穿脫毛衣、塑料尺和毛衣摩擦、橡膠棒和毛皮摩擦、玻璃棒和絲綢摩擦，都能夠吸引輕小物體，通過這些現(xiàn)象的觀察，學(xué)生可以總結(jié)摩擦起電的特點(diǎn)。再引導(dǎo)學(xué)生通過問題的引導(dǎo)進(jìn)行進(jìn)一步探究，那么，是不是在任何情況下脫毛衣都會(huì)產(chǎn)生靜電現(xiàn)象呢？是不是在任何條件下，毛皮摩擦橡膠棒都能吸引輕小物體呢？學(xué)生通過進(jìn)一步的科學(xué)探究，用加濕器加濕空氣，發(fā)現(xiàn)當(dāng)空氣變得潮濕的時(shí)候，脫毛衣就不會(huì)產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。在毛皮或絲綢的表面淋上水，也不會(huì)產(chǎn)生靜電，但如果用吹風(fēng)機(jī)將他們吹干，就會(huì)更容易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。從而得出結(jié)論，干燥的條件下容易產(chǎn)生靜電，同時(shí)總結(jié)出消除靜電的有效方法之一是使物體所在環(huán)境，或物理表面處于潮濕的狀態(tài)。從而完成了摩擦起電現(xiàn)象的探究。

3探究階梯二：自制教具感受感應(yīng)起電和接觸起電現(xiàn)象

首先，為使學(xué)生對(duì)“感應(yīng)起電”的概念建立初步的認(rèn)識(shí)，制作感應(yīng)起電自制教具。

準(zhǔn)備一個(gè)空易拉罐瓶，將易拉罐瓶壁剪下一段，剪成長(zhǎng)方形（這一步可以讓學(xué)生在課下完成，然后將剪好的薄鋁片起到課堂上進(jìn)行制作，可以節(jié)省時(shí)間）。將剪好的長(zhǎng)方形鋁片卷成圓筒狀。根據(jù)卷好的圓筒的大小剪一片鋁箔片（香煙盒紙或口香糖紙上的濾波片即可），長(zhǎng)度略短于圓筒的高度，寬度約為圓筒周長(zhǎng)的五分之一即可。將鋁箔片黏在圓筒的側(cè)壁上。最后將其固定在泡沫上，起到固定和絕緣的作用。

在制作的過程中，學(xué)生要進(jìn)行思考，鋁箔片和易拉罐瓶都屬于金屬，是可以導(dǎo)電的，在底座放上絕緣的泡沫，是不可以導(dǎo)電的。制作完畢后，通過將摩擦過的起電的橡膠棒或玻璃棒靠近圓筒的方式進(jìn)行探究，靠近的過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)即使起電體沒有碰到鋁箔片，鋁箔片一樣會(huì)飛起來(lái)，與圓筒形成一定的角度。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，鋁箔片為什么會(huì)張開一定角度呢，是由于起電體靠近圓筒和鋁箔片時(shí)，他們都帶了相同性質(zhì)的電，根據(jù)同種性質(zhì)的電荷相互排斥的原理，輕質(zhì)的鋁箔片就會(huì)原理易拉罐圓筒，探究得到了第一個(gè)結(jié)論，沒有經(jīng)過摩擦的鋁箔片和易拉罐圓筒也能夠起電，那這種非接觸的方式起電的方法就是感應(yīng)起電。再通過動(dòng)畫制作感應(yīng)起電電荷的運(yùn)動(dòng)情況，加深學(xué)生對(duì)感應(yīng)起電知識(shí)本質(zhì)的理解。

學(xué)生建立了感應(yīng)起電的概念后，要進(jìn)一步理解接觸起電，并且突破區(qū)分感應(yīng)起電和接觸起電兩個(gè)概念的難點(diǎn)。設(shè)計(jì)了接觸與感應(yīng)起電兩用自制器材，幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)探究。

