自主体验 有效建构——“静电的利用和防范”一堂课的“体验”设计与思考

王立斌

（上海复旦大学附属中学，上海 200433）

1 背景

人类的教育方式和学习方式有两种不同的类型：一是通过教育者系统的传授，让学习者“接受”人类已有的知识；二是通过学习者的亲身实践，“体验”到知识使用的乐趣，自主建构自己的知识体系，让学生通过内心体验和主动参与去学习.通常把与前者相应的教育称之为“传授性教育”，与之相适应的学习方式称之为“接受性学习”，把与后者相适应的教育称之为“体验性教育”，与之相适应的学习方式称之为“研究性学习”.从学生的全面发展来看，这两种教育、两种学习方式不可或缺，它们对学生的发展有着不同的价值.对每位学生而言，都是必须的，就像一个人的两条腿，只有两条腿都健壮，才能走得稳、跑得快.

过去学生的学习方式比较单一，主要甚至完全依赖接受性学习（包括有意义的接受性学习），这种学习方式比较被动，为此，当前在物理教学中提倡学习方式的多样化，促进学生转变学习方式，教师改变教学模式显得十分必要.《上海市中学物理课程标准》把实现学生学习方式的转变作为“二期课改”的重要目标之一.［1－2］

静电很奇妙，学生很有兴趣；但是静电实验易受干扰，受环境（例如湿度）等因素影响较大，效果不明显，所以教师在讲解“静电的利用和防范”这一堂课的时候，较多停留在口头上、黑板上.上海市“二期课改”倡导的“体验性教育”、“研究性学习”，引发了笔者深入的思考.能否给学生增加一些静电方面的体验呢？带着这样的思考，笔者重新建构了“静电的利用和防范”这一堂课，增加了学生的静电体验.下面就是这一堂课的“体验”设计及设计思想.

2 体验设计及设计思想

体验1：静电除尘实验.

体验类型：演示实验.

实验器材：高压静电发生器、静电除尘演示仪.

实验步骤和注意事项：

（1）连接高压静电发生器和静电除尘演示仪.

（2）在除尘演示仪内放入烟尘.

为达到较好的实验效果，需要较浓密的烟雾，可之前收集在其他的容器中.但由于烟雾在容器中本身就会吸附和沉降，所以最好是随制随用，而且实验时，要迅速放入，尽快增加电压，对比效果才更明显.

（3）打开静电发生器开关，增加电压至3×104V，即可看到烟尘迅速消散.实验效果如图1（除尘前）和图2（除尘后）所示.

图1

图2

在笔者的实验中，正负两极（径向）距离约7cm，电压增至2.5×104V时，即可观察到明显的烟尘消除现象.但电压越高，烟尘消除得越快，而烟尘消除得越快，视觉对比越明显，实验效果就越好，所以，笔者建议高压静电发生器的输出电压要留有适当余量.本实验可让学生参与操作，但要注意安全.

设计思想：经济的高速发展，意味着人们将越来越多的矿物资源转化为工业原材料和产品，同时也将越来越多的废弃物抛向大自然.从工厂烟囱中冒出的滚滚浓烟中就含有大量颗粒状粉尘，它们严重污染了环境，影响到作物的生长和人类的健康.

我们要发展，但不要浓烟，怎么办？静电能做到.

采用了除尘技术以后，从烟囱的排放物中，再也看不到浓黑的烟雾了.静电除尘已被人们公认为是高效可靠的除尘技术，广泛应用在工业除尘领域，［3］并逐渐走进人们的生活.［4－5］

静电除尘的基本原理不难理解，效果图也可以找到.但耳听为虚，眼见为实.如此重要的技术，如果仅停留在“听说”阶段，学生难免怀疑.而如果能亲眼看到静电除尘的效果，体验静电除尘的高效，不但可以对静电的利用形成更直观的认识，更重要的，是在学生心中埋下一颗用科技践行环保的种子.

体验2：静电潜像.［6］

体验类型：学生实验.

实验器材：“油膜法测分子直径”的一套实验仪器（含有机玻璃板1块、蒸发皿1个、记号笔1支），丝绸（或者类丝绸布料）、面粉.

实验步骤及注意事项：

（1）清洁有机玻璃板板面.在日常的存储或者使用中，由于摩擦等原因，板面可能已带有静电，这将影响后续实验效果，所以，在使用有机玻璃板之前，应使用清水洗净，再用普通棉质抹布（或纸巾）轻拭擦干.注意，要避免使用化纤材质的抹布，减少在擦拭过程中因摩擦而引起的静电.

