基于創新實驗的教學設計
——以“從閃電談起”為例*

陳宗燕，張 殷

(廣西師范大學物理科學與技術學院，廣西 桂林 541004)

現代教學論研究指出，體驗感知不是學習產生的根本原因，產生學習的根本原因是問題，沒有問題就難以誘發和激起求知欲。同時，基礎教育課程改革強調要培養學生初步的創新精神和實踐能力，強調要改變課程實施過于強調接受學習、死記硬背的學習現狀，倡導學生主動學習、樂于探究。基于以上兩點，本課設計有兩條主線，一是以問題為主線，設計多個由易到難循序漸進的問題，并且結合創新實驗的演示，激發學生主動參與、積極思考，產生強烈的求知欲望；二是以探究性活動解決本節課的重難點。學生通過探究學習，觀察分析電荷間的相互作用規律，自制驗電器，以突破本節課教學重難點。

1 教材分析和學情分析

1.1 教材分析

1.1.1 課標要求：觀察摩擦起電現象，探究并了解同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引；舉例說明生活中的靜電現象。

1.1.2 地位作用分析：本節課選自滬粵版物理九年級上冊第十三章第1 節的《從閃電談起》，靜電現象在生活和生產中有著廣泛的應用。并且新課標要求學生通過實驗了解靜電現象。

1.1.3 教材內容分析：本章是電學知識的入門篇，學習靜電知識為引入簡單電路奠定基礎。教材從總體上有著從普遍到特殊的安排特點，本節內容是簡單電路的一個特例，在生產生活中有廣泛的應用。讓學生體驗物理規律走向社會生產，體驗物理規律的實際應用價值。

1.2 學情分析

九年級的學生思維活躍、求知欲較高，具備觀察、設計、操作簡易實驗的能力，但缺乏對實驗現象的嘗試性的解釋，故在這個層次上開展探究教學是可行的。

由于靜電的知識比較抽象，電荷間相互作用規律的分析比較復雜，學生不易理解，再加上學生的感性認識會給學生的學習也造成一定的障礙。

2 教學目標

2.1 物理觀念：了解摩擦起電現象及其原因；知道兩種電荷及其相互作用的規律；知道靜電現象的應用和防護。

2.2 科學思維：通過實驗鍛煉學生抽象概括，歸納總結，邏輯推理和創新的思維能力。

2.3 科學探究：通過學生分組實驗探究，培養學生的觀察能力、分析推理能力和運用物理知識解決實際問題的能力。且通過自制驗電器進行探究學習，加深對知識的理解。

2.4 科學態度與責任：通過多個趣味實驗激發學生的學習興趣，培養、提高學生尊重科學，利用實驗探索研究自然的科學素養。通過了解靜電的應用與防止，消除對“電”的神秘感，關注靜電現象對人類生活的影響，使學生體會物理與技術的融合之美，感受到科學技術的重要。

3 教學重難點

3.1 教學重點：正確理解和分析摩擦起電的實質；掌握自然界中的兩種電荷及探究電荷間的相互作用規律。

3.2 教學難點：認識驗電器的工作原理及如何檢驗物體是否帶電；運用靜電現象解決實際問題。

4 教學用具

4.1 實驗器材：

3D 打印旋轉底座、吸管、餐巾紙、塑料尺、玻璃棒、絲綢、橡膠棒、毛皮、加熱器等（探究電荷間相互作用規律）

礦泉水瓶、鐵絲、鋁箔薄膜等（學生自制驗電器）

4.2 演示器材：

靜電魔術棒/小型范德格拉夫起電機、鋁箔薄膜、鐵架臺、泡沫球等（靜電魔術實驗）

特斯拉線圈、模擬閃電支架、接地線、導線等（自制模擬閃電演示儀）

12V DC 電源、高壓靜電發生器、有機玻璃管、3D 打印支架、銅線、檀香、打火機、玻璃瓶、開關、導線、激光頭等（自制靜電除塵演示儀）

集電空心球、金屬建筑物、支架、車輻條、3D 打印座、木棒、導線等（自制避雷針演示儀）

4.3 多媒體：PPT、視頻資料

5 教法分析

探究電荷間的相互作用規律和驗電器的工作原理是本節課的教學重難點，要讓學生能理解靜電現象就要讓學生親自體驗、探究、總結結論，這是突破難點和突出重點的重要手段，因此本節課借助講授法、實驗法和演示法相結合的教學方法使學生主動參與，樂于探索，積極思考，學會運用所學知識解決實際問題。在教師的啟發和引導下，學生通過討論、探究、自主學習，讓學生體驗科學探究過程，增強創新意識和實踐能力，體現學生主體性，實現學生由“學會”到“會學”的轉變。

