初中物理课外实践活动设计

［摘 要］实验在物理教学中有着重要的地位，是开展教学活动的有力支撑。文章通过探究趣味静电实验，完成该实验在课外实践活动中的设计，并借此探索趣味静电实验的发展新方向，以培养初中学生的发散思维能力和动手能力。

［关键词］静电实验；课外实践；活动设计

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）17-0045-04

《义务教育物理课程标准（2022年版）》明确指出：义务教育物理课程以发展学生为本，以提高全体学生核心素养为宗旨。义务教育物理课程不仅应注重科学知识和技能的传授，而且应注重对学生学习兴趣、探究能力、创新意识以及科学态度、科学精神等方面的培养。随着初中物理课程改革的深化，初中物理实践活动显得尤为重要。

一、课外实践活动的要点

（1）课题选取

在选择初中物理课外实践活动课题时，要基于初中学生的年龄特点和所处的实际环境，考虑学生课外时间的安排，以及教材涉及的知识，再加上实践活动本身生活化、趣味性、与课堂教学关联性的要求，选择的题材应该可以设计多种实验，便于学生上手操作，尤其是实验材料要易于获取，实验现象要明显以便于观察，要能有效激发学生的学习兴趣。

（2）实施策略

课外实践活动要求从实际出发，确保学生能利用已经掌握的知识，或虽然未知但学生通过自学能够掌握的或在教师的指导下易于接受和掌握的知识解决问题。课外实践活动的开展形式有很多种，在《中学物理教学概论》第十一章《中学物理实践活动》中定义：中学物理实践活动是指有目的、有计划、有组织地安排各种学生亲身实践的物理教学活动。实践活动的形式主要有以下几种：①参观与课外观察；②家庭实验与室外实验；③物理科学宫与物理游艺晚会；④物理综合小组；⑤物理教具制作小组；⑥物理演讲会或物理墙报；⑦物理竞赛。

本文以静电实验为例设计实践活动，提供②④⑤⑥四种形式的课外实践活动设计案例供读者参考。初中学生对生活中常见的静电现象很熟悉，静电实验本身涉及的物理知识并不复杂，可以基于课堂教学中获得的知识，结合日常生活经历，用生活中常见材料作为实验器材，如塑料饭盒、气球、PVC管、毛巾等物品。

（3）注意事项

在设计课外实践活动时，方案应该具有可操作性，且可以重复，具有一定的灵活性及拓展性，鼓励学生在实践探究过程中发现问题、创新实验，进而有效激发学生的兴趣和创造性，同时注重帮助学生在实践中掌握知识和物理思维方法。在实践活动中，教师应提醒学生重视实验记录的完整性和准确性，将实验记录作为评估学生实践成果的依据。在课外实践活动中，教师一定要注意活动的安全性，确保不会对学生造成伤害。

二、实验原理

物理静电实验主要分为两类：利用摩擦起电和高压静电开展实验。根据本课题研究目的，采取摩擦起电的方式获得电荷。摩擦起电的原理是通过摩擦使物体上一些电子脱离原子核的束缚，转移到另外的物体上，从而导致一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电。摩擦起电的本质就是通过摩擦使电子从一个物体转移到另一个物体上。由于本课题所列举的实验常通过摩擦使PVC管带电，因此这里特地解释摩擦起电的原理。

感应起电也包含在其中。感应起电是当一个带电体靠近导体时，由于同性相斥、异性相吸的电荷原则，导体中的电子会产生趋向或远离带电体的运动，导致靠近带电体一端的导体所带的电荷与带电体的电荷相反，远离的一端带相同电荷。

三、具体实验

（1）吸引纸屑

器材：毛巾、塑料饭盒、纸屑。

操作：将被毛巾摩擦过的塑料饭盒靠近纸屑。

现象：纸屑被塑料饭盒吸引，有些纸屑相互连接（如图1）。

原理：用毛巾摩擦塑料饭盒，由于摩擦起电，会让饭盒成为带电体。带电体可以吸引轻小物体，而吸引轻小物体的本质原因是小纸屑靠近带电体——塑料饭盒，其一侧带与饭盒相反的电荷，另一侧带与饭盒相同的电荷。异种电荷相互吸引，所以纸屑被饭盒吸引。

