基于创新实验的教学设计——以“从闪电谈起”为例*

陈宗燕，张 殷

(广西师范大学物理科学与技术学院，广西 桂林 541004)

现代教学论研究指出，体验感知不是学习产生的根本原因，产生学习的根本原因是问题，没有问题就难以诱发和激起求知欲。同时，基础教育课程改革强调要培养学生初步的创新精神和实践能力，强调要改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背的学习现状，倡导学生主动学习、乐于探究。基于以上两点，本课设计有两条主线，一是以问题为主线，设计多个由易到难循序渐进的问题，并且结合创新实验的演示，激发学生主动参与、积极思考，产生强烈的求知欲望；二是以探究性活动解决本节课的重难点。学生通过探究学习，观察分析电荷间的相互作用规律，自制验电器，以突破本节课教学重难点。

1 教材分析和学情分析

1.1 教材分析

1.1.1 课标要求：观察摩擦起电现象，探究并了解同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；举例说明生活中的静电现象。

1.1.2 地位作用分析：本节课选自沪粤版物理九年级上册第十三章第1 节的《从闪电谈起》，静电现象在生活和生产中有着广泛的应用。并且新课标要求学生通过实验了解静电现象。

1.1.3 教材内容分析：本章是电学知识的入门篇，学习静电知识为引入简单电路奠定基础。教材从总体上有着从普遍到特殊的安排特点，本节内容是简单电路的一个特例，在生产生活中有广泛的应用。让学生体验物理规律走向社会生产，体验物理规律的实际应用价值。

1.2 学情分析

九年级的学生思维活跃、求知欲较高，具备观察、设计、操作简易实验的能力，但缺乏对实验现象的尝试性的解释，故在这个层次上开展探究教学是可行的。

由于静电的知识比较抽象，电荷间相互作用规律的分析比较复杂，学生不易理解，再加上学生的感性认识会给学生的学习也造成一定的障碍。

2 教学目标

2.1 物理观念：了解摩擦起电现象及其原因；知道两种电荷及其相互作用的规律；知道静电现象的应用和防护。

2.2 科学思维：通过实验锻炼学生抽象概括，归纳总结，逻辑推理和创新的思维能力。

2.3 科学探究：通过学生分组实验探究，培养学生的观察能力、分析推理能力和运用物理知识解决实际问题的能力。且通过自制验电器进行探究学习，加深对知识的理解。

2.4 科学态度与责任：通过多个趣味实验激发学生的学习兴趣，培养、提高学生尊重科学，利用实验探索研究自然的科学素养。通过了解静电的应用与防止，消除对“电”的神秘感，关注静电现象对人类生活的影响，使学生体会物理与技术的融合之美，感受到科学技术的重要。

3 教学重难点

3.1 教学重点：正确理解和分析摩擦起电的实质；掌握自然界中的两种电荷及探究电荷间的相互作用规律。

3.2 教学难点：认识验电器的工作原理及如何检验物体是否带电；运用静电现象解决实际问题。

4 教学用具

4.1 实验器材：

3D 打印旋转底座、吸管、餐巾纸、塑料尺、玻璃棒、丝绸、橡胶棒、毛皮、加热器等（探究电荷间相互作用规律）

矿泉水瓶、铁丝、铝箔薄膜等（学生自制验电器）

4.2 演示器材：

静电魔术棒/小型范德格拉夫起电机、铝箔薄膜、铁架台、泡沫球等（静电魔术实验）

特斯拉线圈、模拟闪电支架、接地线、导线等（自制模拟闪电演示仪）

12V DC 电源、高压静电发生器、有机玻璃管、3D 打印支架、铜线、檀香、打火机、玻璃瓶、开关、导线、激光头等（自制静电除尘演示仪）

集电空心球、金属建筑物、支架、车辐条、3D 打印座、木棒、导线等（自制避雷针演示仪）

4.3 多媒体：PPT、视频资料

5 教法分析

探究电荷间的相互作用规律和验电器的工作原理是本节课的教学重难点，要让学生能理解静电现象就要让学生亲自体验、探究、总结结论，这是突破难点和突出重点的重要手段，因此本节课借助讲授法、实验法和演示法相结合的教学方法使学生主动参与，乐于探索，积极思考，学会运用所学知识解决实际问题。在教师的启发和引导下，学生通过讨论、探究、自主学习，让学生体验科学探究过程，增强创新意识和实践能力，体现学生主体性，实现学生由“学会”到“会学”的转变。

