大概念视域下的实验教学策略研究

沈卓豪 张春

摘 要：科学大概念是指向科学课程的核心内容和教师教学的核心任务，其能够将科学核心概念和关键思想与众多相关的知识相联系起来.聚焦科学大概念的教学能有效培养学生的核心素养.本文笔者将简要阐述大概念教学在静电教学中的应用.

关键词：大概念;静电教学;核心素养

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）22-0034-03

作者简介：沈卓豪（1991-），男，浙江嘉兴人，本科，中小学二级教师，研究方向：初中科学教学工作;

张春（1979-），女，安徽安庆人，本科，中学高级教师，研究方向：初中科学教学工作.

英国学者温·哈伦在《科学教育的原则和大概念》中指出：“科学大概念是有组织、有结构的科学知识和模型，这些大概念能够解释大范围内的一系列相关现象[1].”大概念的内容十分宽泛，只要是从某些下位知识抽象概括出来的上位知识均具有大概念的功能.“科学具有实证性”就是一个大概念.但从当前课堂教学的总体情况来看，学生在学习八年级上册“静电”部分内容后，仍有许多困惑和理解上的障碍，这值得教育工作者深入思考.

1 质疑辩惑，激发思维——发光的氖泡

教材中对静电的定义是：物体之间的摩擦会使一个物体上的电子转移到另一个物体上，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电，物体所带的电荷叫作静电.学生对静电的理解往往存在一定困惑，物体由于摩擦所产生的静电和日常生活中的电的性质是否相同.教师在课堂讲解的时候可能会列举一些雷电、脱毛衣时的噼啪声等现象简要说明这都是静电现象，同时教材上也没有对静电做过多解释，这就导致学生在没有亲自体验的情况下，在理解上存在一定的疑惑.

1.1 策略分析

通过查阅资料可知，静电具有“电压高、电量少”的特点，静电电压可以达到成百上千甚至上万伏，实验室中普通的验电器所能感测到的电荷一般在10-10C-10-9C，这个电量仅是手电筒小电珠正常发光1s通过电量的万分之三.由此可见静电无法让普通小灯泡发光，因此需要一种能在高电压低电量情况下发光的元件——氖泡（普通测电笔中氖泡发光的电压范围在60-500V之间，电流不到1mA），用氖泡检测静电，在理论上可行.

1.2 实验过程

不同的物体摩擦起电后电压不同，效果也差很多.表1为两种不同材料的物体相互摩擦的起电情况.

从表中我们发现两物体距离越远，越易起电，效果也越好.通常使用的吸管材质为聚丙烯，从表中我们发现聚丙烯与头发摩擦，容易起电，效果好.在演示时，教师便可用手拿吸管一端在头发上摩擦，将氖泡的一个电极沿着吸管的一端慢慢移动，可以看到氖泡间断地放出橙色的光芒.

1.3 实验小结

该实验取材容易且安全，实验现象明显，直观地让学生感受到摩擦起的电与生活中使用的电是一致的，但是因静电放电持续时间短，当前的技术手段尚无法有效控制，且无适合的材料将其隔离并传输，故不适合投入到生活中，继而引发学生再度思考，我们生活中的电怎么产生？激发学生学习兴趣和科学思维，为以后电磁感应的学习埋下伏笔.

2 真实观察，认知进阶——转动的小磁针

教材上向學生提供一个用玻璃棒与干净丝绸摩擦后吸引小纸屑的活动.学生通过该活动明确带电体能吸引轻小物体，但同时会存在疑问：既然带电体能吸引轻小物体，电路中的导线或者元器件通电之后也有电，为什么没有观察到吸引轻小物体的现象？

2.1 实验过程

笔者利用学生的电学学具连出一个简单电路，闭合开关后再将导线靠近小纸屑，发现无法将小纸屑吸起，加大电压后也无法吸引小纸屑，如图2所示.但是学生在实验过程中观察到通电的导线却能将放在旁边的小磁针吸引，如图3、图4所示.

2.2 实验小结

通电导线无法吸引纸屑等轻小物体，但能吸引小磁针.

2.3 结果分析

通过查阅资料可知，带电体能吸引轻小物体是因为在带电体周围空间内存在一个非均匀电场，轻小物体在非均匀电场中被极化，靠近带电体的一端出现异种电荷，远离带电体的一端出现同种电荷.被极化之后的轻小物体在不均匀的电场中受到的引力大于斥力，导致轻小物体被带电体吸引，如图5所示[2].

