徐繼迎

［摘 要］實驗在物理教學(xué)中有著重要的地位，是開展教學(xué)活動的有力支撐。文章通過探究趣味靜電實驗，完成該實驗在課外實踐活動中的設(shè)計，并借此探索趣味靜電實驗的發(fā)展新方向，以培養(yǎng)初中學(xué)生的發(fā)散思維能力和動手能力。

［關(guān)鍵詞］靜電實驗；課外實踐；活動設(shè)計

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）17-0045-04

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準（2022年版）》明確指出：義務(wù)教育物理課程以發(fā)展學(xué)生為本，以提高全體學(xué)生核心素養(yǎng)為宗旨。義務(wù)教育物理課程不僅應(yīng)注重科學(xué)知識和技能的傳授，而且應(yīng)注重對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、探究能力、創(chuàng)新意識以及科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神等方面的培養(yǎng)。隨著初中物理課程改革的深化，初中物理實踐活動顯得尤為重要。

一、課外實踐活動的要點

（1）課題選取

在選擇初中物理課外實踐活動課題時，要基于初中學(xué)生的年齡特點和所處的實際環(huán)境，考慮學(xué)生課外時間的安排，以及教材涉及的知識，再加上實踐活動本身生活化、趣味性、與課堂教學(xué)關(guān)聯(lián)性的要求，選擇的題材應(yīng)該可以設(shè)計多種實驗，便于學(xué)生上手操作，尤其是實驗材料要易于獲取，實驗現(xiàn)象要明顯以便于觀察，要能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）實施策略

課外實踐活動要求從實際出發(fā)，確保學(xué)生能利用已經(jīng)掌握的知識，或雖然未知但學(xué)生通過自學(xué)能夠掌握的或在教師的指導(dǎo)下易于接受和掌握的知識解決問題。課外實踐活動的開展形式有很多種，在《中學(xué)物理教學(xué)概論》第十一章《中學(xué)物理實踐活動》中定義：中學(xué)物理實踐活動是指有目的、有計劃、有組織地安排各種學(xué)生親身實踐的物理教學(xué)活動。實踐活動的形式主要有以下幾種：①參觀與課外觀察；②家庭實驗與室外實驗；③物理科學(xué)宮與物理游藝晚會；④物理綜合小組；⑤物理教具制作小組；⑥物理演講會或物理墻報；⑦物理競賽。

本文以靜電實驗為例設(shè)計實踐活動，提供②④⑤⑥四種形式的課外實踐活動設(shè)計案例供讀者參考。初中學(xué)生對生活中常見的靜電現(xiàn)象很熟悉，靜電實驗本身涉及的物理知識并不復(fù)雜，可以基于課堂教學(xué)中獲得的知識，結(jié)合日常生活經(jīng)歷，用生活中常見材料作為實驗器材，如塑料飯盒、氣球、PVC管、毛巾等物品。

（3）注意事項

在設(shè)計課外實踐活動時，方案應(yīng)該具有可操作性，且可以重復(fù)，具有一定的靈活性及拓展性，鼓勵學(xué)生在實踐探究過程中發(fā)現(xiàn)問題、創(chuàng)新實驗，進而有效激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造性，同時注重幫助學(xué)生在實踐中掌握知識和物理思維方法。在實踐活動中，教師應(yīng)提醒學(xué)生重視實驗記錄的完整性和準確性，將實驗記錄作為評估學(xué)生實踐成果的依據(jù)。在課外實踐活動中，教師一定要注意活動的安全性，確保不會對學(xué)生造成傷害。

二、實驗原理

物理靜電實驗主要分為兩類：利用摩擦起電和高壓靜電開展實驗。根據(jù)本課題研究目的，采取摩擦起電的方式獲得電荷。摩擦起電的原理是通過摩擦使物體上一些電子脫離原子核的束縛，轉(zhuǎn)移到另外的物體上，從而導(dǎo)致一個物體失去電子帶正電，另一個物體得到電子帶負電。摩擦起電的本質(zhì)就是通過摩擦使電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上。由于本課題所列舉的實驗常通過摩擦使PVC管帶電，因此這里特地解釋摩擦起電的原理。

感應(yīng)起電也包含在其中。感應(yīng)起電是當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于同性相斥、異性相吸的電荷原則，導(dǎo)體中的電子會產(chǎn)生趨向或遠離帶電體的運動，導(dǎo)致靠近帶電體一端的導(dǎo)體所帶的電荷與帶電體的電荷相反，遠離的一端帶相同電荷。

三、具體實驗

（1）吸引紙屑

器材：毛巾、塑料飯盒、紙屑。

操作：將被毛巾摩擦過的塑料飯盒靠近紙屑。

現(xiàn)象：紙屑被塑料飯盒吸引，有些紙屑相互連接（如圖1）。

原理：用毛巾摩擦塑料飯盒，由于摩擦起電，會讓飯盒成為帶電體。帶電體可以吸引輕小物體，而吸引輕小物體的本質(zhì)原因是小紙屑靠近帶電體——塑料飯盒，其一側(cè)帶與飯盒相反的電荷，另一側(cè)帶與飯盒相同的電荷。異種電荷相互吸引，所以紙屑被飯盒吸引。

