王立斌

（上海復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)，上海 200433）

1 背景

人類的教育方式和學(xué)習(xí)方式有兩種不同的類型：一是通過(guò)教育者系統(tǒng)的傳授，讓學(xué)習(xí)者“接受”人類已有的知識(shí)；二是通過(guò)學(xué)習(xí)者的親身實(shí)踐，“體驗(yàn)”到知識(shí)使用的樂(lè)趣，自主建構(gòu)自己的知識(shí)體系，讓學(xué)生通過(guò)內(nèi)心體驗(yàn)和主動(dòng)參與去學(xué)習(xí).通常把與前者相應(yīng)的教育稱之為“傳授性教育”，與之相適應(yīng)的學(xué)習(xí)方式稱之為“接受性學(xué)習(xí)”，把與后者相適應(yīng)的教育稱之為“體驗(yàn)性教育”，與之相適應(yīng)的學(xué)習(xí)方式稱之為“研究性學(xué)習(xí)”.從學(xué)生的全面發(fā)展來(lái)看，這兩種教育、兩種學(xué)習(xí)方式不可或缺，它們對(duì)學(xué)生的發(fā)展有著不同的價(jià)值.對(duì)每位學(xué)生而言，都是必須的，就像一個(gè)人的兩條腿，只有兩條腿都健壯，才能走得穩(wěn)、跑得快.

過(guò)去學(xué)生的學(xué)習(xí)方式比較單一，主要甚至完全依賴接受性學(xué)習(xí)（包括有意義的接受性學(xué)習(xí)），這種學(xué)習(xí)方式比較被動(dòng)，為此，當(dāng)前在物理教學(xué)中提倡學(xué)習(xí)方式的多樣化，促進(jìn)學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，教師改變教學(xué)模式顯得十分必要.《上海市中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)》把實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變作為“二期課改”的重要目標(biāo)之一.［1－2］

靜電很奇妙，學(xué)生很有興趣；但是靜電實(shí)驗(yàn)易受干擾，受環(huán)境（例如濕度）等因素影響較大，效果不明顯，所以教師在講解“靜電的利用和防范”這一堂課的時(shí)候，較多停留在口頭上、黑板上.上海市“二期課改”倡導(dǎo)的“體驗(yàn)性教育”、“研究性學(xué)習(xí)”，引發(fā)了筆者深入的思考.能否給學(xué)生增加一些靜電方面的體驗(yàn)?zāi)?？帶著這樣的思考，筆者重新建構(gòu)了“靜電的利用和防范”這一堂課，增加了學(xué)生的靜電體驗(yàn).下面就是這一堂課的“體驗(yàn)”設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)思想.

2 體驗(yàn)設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)思想

體驗(yàn)1：靜電除塵實(shí)驗(yàn).

體驗(yàn)類型：演示實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)器材：高壓靜電發(fā)生器、靜電除塵演示儀.

實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)：

（1）連接高壓靜電發(fā)生器和靜電除塵演示儀.

（2）在除塵演示儀內(nèi)放入煙塵.

為達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果，需要較濃密的煙霧，可之前收集在其他的容器中.但由于煙霧在容器中本身就會(huì)吸附和沉降，所以最好是隨制隨用，而且實(shí)驗(yàn)時(shí)，要迅速放入，盡快增加電壓，對(duì)比效果才更明顯.

（3）打開(kāi)靜電發(fā)生器開(kāi)關(guān)，增加電壓至3×104V，即可看到煙塵迅速消散.實(shí)驗(yàn)效果如圖1（除塵前）和圖2（除塵后）所示.

圖1

圖2

在筆者的實(shí)驗(yàn)中，正負(fù)兩極（徑向）距離約7cm，電壓增至2.5×104V時(shí)，即可觀察到明顯的煙塵消除現(xiàn)象.但電壓越高，煙塵消除得越快，而煙塵消除得越快，視覺(jué)對(duì)比越明顯，實(shí)驗(yàn)效果就越好，所以，筆者建議高壓靜電發(fā)生器的輸出電壓要留有適當(dāng)余量.本實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生參與操作，但要注意安全.