依然選用空易拉罐的瓶壁作為制作材料，沿著易拉罐瓶的橫向方向剪下寬約1.5cm的長(zhǎng)方形薄鋁片，折三次折成直角，折成“”的倒鉤形狀。在其上端水平面右側(cè)相距5mm處剪下兩個(gè)長(zhǎng)約5mm的開口。剪兩個(gè)大小相同的長(zhǎng)方形鋁箔片，鋁箔片的寬度大約為2～3mm即可。用細(xì)軟的銅絲將兩個(gè)鋁箔片連在一起。將銅絲等長(zhǎng)對(duì)折固定在支架剛剛切開的開口處。最后將制作好的易拉罐支架放在泡沫塊上，進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)探究。

學(xué)生在制作的過程中，學(xué)生進(jìn)行思考，教師請(qǐng)學(xué)生思考如何使自制教具起電，有幾種方法，自制教具起電之后，會(huì)觀察到什么樣的現(xiàn)象，顯示物體已經(jīng)帶電了。

學(xué)生由于有了上一個(gè)自制教具的經(jīng)驗(yàn)，會(huì)猜測(cè)用起電的橡膠棒或玻璃棒接近自制教具時(shí)，教具會(huì)感應(yīng)到電，并且兩個(gè)鋁箔片會(huì)起有相同性質(zhì)的電，從而產(chǎn)生斥力，然后鋁箔片會(huì)張開。通過這樣的方式物體可以驗(yàn)證自制教具起有電荷。

這時(shí)，教師再請(qǐng)學(xué)生用摩擦過的橡膠棒或玻璃棒輕輕的接觸支架的上表面，請(qǐng)同學(xué)們觀察現(xiàn)象，并說(shuō)出產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。學(xué)生們會(huì)觀察到，同樣鋁箔片也會(huì)慢慢張開，而且反復(fù)的用起電體接觸支架的上表面，鋁箔片的張角會(huì)逐漸變得更大。從而證明，當(dāng)起電體接觸支架時(shí)，支架通過接觸的方式起了電，與此同時(shí)兩個(gè)鋁箔片也感應(yīng)到了支架上所起的電荷，同時(shí)發(fā)生了感應(yīng)起電的現(xiàn)象，并且他們同時(shí)起有了相同性質(zhì)的電，產(chǎn)生了斥力，使鋁箔片的張角張開。隨著接觸次數(shù)的增加，支架上由于接觸起電所起的電荷數(shù)增多，同時(shí)鋁箔片感應(yīng)到的電荷就會(huì)隨之增加，鋁箔片之間的斥力就會(huì)越大，張角也會(huì)隨之增大。最后再通過動(dòng)畫制作，讓學(xué)生觀察接觸起電電荷的移動(dòng)情況，加深學(xué)生對(duì)接觸起電的理解，同時(shí)完善對(duì)感應(yīng)起電和接觸起電兩種起電方式區(qū)別的理解。以此，完成了靜電產(chǎn)生的知識(shí)建構(gòu)過程，在真實(shí)情境中進(jìn)行實(shí)踐，學(xué)習(xí)物理知識(shí)，發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)。

4結(jié)束語(yǔ)

通過以問題為引導(dǎo)的階梯式探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在真實(shí)的教學(xué)情境中感受物理知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，通過解決生活中的實(shí)際問題，親手制作的感應(yīng)起電和接觸起電自制教具完成靜電知識(shí)的學(xué)習(xí)，加深對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，發(fā)展應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決身邊物理問題的素養(yǎng)。此外，通過學(xué)生親自動(dòng)手制作實(shí)驗(yàn)器材，提高學(xué)生學(xué)習(xí)參與度和學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力的發(fā)展，將學(xué)生從枯燥單一的理論學(xué)習(xí)中解放出來(lái)，變被動(dòng)的學(xué)習(xí)為主動(dòng)；在探究的過程中，學(xué)生全身心的投入，從感性認(rèn)識(shí)上加深了對(duì)物理知識(shí)本質(zhì)的理解；教具的設(shè)計(jì)采用身邊常見的廢棄物品，充分、合理的對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行利用，培養(yǎng)了學(xué)生環(huán)保意識(shí)和熱愛生活的品質(zhì)，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的目的。

作者簡(jiǎn)介：侯丹（1984.08-），女，漢，內(nèi)蒙古通遼市，天津師范大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院，博士，實(shí)驗(yàn)師，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

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