初中物理教学的创意实验

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  【摘要】本文以《从闪电谈起》一课为例,分享初中物理教学中的“大变喷泉”实验、摩擦起电实验、“炸开的尼龙绳”实验等创意实验,阐述用flash动画模拟呈现电子的转移过程,化微观为宏观的教学手段。
  【关键词】初中物理 创意实验 《从闪电谈起》
  【中图分类号】G 【文献标识码】A
  【文章编号】0450-9889(2020)37-0084-03
  电对人类而言是神秘的,人类既敬畏电又渴望了解电。人们对电的认识始于闪电和摩擦起电现象。从电学知识体系来看,静电是学习电学的基础。要想对电学有比较系统的认识,有必要以简单的静电现象作为学习的起点,通过模拟闪电现象、经历摩擦起电,消除对电的神秘感。在桂林市优质课比赛中,笔者被课例《从闪电谈起》(荣获一等奖)中的部分片段的巧妙构思吸引,下面笔者分享其中几个典型片段的巧妙处理,与读者共赏。
  根据学段特点,本节教材主要安排有摩擦起电及其原因、两种电荷及电荷间相互作用的规律、静电的应用与防护等内容,其中摩擦起电的原因是因为涉及原子结构,学生不容易理解,是学生学习的难点。在教学中如何将静电现象放大,使其直观化、外显化,引发学生的好奇与兴趣,是本节课设计的关键之处。
  片段一:静电现象“大变喷泉”
  师:同学们,上课之前,老师先给大家表演一个魔术——大变喷泉。
  (教师把注射器的针头用长导线接到手摇起电机的一个起电球上,准备好一大烧杯红墨水,提前抽满一注射器的红墨水,如图1,让学生A藏在讲台后面听指示摇动起电机)
  (学生A先不摇动起电机,教师让其他学生认真观察注射器射出的水柱的形状;接下来,教师暗示学生A摇动起电机,让水柱变成“喷泉”。为了让学生看清现象,教师可以在红墨水喷完后再次演示。教师最后请出“魔术助手”,其他学生给予掌声,课堂气氛高涨。活动用时3分钟,扫描图2中的二维码即可观看教学视频)
  师:为了弄懂喷泉形成的原因,我们这节课一起来学习新课“从闪电谈起”。
  【赏析】
  魔术设计创意新颖、有吸引力,很好地激发了学生的好奇心和求知欲。魔术设计操作简单,只要手摇起电机能够提供足量的静电荷量即可。魔术中的器材贴近生活,便宜易得。魔术设计可视化视觉效果好,全班学生都能清晰看到细水流被排斥散开形成喷泉的实验现象,预设效果的达成度高。魔术设计针对性强,让“同种电荷相互排斥”的实验现象可视,对新课教学有非常好的激趣诱导作用。
  片段二:摩擦起电
  【活动一】贴气球(活动时间2分钟)
  师:有谁能够不利用胶水,把这个气球贴到墙上吗?
  (学生结合已有经验,将气球与头发摩擦,把气球贴到墙上)
  师:摩擦后的气球可以贴到墙上,那么,我们能不能利用摩擦的方法,用笔、直尺等吸引桌面的纸屑呢?
  (学生通过摩擦笔、直尺等,吸引桌面上的纸屑,体验摩擦起电,活动时间2分钟)
  师:请一位同学归纳一下自己的实验发现。
  生1:摩擦后的铅笔和直尺可以吸引纸屑。
  师:很好,摩擦后的物体能够吸引轻小物体,我们就说它带了电。用摩擦的方法使物体带电,我们称之为摩擦起电。
  (教师演示用丝绸摩擦后的玻璃棒吸引轻小纸屑,用毛皮摩擦后的橡胶棒吸引轻小纸屑)
  师:我们就说玻璃棒和橡胶棒摩擦后都带了电。
  【赏析】
  学生先体验气球摩擦带电的现象,再通过体验铅筆摩擦带电、玻璃棒摩擦带电的过程,最后归纳实验的共同特点,符合学生的认知特点,知识的形成水到渠成。学生在体验中发现、在发现中归纳、在归纳中建构。
  “静电”是学生看不见、摸不着的抽象的知识。教师通过转换,将不易观察的抽象的“静电”现象转化为具体的、可视的“贴在墙上的气球”具象,因看见“贴”在墙上的气球从而“看见”静电知识,符合学生的认知习惯。
  教学过程中,形象思维过渡到抽象思维自然顺畅,丰富学生原有的感性认知,丰富学生头脑中信息加工的图式线索,为提高学生的逻辑思维能力提供脚手架,降低学生学习抽象知识的难度,顺利高效地建构概念,生成科学概念——摩擦起电,符合概念形成的认知思维进阶。
  片段三:电荷间的相互作用
  师:我们发现,不同的电荷间的相互作用是不一样的,那么,具体的规律是怎样的呢?请同学们利用桌面的器材(玻璃棒、橡胶板、丝绸、毛皮等),设计实验进行探究,2分钟后请同学起来分享实验方法。
  生1:我们可以把用丝绸摩擦过的玻璃棒放在旋转支架上,将另一根用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近它,观察它们之间的相互作用。还可以用同样的方法探究橡胶棒与橡胶棒,橡胶棒与玻璃棒之间的相互作用,再根据实验现象归纳结论。
  师:非常好!请大家开始实验。请大家注意保持丝绸和毛皮的干燥。4分钟后小组汇报实验结果。
  (学生探究电荷间的相互作用规律,教师巡堂指导)
  师:实验时间到,请小组代表描述实验现象,并归纳实验结论。
  生2:我们发现丝绸摩擦过的两根玻璃棒相互排斥,毛皮摩擦过的两根橡胶棒相互排斥,而丝绸摩擦过的玻璃棒和毛皮摩擦过的橡胶棒相互吸引。我们得出的结论是“正电荷和正电荷相互排斥,负电荷和负电荷相互排斥,正电荷和负电荷相互吸引”。
  生3:我们组的实验现象与上一组的相同,我们归纳的结论是“同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引”。
  师:两位小组代表都表述得非常好,请大家给予掌声!对比他们的结论,第二组的结论更加简洁,所以我们要记住的规律是“同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引”。
  师:同学们,老师手上有一根尼龙绳,当我用手把它从上往下捋时,尼龙绳会有什么变化呢?   (教师演示“炸开的尼龙绳”实验,如图3所示)
  师:哪位同学可以解释一下,为什么往下捋尼龙绳,它会散开呢?为什么捋的次数越多,散开的角度越大?
