基于創(chuàng)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(xiàn)代教學論研究指出，體驗感知不是學習產(chǎn)生的根本原因，產(chǎn)生學習的根本原因是問題，沒有問題就難以誘發(fā)和激起求知欲。同時，基礎教育課程改革強調(diào)要培養(yǎng)學生初步的創(chuàng)新精神和實踐能力，強調(diào)要改變課程實施過于強調(diào)接受學習、死記硬背的學習現(xiàn)狀，倡導學生主動學習、樂于探究?；谝陨蟽牲c，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(chuàng)新實驗的演示，激發(fā)學生主動參與、積極思考，產(chǎn)生強烈的求知欲望；二是以探究性活動解決本節(jié)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(guī)律，自制驗電器，以突破本節(jié)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(xiàn)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(xiàn)象。

1.1.2 地位作用分析：本節(jié)課選自滬粵版物理九年級上冊第十三章第1 節(jié)的《從閃電談起》，靜電現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)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(xiàn)象。

1.1.3 教材內(nèi)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(jié)內(nèi)容是簡單電路的一個特例，在生產(chǎn)生活中有廣泛的應用。讓學生體驗物理規(guī)律走向社會生產(chǎn)，體驗物理規(guī)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(xiàn)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(guī)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(xiàn)象及其原因；知道兩種電荷及其相互作用的規(guī)律；知道靜電現(xiàn)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(chuàng)新的思維能力。

2.3 科學探究：通過學生分組實驗探究，培養(yǎng)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(tài)度與責任：通過多個趣味實驗激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)、提高學生尊重科學，利用實驗探索研究自然的科學素養(yǎng)。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(xiàn)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(guī)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(xiàn)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(guī)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(fā)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(guī)律和驗電器的工作原理是本節(jié)課的教學重難點，要讓學生能理解靜電現(xiàn)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(jié)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(fā)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(chuàng)新意識和實踐能力，體現(xiàn)學生主體性，實現(xiàn)學生由“學會”到“會學”的轉變。

6 基于創(chuàng)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(fā)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(xiàn)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(fā)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(fā)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(fā)，再將塑料尺的一端靠近小紙屑，觀察到了什么現(xiàn)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(xiàn)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(lián)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(fā)生怎樣的現(xiàn)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(jù)猜想設計實驗。

學生：學生根據(jù)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(jù)；分析與論證；評估。

教師：巡視指導：觀察學生的分工協(xié)作是否合理；針對學生在不同問題中出現(xiàn)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(jù)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(guī)律，突出教學重點。

教師：老師看同學們做得差不多了，現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(jù)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(xié)作是否合理。針對學生在不同問題中出現(xiàn)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(jù)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(xiàn)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(xiàn)象在日常生活中有什么應用？如何防護靜電現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(chuàng)新實驗和自制教具的運用，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)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(xiàn)了以學生為主體地位的思想，激發(fā)了學生學習物理的熱情，符合物理核心素養(yǎng)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(xiàn)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(chuàng)新能力，嘗試自制出一些有創(chuàng)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。