在电流稳定的通电直导线中，静止的正电荷和定向移动的电子产生的电场强度完全相同，方向相反，两者叠加后相互抵消，因此通电直导线周围无电场，仅存在由定向移动的电子产生的磁场.因此通电直导线无法吸引轻小物体而能够使小磁针发生偏转.

科学追求实证，这也是科学区别于宗教和其他伪科学的重要标志.在教学中，教师应当引导培养学生“科学具有实证性”这一理念.无论遇到什么问题都应用证据、事实说话.

3 逻辑分析，主动参与——旋转的吸管

浙教版教材在探究“电荷间的相互作用规律”时，通过用与丝绸摩擦过的玻璃棒和与毛皮摩擦过的橡胶棒分别与两个悬挂的泡沫塑料小球接触后，观察到小球相互靠拢说明异种电荷相互吸引;小球相互排斥说明同种电荷相互排斥.但由于橡胶棒摩擦后带负电的效果不太好，同时泡沫塑料太轻易被风吹动，如果遇到潮湿或有风天气，则实验非常容易失败，故而有些教师在执教中经常使用flash动画辅助教学，帮助学生理解两种电荷间的相互作用规律，但是学生学习效果一般.

3.1 策略分析

教师可根据表1寻找两种相距较远的材料制成的常见物品，通过更简化的方法揭示电荷间的相互作用规律.通过查阅资料可知，日常生活中常用的塑料吸管为聚丙烯材料制成，可与人发或纸摩擦起电，使吸管带负电，理论上可行.

3.2 实验过程

第一步，在塑料管1中央一侧剪一小洞，用针穿过小洞顶在中央的另一侧吸管上，针的另一头可以固定在橡皮泥上，该装置中吸管1可以自由转动;第二步，用毛皮或头发摩擦吸管1，并将吸管1放在针尖上;第三步，将与丝绸摩擦过的玻璃棒1靠近针座上的吸管1的一端，观察并记录现象;第四步，用毛皮或头发摩擦另一只吸管2，并靠近针座上的吸管1的一端，观察并记录现象;第五步，将与丝绸摩擦过的玻璃棒1放在针尖上;第六步，将与丝绸摩擦过的玻璃棒2靠近放在针座上的玻璃棒1[3]，将上述实验现象记录在表2中.

3.3 实验小结

实验中用到的器材为学生学具内的物品和生活

中常见的物品，而且将原本的悬挂改为支撑，实验本身的稳定性加强，同时实验现象也更为明显，很容易通过比较得出“电荷间的相互作用规律”，即同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.

静电由于电压高易漏电，电量少经不起漏，所以静电现象很不明显.诚然，静电实验属于较难把握的一类实验，当遇到湿度大天气时，更是雪上加霜.但笔者认为若因实验困难而放弃让学生亲自寻找证据的体验得不偿失.静电实验成功的关键在于选择合适的材料和方法，并不一定拘泥于课本上的活动.学生在寻求实证的过程中不仅能够积极参与到课堂教学中，同时他们的科学思维也不断在解决问题中得到发展.

大概念作为“为理解而教”的核心，要求教师应当将大概念作为科学教育的一个新理念，使学生对科学建立更为深刻的理解，从而使学生今天的学习对他们今后的学习和工作产生更为积极的影响[4].在电荷与电流的教学中，在静电实验中，教师应着力于“科学具有实证性”这一大概念，运用“质疑辩惑，激发思维;真实观察，认知进阶;逻辑分析，主动参与”的策略，以实验为基础，适当引导，利用实验进行探究，促进学生亲自体验寻找证据，并不断思考，深入理解科学概念和规律，在实验过程中能不断提高学生动手能力、思维能力，促进学生科学核心素养落实[5].

参考文献：

[1]温·哈伦著，韦钰译.科学教育的原则和大概念[M].北京：科学普及出版社，2011.

[2]谭嘉成.利用对称性分析几种通电导体周围的磁场[J].湖南中学物理，2017，32（01）：96.

[3]杨伟志.综合型静电实验教学平台设计[J].物理教师，2015，36（11）：43-44+48.

[4]史小红.静电实验教学探索[J].中学校外教育，2011（08）：105.

[5]胡尚华.基于核心素养和关键能力的思維可视化课堂教学策略研究——以“电流磁场”教学为例[J].试题与研究，2019（36）：1-2.

（收稿日期：2021-06-25）