設(shè)計(jì)思想：經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，意味著人們將越來(lái)越多的礦物資源轉(zhuǎn)化為工業(yè)原材料和產(chǎn)品，同時(shí)也將越來(lái)越多的廢棄物拋向大自然.從工廠煙囪中冒出的滾滾濃煙中就含有大量顆粒狀粉塵，它們嚴(yán)重污染了環(huán)境，影響到作物的生長(zhǎng)和人類的健康.

我們要發(fā)展，但不要濃煙，怎么辦？靜電能做到.

采用了除塵技術(shù)以后，從煙囪的排放物中，再也看不到濃黑的煙霧了.靜電除塵已被人們公認(rèn)為是高效可靠的除塵技術(shù)，廣泛應(yīng)用在工業(yè)除塵領(lǐng)域，［3］并逐漸走進(jìn)人們的生活.［4－5］

靜電除塵的基本原理不難理解，效果圖也可以找到.但耳聽(tīng)為虛，眼見(jiàn)為實(shí).如此重要的技術(shù)，如果僅停留在“聽(tīng)說(shuō)”階段，學(xué)生難免懷疑.而如果能親眼看到靜電除塵的效果，體驗(yàn)靜電除塵的高效，不但可以對(duì)靜電的利用形成更直觀的認(rèn)識(shí)，更重要的，是在學(xué)生心中埋下一顆用科技踐行環(huán)保的種子.

體驗(yàn)2：靜電潛像.［6］

體驗(yàn)類型：學(xué)生實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)器材：“油膜法測(cè)分子直徑”的一套實(shí)驗(yàn)儀器（含有機(jī)玻璃板1塊、蒸發(fā)皿1個(gè)、記號(hào)筆1支），絲綢（或者類絲綢布料）、面粉.

實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)：

（1）清潔有機(jī)玻璃板板面.在日常的存儲(chǔ)或者使用中，由于摩擦等原因，板面可能已帶有靜電，這將影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)效果，所以，在使用有機(jī)玻璃板之前，應(yīng)使用清水洗凈，再用普通棉質(zhì)抹布（或紙巾）輕拭擦干.注意，要避免使用化纖材質(zhì)的抹布，減少在擦拭過(guò)程中因摩擦而引起的靜電.

（2）制作“靜電筆”.用絲綢裹住記號(hào)筆（或其他筆）尖即可.如圖3所示.由于筆被絲綢裹住在板上書寫時(shí)，筆跡勢(shì)必要變粗，所以在選擇記號(hào)筆時(shí)，應(yīng)選擇較細(xì)的.“靜電筆”的制作原則就是保證有足夠厚度的絲綢與板面接觸，并且筆跡的粗細(xì)要偏細(xì)為好.

（3）寫“靜電字”（或畫其他靜電潛像）.用“靜電筆”在有機(jī)玻璃板上按正常筆畫順序摩擦寫字，每一筆畫寫2～4次為宜.摩擦次數(shù)過(guò)少，最后顯影出來(lái)的字筆畫不夠清晰；摩擦次數(shù)過(guò)多，最后顯影出來(lái)的字筆畫過(guò)粗，甚至筆畫間重疊，使得對(duì)比不突出.

（4）顯影.寫好“靜電字”后，將有機(jī)玻璃板豎起，用手指尖捏取少量面粉，在有機(jī)玻璃板寫有靜電字的一面均勻撒下，讓面粉顆粒飛過(guò)板面，如圖4所示，靜電潛像即可顯現(xiàn).由于有機(jī)玻璃板在擦拭過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生額外的靜電，這些額外的靜電也會(huì)吸附一些面粉，所以待靜電潛像完全顯出后，保持有機(jī)玻璃板面豎直，輕輕敲打，震落冗余面粉，即可得到對(duì)比清晰的潛像顯影.如圖5和圖6所示.

圖3

圖4

圖5

圖6

設(shè)計(jì)思想：在教學(xué)實(shí)踐中，教師在講到“靜電的防范與利用”這一節(jié)內(nèi)容的時(shí)候，靜電復(fù)印的基本原理作為典型案例，幾乎是必講的.那么如何將靜電復(fù)印的過(guò)程講清楚，就成了一線教師備課時(shí)候經(jīng)常思考的問(wèn)題.