  生4:手摩擦后的尼龙绳带上同种电荷,同种电荷相互排斥,所以尼龙绳会分开;摩擦次数越多,尼龙绳带的同种电荷越多,散开角度越大。
  师:非常好,接下来我们再来看一个视频。
  (教师播放视频片段,视频中的人用手接触静电球,头发散开变成“爆炸头”。请学生解释原因)
  生5:接触静电球后,头发带上了同种电荷,同种电荷相互排斥,所以头发会散开。
  师:非常好,那么大家现在能不能解释一下上课前的喷泉是怎样形成的呢?
  生6:当我们摇动起电机时,金属球带电,通过导线转移到注射器的针头上,再由针头转移到水柱上,使水柱带上同种电荷,同种电荷相互排斥使得水分开,形成喷泉。
  【赏析】
  生活和科技前沿互通。生活中,同种电荷互相排斥的应用实例比较多,但学生熟悉的并不多,教师紧扣这一学情,整合尼龙绳摩擦排斥实验及科学实验站中的人的头发带电排斥实验,既有生活中常见的实驗现象,又有科技感强的实验现象。尼龙绳摩擦带电,学生熟悉,器材易得,操作简单;科学实验站中的静电球电荷量多,手接触静电球,头发立即散开,效果夸张、有趣,非学生生活常见,容易引发学生的好奇心理。两个实验中同种电荷互相排斥的实验现象明显,设计通俗易懂,有互通之处,容易激发学生兴趣、开阔学生视野、发散学生思维,易于深化新知认识,形成物理观念。
  巧用资源。教师充分利用网络资源“科学实验站”助力“电荷间相互作用”规律的应用,情景新鲜新颖、语言活泼幽默、视觉冲击力强,且与时俱进,学生易深入学习情景中,并致力解决问题。
  片段四:摩擦起电的原因
  师:为什么摩擦会使物体带电,而且带电种类会不同呢?为了揭开这个问题的面纱,我们先来复习一下原子的结构。请一名同学起来说一说原子的组成结构。
  生1:原子由原子核和核外电子组成,原子核由质子和中子组成。
  师(展示原子结构组成文字和图片并追问):电子、质子、中子的带电情况如何?
  生2:电子带负电,质子带正电,中子不带电。
  师:正常情况下原子是否显示电性?为什么?
  生3:不显电性,因为电子的带电量和质子的带电量相同。
  师:是的,正常情况下原子不显电性,当相互摩擦时,就展开了一场电子争夺战!
  (教师请男生甲和男生乙上讲台进行游戏。一人发一个气排球,男生代表原子核,气排球表示电子。在教师喊“开始”之后,“原子核”开始抢夺对方的“电子”,比一比谁能赢。游戏结束,男生甲抢到男生乙的“电子”,全班给予掌声)
  师:刚开始,他们每个人的正负电荷数相同,现在甲同学抢到了电子,那么他带什么电?
  生:负电。
  师:乙同学失去电子,那么他带什么电?
  生:正电。
  师:为什么甲同学能抢到“电子”?
  生:因为甲同学力气大。
  师:对的,我们类比原子。不同的原子核对电子的束缚能力是不同的,在两个物体摩擦的过程中,原子核束缚电子能力强的就会得到对方的电子,原子核束缚电子能力弱的就会失去电子。得到电子的物体带负电,失去电子的物体带正电。
  (教师播放“摩擦起电实质”动画视频,随后归纳并板书:摩擦起电的实质——电子的转移。得到电子的物体带负电,失去电子的物体带正电)
  【赏析】
  巧用科学方法。肉眼看不见原子结构,也看不见摩擦起电过程中电子的得失转移,认知过程内隐,认知图式抽象,学生比较难想象电子的转移过程。如何转换认知让学生看见电子的转移过程,是教师需要精心设计的。常见的是教师用Flash动画模拟电子的转移过程。在本课中,教师巧用拟人、类比等方法带领学生转换认知,化微观为宏观。用宏观的游戏呈现电子得失的过程,符合学生的认知习惯,让学生易于接受和理解。此游戏虽然不够严谨,但从初中生的认知思维习惯角度出发,确实达到了预设目标。教师接下来再用Flash动画模拟呈现,也算是课堂调控互动的巧妙一笔。
  本节内容是学生学习电学的第一课,一个精彩的、直观的、出乎意料的引入,成功激发了学生对电学第一课持续的、浓厚的兴趣,唤醒了学生的已有认知,激活了学生的思维线索。采用拟人等宏观类比的方法,攻克静电知识中的难点,符合学生思维发展的特点,教学收到了事半功倍的效果。
  作者简介:马利芳(1975— ),女,广西桂林人,教育硕士,高级教师,主要从事初中物理教学研究。
  (责编 刘小瑗)
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