6 基于创新实验的教学过程

6.1 新课导入——“魔术”实验

教师：同学们都喜欢看魔术，但你们会变魔术吗？同学们有没有想过学好物理也可以变魔术呢？今天老师就来给同学们变个魔术。（如图1 所示）

图1 静电魔术棒

设计意图：让学生知道学好物理可以变魔术，这样便可以很好的激发了学生学习物理的兴趣。

教师：老师用静电魔术棒与铝箔薄膜演示实验，同学们注意，将铝箔薄膜放在手和魔术棒之间。同学们看到什么现象呀？

学生：铝箔薄膜在手和魔术棒之间来回跳跃。

教师：同学们结合前面所学的知识思考，铝箔薄膜为什么会在手和魔术棒之间来回跳跃呢？

学生：学生进行思考。

设计意图：通过魔术表演，营造神秘感，激发学生的求知欲。

教师：魔术棒中装有电池，说明做好该实验需要具备什么？

学生：魔术是靠电才能做出来的。

教师：但铝箔薄膜没有接入电，怎么会跳跃呢？我们来看一下魔术棒里面是什么？（拆开魔术棒）

学生：电机、皮带……

教师：我们带着疑问，来体验一个小实验。

设计意图：留下悬念，激发学生的求知欲。

6.2 新课教学——电是什么教师：（提出问题1）同学们用塑料尺摩擦头发，再将塑料尺的一端靠近小纸屑，观察到了什么现象？

学生：学生分组讨论，深入探究。再次用玻璃棒、丝绸和橡胶棒、毛皮体验。最后通过分析，得出摩擦起电及其实质。

教师：教师进行分析归纳，总结摩擦起电的定义和实质。

教师：（应用举例）生活中有哪些是摩擦起电现象？PPT 展示相关图片。

学生：冬天脱毛衣。

设计意图：让学生学会联系生活实际举例说明摩擦起电的应用，加深记忆。

6.3 新课教学——学生分组“探究电荷间的相互作用”

教师：（提出问题2）当两个带电荷的物体相互靠近时，会发生怎样的现象呢？

学生：吸引、排斥、静止。

教师：我们能否用实验的方法来验证呢？下面给两分钟同学们思考一下，并根据猜想设计实验。

学生：学生根据科学探究的过程设计实验：提出问题；猜想与假设；制定实验计划与设计实验；进行实验与收集证据；分析与论证；评估。

教师：巡视指导：观察学生的分工协作是否合理；针对学生在不同问题中出现的错误进行纠正。

学生：学生进行分组探究，对比实验。（如图2）

图2 探究电荷间的相互作用实验器材

设计意图：学生根据科学探究的过程设计实验，教师设计系列问题引导学生分析电荷间的相互作用规律，突出教学重点。

教师：老师看同学们做得差不多了，现在请各小组分别来分享一下你们的想法。首先有请第一组。

学生：学生分析总结，得出实验结论并分享。

教师：我们结合实验结论，魔术棒应该带什么电荷呢？

学生：在旋转平台上与玻璃棒相互排斥，带正电荷。

设计意图：在物理学中，比较研究是一种常用的方法。通过实验，让学生自主获取知识。

教师：教师利用实验器材再次演示魔术棒实验，从而解释魔术的成因，与情境导入相呼应。

教师：下雨天，常常伴随着闪电，同学们知道闪电是怎么形成的吗？

教师：教师介绍模拟闪电实验器材，并进行演示“模拟闪电”实验。（如图3）

图3 模拟闪电演示仪

学生：教师引导学生进行分组讨论，得到尖端放电现象和闪电的形成原因。

设计意图：通过自制教具的演示，能够激发学生的学习兴趣，感受物理实验带来的视觉震撼。

6.4 新课教学——学生“自制验电器”

教师：（提出问题3）验电器的作用是什么？验电器的结构如何？验电器中两金属指针为什么会张开？

教师：教师进行演示验电器并介绍其结构。（如图4）

图4 自制验电器

学生：学生观察分析验电器，并得出验电器的原理。

教师：接下来同学们按照提供的实验器材开始分组设计并进行实验。

学生：（学生自制验电器）根据验电器原理以及教师提供的实验器材，学生自制验电器。

教师：教师巡视指导：观察学生的分工协作是否合理。针对学生在不同问题中出现的错误进行纠正。

设计意图：教师设计系列问题，引导学生观察分析验电器，并得出验电器的原理。根据验电器原理以及教师提供的实验器材，学生进行自制验电器，让学生通过探索掌握知识，突破教学难点。

6.5 新课教学——静电现象的应用与防护

图6 避雷针演示仪

教师：引导学生自主阅读课本，思考讨论：静电现象在日常生活中有什么应用？如何防护静电现象给我们带来的危害？

学生：小组讨论。

教师：教师举例说明静电现象的应用与防护，接下来介绍自制教具，并进行演示静电除尘和避雷针引雷，引导学生思考。（如图5、6）

图5 静电除尘演示仪

设计意图：一方面激发学生的学习兴趣，另一方面学以致用，体会“从生活走向物理，从物理走向社会”的教育理念。

7 教学反思

课堂中通过创新实验和自制教具的运用，培养了学生的创新思维和动手实践能力，而且在让学生亲历分组进行探究活动的过程，充分体现了以学生为主体地位的思想，激发了学生学习物理的热情，符合物理核心素养的基本要求。作为一名物理教师，要学会利用好各种实验，尤其是演示实验，一方面要增强演示实验的效果，使得实验现象更加直观、明显；另一方面也要努力提高自身的动手实践能力和创新能力，尝试自制出一些有创意的教具，帮助学生更加直观的理解物理知识，突破教学重难点。