在靜電復(fù)印技術(shù)的核心原理中，在硒鼓上形成靜電潛像是最為重要的過(guò)程.此過(guò)程通過(guò)教師講解，對(duì)學(xué)生而言雖然不難理解，但是因?yàn)榭床灰?jiàn)，摸不著，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難免產(chǎn)生懷疑.

如果學(xué)生能親自制作一幅靜電潛像，并將其顯現(xiàn)出來(lái)，這種自主體驗(yàn)無(wú)疑會(huì)加深學(xué)生對(duì)靜電復(fù)印技術(shù)的理解，增強(qiáng)靜電利用的認(rèn)識(shí).

帶著這樣的想法，筆者在準(zhǔn)備靜電復(fù)印這部分教學(xué)內(nèi)容的過(guò)程中重新設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，對(duì)靜電潛像實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，使該實(shí)驗(yàn)具有較高的易操作性和可靠性，便于學(xué)生進(jìn)行自主體驗(yàn)式學(xué)習(xí).

體驗(yàn)3：電火花的危害——自助加油時(shí)因靜電致油槍起火.

體驗(yàn)類型：視頻體驗(yàn).

視頻來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng).在各大搜索引擎或者視頻網(wǎng)站中輸入“加油站，靜電起火”等關(guān)鍵詞即可搜索到相關(guān)視頻素材.

視頻截圖如圖7所示.

圖7

設(shè)計(jì)思想：在人們的生產(chǎn)生活中，靜電引發(fā)的事故災(zāi)害并不罕見(jiàn).上網(wǎng)搜索一下關(guān)鍵詞“靜電事故”，可以看到很多報(bào)道.但文字和語(yǔ)言的介紹，相對(duì)于圖片和視頻而言，沖擊力不足，難以給學(xué)生留下深刻的印象.而如果選用工廠類靜電事故后的圖片，則會(huì)由于情境設(shè)定與學(xué)生的生活距離較遠(yuǎn)，不足以引起學(xué)生的重視.

互聯(lián)網(wǎng)上的資源極其豐富，使用得當(dāng)可以使教學(xué)事半功倍.加油站自助加油時(shí)因靜電起火的視頻，能很好彌補(bǔ)文字和圖片的不足，貼近生活，可以帶給學(xué)生強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊力，配以教師簡(jiǎn)單的提問(wèn)（沒(méi)有明火引入，為什么起火了？）、解釋（靜電火花引發(fā)的事故）和展開(kāi)，靜電的危害，不言自明.

體驗(yàn)4：避雷針原理.

體驗(yàn)類型：演示實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)器材：高壓靜電發(fā)生器、尖端放電演示儀.

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）連接高壓靜電發(fā)生器和尖端放電演示儀.

（2）先調(diào)節(jié)尖頂和球頂?shù)母叨?，使得球頂和尖頂?shù)雀?打開(kāi)靜電發(fā)生器開(kāi)關(guān)，增加電壓至發(fā)生放電現(xiàn)象.觀察完畢后關(guān)閉靜電發(fā)生器開(kāi)關(guān).

（3）再調(diào)節(jié)尖頂和球頂?shù)母叨?，使得球頂明顯高于尖頂.重復(fù)操作2.

實(shí)驗(yàn)效果如圖8（等高時(shí)尖端放電）和圖9（有明顯高度差時(shí)高處易放電）所示.

圖8

圖9

設(shè)計(jì)思想：閃電是生活中另外一種常見(jiàn)的 “電火花”，它是自然界的巨大的靜電放電現(xiàn)象.信息時(shí)代，學(xué)生在新聞圖片或者影視作品中常可見(jiàn)到雷擊現(xiàn)象，雷擊事故對(duì)學(xué)生而言，并不陌生.而如何“防止雷擊事故的發(fā)生”，或者“降低雷擊的傷害”？這個(gè)問(wèn)題一般學(xué)生也能回答得出來(lái)——使用避雷針.可是避雷針的原理是什么？安裝避雷針的時(shí)候需要注意哪些事情？這些問(wèn)題學(xué)生就比較模糊了.