（2）制作“静电笔”.用丝绸裹住记号笔（或其他笔）尖即可.如图3所示.由于笔被丝绸裹住在板上书写时，笔迹势必要变粗，所以在选择记号笔时，应选择较细的.“静电笔”的制作原则就是保证有足够厚度的丝绸与板面接触，并且笔迹的粗细要偏细为好.

（3）写“静电字”（或画其他静电潜像）.用“静电笔”在有机玻璃板上按正常笔画顺序摩擦写字，每一笔画写2～4次为宜.摩擦次数过少，最后显影出来的字笔画不够清晰；摩擦次数过多，最后显影出来的字笔画过粗，甚至笔画间重叠，使得对比不突出.

（4）显影.写好“静电字”后，将有机玻璃板竖起，用手指尖捏取少量面粉，在有机玻璃板写有静电字的一面均匀撒下，让面粉颗粒飞过板面，如图4所示，静电潜像即可显现.由于有机玻璃板在擦拭过程中，可能会产生额外的静电，这些额外的静电也会吸附一些面粉，所以待静电潜像完全显出后，保持有机玻璃板面竖直，轻轻敲打，震落冗余面粉，即可得到对比清晰的潜像显影.如图5和图6所示.

图3

图4

图5

图6

设计思想：在教学实践中，教师在讲到“静电的防范与利用”这一节内容的时候，静电复印的基本原理作为典型案例，几乎是必讲的.那么如何将静电复印的过程讲清楚，就成了一线教师备课时候经常思考的问题.

在静电复印技术的核心原理中，在硒鼓上形成静电潜像是最为重要的过程.此过程通过教师讲解，对学生而言虽然不难理解，但是因为看不见，摸不着，所以学生在学习过程中难免产生怀疑.

如果学生能亲自制作一幅静电潜像，并将其显现出来，这种自主体验无疑会加深学生对静电复印技术的理解，增强静电利用的认识.

带着这样的想法，笔者在准备静电复印这部分教学内容的过程中重新设计了实验，对静电潜像实验进行了改进，使该实验具有较高的易操作性和可靠性，便于学生进行自主体验式学习.

体验3：电火花的危害——自助加油时因静电致油枪起火.

体验类型：视频体验.

视频来源：互联网.在各大搜索引擎或者视频网站中输入“加油站，静电起火”等关键词即可搜索到相关视频素材.

视频截图如图7所示.

图7

设计思想：在人们的生产生活中，静电引发的事故灾害并不罕见.上网搜索一下关键词“静电事故”，可以看到很多报道.但文字和语言的介绍，相对于图片和视频而言，冲击力不足，难以给学生留下深刻的印象.而如果选用工厂类静电事故后的图片，则会由于情境设定与学生的生活距离较远，不足以引起学生的重视.

互联网上的资源极其丰富，使用得当可以使教学事半功倍.加油站自助加油时因静电起火的视频，能很好弥补文字和图片的不足，贴近生活，可以带给学生强烈的视觉冲击力，配以教师简单的提问（没有明火引入，为什么起火了？）、解释（静电火花引发的事故）和展开，静电的危害，不言自明.

体验4：避雷针原理.

体验类型：演示实验.

实验器材：高压静电发生器、尖端放电演示仪.

实验步骤：

（1）连接高压静电发生器和尖端放电演示仪.

（2）先调节尖顶和球顶的高度，使得球顶和尖顶等高.打开静电发生器开关，增加电压至发生放电现象.观察完毕后关闭静电发生器开关.

（3）再调节尖顶和球顶的高度，使得球顶明显高于尖顶.重复操作2.

实验效果如图8（等高时尖端放电）和图9（有明显高度差时高处易放电）所示.

图8

图9

设计思想：闪电是生活中另外一种常见的 “电火花”，它是自然界的巨大的静电放电现象.信息时代，学生在新闻图片或者影视作品中常可见到雷击现象，雷击事故对学生而言，并不陌生.而如何“防止雷击事故的发生”，或者“降低雷击的伤害”？这个问题一般学生也能回答得出来——使用避雷针.可是避雷针的原理是什么？安装避雷针的时候需要注意哪些事情？这些问题学生就比较模糊了.