（2）旋转吸管

器材：吸管、毛巾、玻璃球。

操作：用毛巾摩擦吸管后，将其放在玻璃球上使其静止，然后将两只手分别放在吸管的两端的异侧，让手靠近吸管。

现象：当手靠近吸管时，吸管向着手的方向开始旋转，好像手掌吸引着吸管。

原理：当用毛巾摩擦过吸管后，吸管会带上电荷，而人体是一个轻微带电体，所以两个带电体会相互吸引。

（3）滚动的易拉罐

器材：毛衣、空易拉罐、PVC管。

操作：将PVC管和身上毛衣相互摩擦，然后用PVC管吸引桌上空易拉罐。

现象：易拉罐随PVC管的移动而移动。

原理：通过用毛衣摩擦PVC管，使PVC管带电，由于感应起电，易拉罐靠近PVC管的一侧后，会带与PVC管相反种类的电荷，由于异种电荷相互吸引，易拉罐会随PVC管的移动而移动。

（4）弯曲的水流

器材：塑料杯、水、脸盆、PVC管、毛衣。

操作：在空塑料杯的底部扎一个可以让水流出的小孔，在毛衣上摩擦PVC管，将塑料杯注满水，用PVC管吸引杯中流出的细小水流，并用脸盆接水。

现象：PVC管靠近水流时，水流向PVC管方向偏转。

原理：因为静电感应，导致线状水流一侧感应带上相反电荷，由于异种电荷相吸，因此水流发生偏转。同时由于带同种电荷互相排斥，因此水流会向四周散开来。

（5）验电器

器材：玻璃瓶、木塞、铁丝、铝箔片、老虎钳、PVC管、毛衣、吸管。

操作：将玻璃瓶清洗干净，用电钻事先在木塞上钻一小孔，将一小截吸管塞进小孔中。然后将铁丝上端弯成螺旋状，下端穿过吸管，再用老虎钳将下端弯曲成勾，将两片铝箔挂在下端，接下来将木塞塞在玻璃瓶口（塞紧）。在毛衣上摩擦PVC管后，将其靠近铁丝。

现象：PVC管靠近铁丝，两片铝箔张开成一定角度。远离铁丝，铝箔片闭合恢复原状。

原理：毛巾摩擦PVC管，可使PVC管带电，当PVC管接触验电器顶端的铁丝时，自身所带的电荷会传到玻璃瓶内的铝箔片上。铝箔片带同种电荷，会因相互排斥而自动分开，张成一定角度。根据两箔片张角的大小，可估计物体带电量的大小。

（6）日光灯发光

器材：辉光球、三根30 ㎝长日光灯管。

操作：将三根日光灯管绕辉光球围成三角形，首尾相接，给辉光球通电。

现象：三根日光灯管发光。

原理：在日光灯管的两极间加上足够高的电压时，或者周围加上高频电场，导致管内的稀薄气体产生辉光放电。当日光灯靠近时，其自身充当了一个接地的电极，球内的高压电子被吸引过来击穿日光灯管内的气体使日光灯点亮。

四、课外实践活动设计案例

（一）家庭实验——“弯曲的水流”实验的设计

［地点］家里。

［课标相关内容］探究摩擦起电，以及带电体可以吸引轻小物体。

［活动主题］弯曲的水流。

［目的］（1）了解摩擦起电的原理；（2）观察带电体可以吸引轻小物体的现象；（3）培养学生动手实验的能力。

［活动过程］

准备器材：水、塑料杯、PVC管、毛巾、脸盆。

指导：1.实验准备。教师展示该实验的图片，讲解实验操作方法。

2.学生在家中与父母配合进行实验，拍摄视频。利用课本知识对实验现象进行解释，撰写一篇百字小短文，其中包括实验原理分析、实验中遇到的困难、对实验进行改进的想法。

3.全班汇总，展示实验视频，交流讨论实验心得。

点评：本课题的实验现象明显，学生在实践过程中体验了如下流程：初步了解—动手实验—理论分析—得出结论—撰写报告并交流。在课题研究过程中，从学生实验到成果获得，全程都是以学生为主体的。实验都是由教师和学生、家长共同完成，有效培养了学生分析实验现象及设计创新实验的能力。