（2）旋轉(zhuǎn)吸管

器材：吸管、毛巾、玻璃球。

操作：用毛巾摩擦吸管后，將其放在玻璃球上使其靜止，然后將兩只手分別放在吸管的兩端的異側(cè)，讓手靠近吸管。

現(xiàn)象：當(dāng)手靠近吸管時，吸管向著手的方向開始旋轉(zhuǎn)，好像手掌吸引著吸管。

原理：當(dāng)用毛巾摩擦過吸管后，吸管會帶上電荷，而人體是一個輕微帶電體，所以兩個帶電體會相互吸引。

（3）滾動的易拉罐

器材：毛衣、空易拉罐、PVC管。

操作：將PVC管和身上毛衣相互摩擦，然后用PVC管吸引桌上空易拉罐。

現(xiàn)象：易拉罐隨PVC管的移動而移動。

原理：通過用毛衣摩擦PVC管，使PVC管帶電，由于感應(yīng)起電，易拉罐靠近PVC管的一側(cè)后，會帶與PVC管相反種類的電荷，由于異種電荷相互吸引，易拉罐會隨PVC管的移動而移動。

（4）彎曲的水流

器材：塑料杯、水、臉盆、PVC管、毛衣。

操作：在空塑料杯的底部扎一個可以讓水流出的小孔，在毛衣上摩擦PVC管，將塑料杯注滿水，用PVC管吸引杯中流出的細小水流，并用臉盆接水。

現(xiàn)象：PVC管靠近水流時，水流向PVC管方向偏轉(zhuǎn)。

原理：因為靜電感應(yīng)，導(dǎo)致線狀水流一側(cè)感應(yīng)帶上相反電荷，由于異種電荷相吸，因此水流發(fā)生偏轉(zhuǎn)。同時由于帶同種電荷互相排斥，因此水流會向四周散開來。

（5）驗電器

器材：玻璃瓶、木塞、鐵絲、鋁箔片、老虎鉗、PVC管、毛衣、吸管。

操作：將玻璃瓶清洗干凈，用電鉆事先在木塞上鉆一小孔，將一小截吸管塞進小孔中。然后將鐵絲上端彎成螺旋狀，下端穿過吸管，再用老虎鉗將下端彎曲成勾，將兩片鋁箔掛在下端，接下來將木塞塞在玻璃瓶口（塞緊）。在毛衣上摩擦PVC管后，將其靠近鐵絲。

現(xiàn)象：PVC管靠近鐵絲，兩片鋁箔張開成一定角度。遠離鐵絲，鋁箔片閉合恢復(fù)原狀。

原理：毛巾摩擦PVC管，可使PVC管帶電，當(dāng)PVC管接觸驗電器頂端的鐵絲時，自身所帶的電荷會傳到玻璃瓶內(nèi)的鋁箔片上。鋁箔片帶同種電荷，會因相互排斥而自動分開，張成一定角度。根據(jù)兩箔片張角的大小，可估計物體帶電量的大小。

（6）日光燈發(fā)光

器材：輝光球、三根30 ㎝長日光燈管。

操作：將三根日光燈管繞輝光球圍成三角形，首尾相接，給輝光球通電。

現(xiàn)象：三根日光燈管發(fā)光。

原理：在日光燈管的兩極間加上足夠高的電壓時，或者周圍加上高頻電場，導(dǎo)致管內(nèi)的稀薄氣體產(chǎn)生輝光放電。當(dāng)日光燈靠近時，其自身充當(dāng)了一個接地的電極，球內(nèi)的高壓電子被吸引過來擊穿日光燈管內(nèi)的氣體使日光燈點亮。

四、課外實踐活動設(shè)計案例

（一）家庭實驗——“彎曲的水流”實驗的設(shè)計

［地點］家里。

［課標(biāo)相關(guān)內(nèi)容］探究摩擦起電，以及帶電體可以吸引輕小物體。

［活動主題］彎曲的水流。

［目的］（1）了解摩擦起電的原理；（2）觀察帶電體可以吸引輕小物體的現(xiàn)象；（3）培養(yǎng)學(xué)生動手實驗的能力。

［活動過程］

準備器材：水、塑料杯、PVC管、毛巾、臉盆。

指導(dǎo)：1.實驗準備。教師展示該實驗的圖片，講解實驗操作方法。

2.學(xué)生在家中與父母配合進行實驗，拍攝視頻。利用課本知識對實驗現(xiàn)象進行解釋，撰寫一篇百字小短文，其中包括實驗原理分析、實驗中遇到的困難、對實驗進行改進的想法。

3.全班匯總，展示實驗視頻，交流討論實驗心得。

點評：本課題的實驗現(xiàn)象明顯，學(xué)生在實踐過程中體驗了如下流程：初步了解—動手實驗—理論分析—得出結(jié)論—撰寫報告并交流。在課題研究過程中，從學(xué)生實驗到成果獲得，全程都是以學(xué)生為主體的。實驗都是由教師和學(xué)生、家長共同完成，有效培養(yǎng)了學(xué)生分析實驗現(xiàn)象及設(shè)計創(chuàng)新實驗的能力。