6 基于創新實驗的教學過程

6.1 新課導入——“魔術”實驗

教師：同學們都喜歡看魔術，但你們會變魔術嗎？同學們有沒有想過學好物理也可以變魔術呢？今天老師就來給同學們變個魔術。（如圖1 所示）

圖1 靜電魔術棒

設計意圖：讓學生知道學好物理可以變魔術，這樣便可以很好的激發了學生學習物理的興趣。

教師：老師用靜電魔術棒與鋁箔薄膜演示實驗，同學們注意，將鋁箔薄膜放在手和魔術棒之間。同學們看到什么現象呀？

學生：鋁箔薄膜在手和魔術棒之間來回跳躍。

教師：同學們結合前面所學的知識思考，鋁箔薄膜為什么會在手和魔術棒之間來回跳躍呢？

學生：學生進行思考。

設計意圖：通過魔術表演，營造神秘感，激發學生的求知欲。

教師：魔術棒中裝有電池，說明做好該實驗需要具備什么？

學生：魔術是靠電才能做出來的。

教師：但鋁箔薄膜沒有接入電，怎么會跳躍呢？我們來看一下魔術棒里面是什么？（拆開魔術棒）

學生：電機、皮帶……

教師：我們帶著疑問，來體驗一個小實驗。

設計意圖：留下懸念，激發學生的求知欲。

6.2 新課教學——電是什么教師：（提出問題1）同學們用塑料尺摩擦頭發，再將塑料尺的一端靠近小紙屑，觀察到了什么現象？

學生：學生分組討論，深入探究。再次用玻璃棒、絲綢和橡膠棒、毛皮體驗。最后通過分析，得出摩擦起電及其實質。

教師：教師進行分析歸納，總結摩擦起電的定義和實質。

教師：（應用舉例）生活中有哪些是摩擦起電現象？PPT 展示相關圖片。

學生：冬天脫毛衣。

設計意圖：讓學生學會聯系生活實際舉例說明摩擦起電的應用，加深記憶。

6.3 新課教學——學生分組“探究電荷間的相互作用”

教師：（提出問題2）當兩個帶電荷的物體相互靠近時，會發生怎樣的現象呢？

學生：吸引、排斥、靜止。

教師：我們能否用實驗的方法來驗證呢？下面給兩分鐘同學們思考一下，并根據猜想設計實驗。

學生：學生根據科學探究的過程設計實驗：提出問題；猜想與假設；制定實驗計劃與設計實驗；進行實驗與收集證據；分析與論證；評估。

教師：巡視指導：觀察學生的分工協作是否合理；針對學生在不同問題中出現的錯誤進行糾正。

學生：學生進行分組探究，對比實驗。（如圖2）

圖2 探究電荷間的相互作用實驗器材

設計意圖：學生根據科學探究的過程設計實驗，教師設計系列問題引導學生分析電荷間的相互作用規律，突出教學重點。

教師：老師看同學們做得差不多了，現在請各小組分別來分享一下你們的想法。首先有請第一組。

學生：學生分析總結，得出實驗結論并分享。

教師：我們結合實驗結論，魔術棒應該帶什么電荷呢？

學生：在旋轉平臺上與玻璃棒相互排斥，帶正電荷。

設計意圖：在物理學中，比較研究是一種常用的方法。通過實驗，讓學生自主獲取知識。

教師：教師利用實驗器材再次演示魔術棒實驗，從而解釋魔術的成因，與情境導入相呼應。

教師：下雨天，常常伴隨著閃電，同學們知道閃電是怎么形成的嗎？

教師：教師介紹模擬閃電實驗器材，并進行演示“模擬閃電”實驗。（如圖3）

圖3 模擬閃電演示儀

學生：教師引導學生進行分組討論，得到尖端放電現象和閃電的形成原因。

設計意圖：通過自制教具的演示，能夠激發學生的學習興趣，感受物理實驗帶來的視覺震撼。

6.4 新課教學——學生“自制驗電器”

教師：（提出問題3）驗電器的作用是什么？驗電器的結構如何？驗電器中兩金屬指針為什么會張開？

教師：教師進行演示驗電器并介紹其結構。（如圖4）

圖4 自制驗電器

學生：學生觀察分析驗電器，并得出驗電器的原理。

教師：接下來同學們按照提供的實驗器材開始分組設計并進行實驗。

學生：（學生自制驗電器）根據驗電器原理以及教師提供的實驗器材，學生自制驗電器。

教師：教師巡視指導：觀察學生的分工協作是否合理。針對學生在不同問題中出現的錯誤進行糾正。

設計意圖：教師設計系列問題，引導學生觀察分析驗電器，并得出驗電器的原理。根據驗電器原理以及教師提供的實驗器材，學生進行自制驗電器，讓學生通過探索掌握知識，突破教學難點。

6.5 新課教學——靜電現象的應用與防護

圖6 避雷針演示儀

教師：引導學生自主閱讀課本，思考討論：靜電現象在日常生活中有什么應用？如何防護靜電現象給我們帶來的危害？

學生：小組討論。

教師：教師舉例說明靜電現象的應用與防護，接下來介紹自制教具，并進行演示靜電除塵和避雷針引雷，引導學生思考。（如圖5、6）

圖5 靜電除塵演示儀

設計意圖：一方面激發學生的學習興趣，另一方面學以致用，體會“從生活走向物理，從物理走向社會”的教育理念。

7 教學反思

課堂中通過創新實驗和自制教具的運用，培養了學生的創新思維和動手實踐能力，而且在讓學生親歷分組進行探究活動的過程，充分體現了以學生為主體地位的思想，激發了學生學習物理的熱情，符合物理核心素養的基本要求。作為一名物理教師，要學會利用好各種實驗，尤其是演示實驗，一方面要增強演示實驗的效果，使得實驗現象更加直觀、明顯；另一方面也要努力提高自身的動手實踐能力和創新能力，嘗試自制出一些有創意的教具，幫助學生更加直觀的理解物理知識，突破教學重難點。