实际上，在防雷避雷领域里，避雷针是以前的叫法，在中华人民共和国国家标准GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》中，已经放弃了这一称呼，而代之以“接闪杆”.［7］之所以将避雷针改名为接闪杆，是因为以前的名称不科学，没有反映出接闪杆的原理.避雷针刚刚出现在中国时，人们以为它可以避免房屋遭受雷击，所以称其为避雷针.但事实上，避雷针保护建筑物的方式并不是避免房屋遭受雷击，而是引雷上身，然后通过其引下线和接地装置，将雷电流引入地下，从而起到保护建筑物的作用.正因为这个原因，也有人建议将避雷针改名为引雷针，但总的来说，还是接闪杆这个名称最为贴切.

一套简单的仪器，两个简单的实验，就可以创造一次近距离的观察、体验，而后静电放电的规律就已经呼之欲出，教师此时再讲解就水到渠成了.

3 总结

自主体验式学习可以让学生发挥主动精神，真正成为学习过程的主体.自主体验式学习可以使学生的内在积极性被充分发挥出来，把学习变成一个快乐的过程.自主体验式学习，把学习与应用的过程直接结合在一起，或者把学习放在真实的情景中，或接近真实的情景中，更有利于学生明白所学习的知识、技能、方法的意义，有利于情感、态度价值观内化.

因为认识到了体验在教育领域的重要意义，教育决策者和研究者们都赋予体验很高的地位.各地的课程改革都强调了教学模式的建构应以学生的体验为核心，体验应成为课程论和课程改革新的价值取向.［8－9］

本文是笔者按照物理新课程理念，针对“静电的利用和防范”这一堂课，构建的一篇以体验为中心的教学设计.本文中的设计具有以下特点.

（1）增加了学生对静电的多方面体验.相对于单纯的口头介绍，让学生亲眼看到静电除尘的高效，亲自制作一幅静电潜像，这些体验设计，把知识由纸上的平面介绍改为情景的立体再现，可显著提高学生的课堂参与度，变被动学习为主动参与.

（2）贴近生活，拉近了学生与科学的距离.例如，静电除尘实验的演示，可使学生理解处理工业雾霾的方法，提高用科技践行环保的意识.静电潜像的制作，可帮助学生理解复印机的核心原理，感受科技与现代生活的联系.加油站静电事故的视频，可使学生认识到电火花的隐患其实并不遥远，从而在易燃易爆物品处（例如加油站）提高安全意识.尖端放电实验，可使学生理解避雷针的基本原理，了解科学防雷避雷的方法.

（3）实验易操作，现象明显，可靠性高.高压静电发生器的使用，避免了一般静电实验效果不明显，现象可重复性低的缺点.在确保安全的前提下，甚至可以请学生来完成演示实验，亦可达到良好实验效果.在静电潜像中，“显影剂”——面粉的使用，既提升了实验效果，又降低了实验“成本”，便于将演示实验推广为学生实验，增加学生的动手机会和科学体验.

“静电利用与防范”的形式、方法很多，在有限的高中教学时间里，面面俱到地介绍、讲解不现实，也没有必要.“从生活出发，增加学生的科学体验”，就成了这节课内容选取的主要依据.使学生在自主体验中，生成问题，引发思考，这种学习模式可以拉近物理与日常生活的距离，激发学习兴趣，有助于培养学生理论联系实际的能力.本教学设计，经课堂实践检验，达到了良好的教学效果.学生的一句“（物理）真有趣”就是最好的诠释，其深远意义恐不是分数能衡量的.

1 陆伯鸿.上海市中学物理课程标准（试行稿）的改革要点［J］.现代教学，2005（3）.

2 上海教育.《上海市中学物理课程标准（试行稿）》说明http：//www.shmec.gov.cn/web/search＿engine.php.

3 王显龙，何立波，贾明生，陈恩鉴.静电除尘器的新应用及其发展方向［J］.工业安全与环保，2003（3）.

4 王志勇，邓高峰，徐昭炜，王智超，李增和.静电式空气净化器对PM2.5净化效果研究［J］.环境与健康，2013（7）.

5 堀邦夫，太田敏明.静电式汽车空气净化器［J］.国外汽车，1984（1）.

6 王立斌.静电潜像实验的改进研究［J］.物理教学，2014（8）.

7 千素兰.《建筑物防雷设计规范》GB50057—2010宣贯［J］.电气工程应用，2011（4）.

8 李铁美.高中物理体验式教学研究［D］.北京：首都师范大学硕士学位论文，2007.

9 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（实验稿）［M］.北京：人民教育出版社，2003.