（二）物理教具制作小組——“驗電器”實驗的設(shè)計

［地點］課外。

［課標(biāo)相關(guān)內(nèi)容］探究驗電器的構(gòu)造以及靜電感應(yīng)。

［活動主題］驗電器。

［目的］（1）了解驗電器的本質(zhì)；（2）理解靜電感應(yīng)的原理；（3）培養(yǎng)學(xué)生自制實驗教具的能力。

［活動過程］

指導(dǎo)：1.教師展示驗電器的模型并介紹其使用方法，提供一種自制驗電器的方案，并展示材料和成品。如利用玻璃瓶、木塞、鐵絲、鋁箔片、老虎鉗、PVC管、毛衣、吸管等。提示學(xué)生可改進實驗，如改進實驗材料等。

2.確定研究目的后將學(xué)生分組。學(xué)生組內(nèi)討論分工，準備實驗器材。

3.小組合作制作驗電器，檢驗器材的實驗效果，思考實驗失敗的原因及解決遇到的困難。

4.小組代表全班展示，交流心得。

點評：本課題重在培養(yǎng)學(xué)生的動手實驗?zāi)芰Γ瑢W(xué)生不僅通過實驗運用課堂所學(xué)知識，還對課堂教具的本質(zhì)構(gòu)造有了更深刻的了解。

（三）物理綜合小組——“移動的易拉罐”實驗的設(shè)計

［地點］課外。

［課標(biāo)相關(guān)內(nèi)容］嘗試使PVC管帶電并吸引易拉罐。

［活動主題］移動的易拉罐。

［目的］（1）了解摩擦起電的原理；（2）觀察實驗現(xiàn)象，思考本質(zhì)原因。

［活動過程］

指導(dǎo)：1.學(xué)生分組，布置實驗課題，展示實驗示意圖。小組討論實驗所需器材，并思考是否可以對實驗進行改進。

2.學(xué)生帶材料進課堂，按照小組動手實驗，教師巡視指導(dǎo)。

3.實驗完成后，小組交流匯報，探討開發(fā)實驗的新方向。

點評：本課題重在培養(yǎng)學(xué)生的實驗開發(fā)能力，能否從已有的實驗中找到可以開發(fā)的新方向。本實驗過程中，學(xué)生自主性較強，教師應(yīng)盡量少干預(yù)，只給相應(yīng)的基礎(chǔ)指導(dǎo)，讓學(xué)生有更大的探究空間。

（四）物理演講會——“旋轉(zhuǎn)吸管”實驗的設(shè)計

［地點］課外或家里。

［課標(biāo)相關(guān)內(nèi)容］探究人手吸引吸管的原因。

［活動主題］旋轉(zhuǎn)吸管。

［目的］（1）了解人體是一個輕微帶電體；（2）探究人體吸引吸管的原因；（3）培養(yǎng)學(xué)生的動手實驗?zāi)芰Α?/p>

［活動過程］

指導(dǎo)：1.學(xué)生分組，教師展示實驗器材，向?qū)W生演示實驗現(xiàn)象。

2.學(xué)生動手操作，討論實驗原理。

3.學(xué)生借助學(xué)?；蚣抑须娔X查閱有關(guān)資料，了解人體吸引吸管的真實原因。撰寫一篇演講稿，在課堂上進行演講討論。

點評：本課題不同于以往的實驗探究，它是向?qū)W生直接展示實驗，思考該實驗的原理并撰寫論文，意在考查學(xué)生的文獻搜索能力和語言組織能力。對演講稿中不明確的物理問題，教師可及時給予指導(dǎo)，指出學(xué)生模糊的概念。

五、小結(jié)

筆者完成了有關(guān)靜電實驗的探索和一系列趣味靜電實驗在課外實踐活動中的設(shè)計，具體結(jié)論如下：

（1）可以幫助中學(xué)生理解靜電知識。本文圍繞中學(xué)教材中的靜電知識開展靜電實驗，靜電實驗的形式千變?nèi)f化，現(xiàn)象也豐富多樣，能夠充分吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。同時也能通過小組討論，采用“頭腦風(fēng)暴”的形式，提出更多新穎的想法，在原有實驗的基礎(chǔ)上進行改進?？梢岳孟嗤钠鞑淖龆喾N實驗，或者一個實驗利用不同材料，進行多次開發(fā)。對實驗涉及的知識，學(xué)生可以理解得更加透徹，學(xué)生在模仿實驗和改進實驗的過程中可以加深對靜電知識的理解。

（2）可以培養(yǎng)學(xué)生動手實驗的能力。由于課堂上資源有限，無法每次都保證開展分組實驗，有時只能請幾個學(xué)生上臺分組實驗，其余學(xué)生無法親身經(jīng)歷感受實驗，長此以往，會導(dǎo)致沒有參與的學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣降低。對課堂上產(chǎn)生無法解決的問題，或是學(xué)生的其他猜想，可以在課外進行補充，鼓勵學(xué)生動手實驗，在實踐中驗證自己的猜想，進而培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

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