（二）物理教具制作小组——“验电器”实验的设计

［地点］课外。

［课标相关内容］探究验电器的构造以及静电感应。

［活动主题］验电器。

［目的］（1）了解验电器的本质；（2）理解静电感应的原理；（3）培养学生自制实验教具的能力。

［活动过程］

指导：1.教师展示验电器的模型并介绍其使用方法，提供一种自制验电器的方案，并展示材料和成品。如利用玻璃瓶、木塞、铁丝、铝箔片、老虎钳、PVC管、毛衣、吸管等。提示学生可改进实验，如改进实验材料等。

2.确定研究目的后将学生分组。学生组内讨论分工，准备实验器材。

3.小组合作制作验电器，检验器材的实验效果，思考实验失败的原因及解决遇到的困难。

4.小组代表全班展示，交流心得。

点评：本课题重在培养学生的动手实验能力，学生不仅通过实验运用课堂所学知识，还对课堂教具的本质构造有了更深刻的了解。

（三）物理综合小组——“移动的易拉罐”实验的设计

［地点］课外。

［课标相关内容］尝试使PVC管带电并吸引易拉罐。

［活动主题］移动的易拉罐。

［目的］（1）了解摩擦起电的原理；（2）观察实验现象，思考本质原因。

［活动过程］

指导：1.学生分组，布置实验课题，展示实验示意图。小组讨论实验所需器材，并思考是否可以对实验进行改进。

2.学生带材料进课堂，按照小组动手实验，教师巡视指导。

3.实验完成后，小组交流汇报，探讨开发实验的新方向。

点评：本课题重在培养学生的实验开发能力，能否从已有的实验中找到可以开发的新方向。本实验过程中，学生自主性较强，教师应尽量少干预，只给相应的基础指导，让学生有更大的探究空间。

（四）物理演讲会——“旋转吸管”实验的设计

［地点］课外或家里。

［课标相关内容］探究人手吸引吸管的原因。

［活动主题］旋转吸管。

［目的］（1）了解人体是一个轻微带电体；（2）探究人体吸引吸管的原因；（3）培养学生的动手实验能力。

［活动过程］

指导：1.学生分组，教师展示实验器材，向学生演示实验现象。

2.学生动手操作，讨论实验原理。

3.学生借助学校或家中电脑查阅有关资料，了解人体吸引吸管的真实原因。撰写一篇演讲稿，在课堂上进行演讲讨论。

点评：本课题不同于以往的实验探究，它是向学生直接展示实验，思考该实验的原理并撰写论文，意在考查学生的文献搜索能力和语言组织能力。对演讲稿中不明确的物理问题，教师可及时给予指导，指出学生模糊的概念。

五、小结

笔者完成了有关静电实验的探索和一系列趣味静电实验在课外实践活动中的设计，具体结论如下：

（1）可以帮助中学生理解静电知识。本文围绕中学教材中的静电知识开展静电实验，静电实验的形式千变万化，现象也丰富多样，能够充分吸引学生的注意力，激发学生的探究兴趣。同时也能通过小组讨论，采用“头脑风暴”的形式，提出更多新颖的想法，在原有实验的基础上进行改进。可以利用相同的器材做多种实验，或者一个实验利用不同材料，进行多次开发。对实验涉及的知识，学生可以理解得更加透彻，学生在模仿实验和改进实验的过程中可以加深对静电知识的理解。