實(shí)際上，在防雷避雷領(lǐng)域里，避雷針是以前的叫法，在中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中，已經(jīng)放棄了這一稱呼，而代之以“接閃桿”.［7］之所以將避雷針改名為接閃桿，是因?yàn)橐郧暗拿Q不科學(xué)，沒(méi)有反映出接閃桿的原理.避雷針剛剛出現(xiàn)在中國(guó)時(shí)，人們以為它可以避免房屋遭受雷擊，所以稱其為避雷針.但事實(shí)上，避雷針保護(hù)建筑物的方式并不是避免房屋遭受雷擊，而是引雷上身，然后通過(guò)其引下線和接地裝置，將雷電流引入地下，從而起到保護(hù)建筑物的作用.正因?yàn)檫@個(gè)原因，也有人建議將避雷針改名為引雷針，但總的來(lái)說(shuō)，還是接閃桿這個(gè)名稱最為貼切.

一套簡(jiǎn)單的儀器，兩個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，就可以創(chuàng)造一次近距離的觀察、體驗(yàn)，而后靜電放電的規(guī)律就已經(jīng)呼之欲出，教師此時(shí)再講解就水到渠成了.

3 總結(jié)

自主體驗(yàn)式學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生發(fā)揮主動(dòng)精神，真正成為學(xué)習(xí)過(guò)程的主體.自主體驗(yàn)式學(xué)習(xí)可以使學(xué)生的內(nèi)在積極性被充分發(fā)揮出來(lái)，把學(xué)習(xí)變成一個(gè)快樂(lè)的過(guò)程.自主體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，把學(xué)習(xí)與應(yīng)用的過(guò)程直接結(jié)合在一起，或者把學(xué)習(xí)放在真實(shí)的情景中，或接近真實(shí)的情景中，更有利于學(xué)生明白所學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能、方法的意義，有利于情感、態(tài)度價(jià)值觀內(nèi)化.

因?yàn)檎J(rèn)識(shí)到了體驗(yàn)在教育領(lǐng)域的重要意義，教育決策者和研究者們都賦予體驗(yàn)很高的地位.各地的課程改革都強(qiáng)調(diào)了教學(xué)模式的建構(gòu)應(yīng)以學(xué)生的體驗(yàn)為核心，體驗(yàn)應(yīng)成為課程論和課程改革新的價(jià)值取向.［8－9］

本文是筆者按照物理新課程理念，針對(duì)“靜電的利用和防范”這一堂課，構(gòu)建的一篇以體驗(yàn)為中心的教學(xué)設(shè)計(jì).本文中的設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn).

（1）增加了學(xué)生對(duì)靜電的多方面體驗(yàn).相對(duì)于單純的口頭介紹，讓學(xué)生親眼看到靜電除塵的高效，親自制作一幅靜電潛像，這些體驗(yàn)設(shè)計(jì)，把知識(shí)由紙上的平面介紹改為情景的立體再現(xiàn)，可顯著提高學(xué)生的課堂參與度，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)參與.

（2）貼近生活，拉近了學(xué)生與科學(xué)的距離.例如，靜電除塵實(shí)驗(yàn)的演示，可使學(xué)生理解處理工業(yè)霧霾的方法，提高用科技踐行環(huán)保的意識(shí).靜電潛像的制作，可幫助學(xué)生理解復(fù)印機(jī)的核心原理，感受科技與現(xiàn)代生活的聯(lián)系.加油站靜電事故的視頻，可使學(xué)生認(rèn)識(shí)到電火花的隱患其實(shí)并不遙遠(yuǎn)，從而在易燃易爆物品處（例如加油站）提高安全意識(shí).尖端放電實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生理解避雷針的基本原理，了解科學(xué)防雷避雷的方法.

（3）實(shí)驗(yàn)易操作，現(xiàn)象明顯，可靠性高.高壓靜電發(fā)生器的使用，避免了一般靜電實(shí)驗(yàn)效果不明顯，現(xiàn)象可重復(fù)性低的缺點(diǎn).在確保安全的前提下，甚至可以請(qǐng)學(xué)生來(lái)完成演示實(shí)驗(yàn)，亦可達(dá)到良好實(shí)驗(yàn)效果.在靜電潛像中，“顯影劑”——面粉的使用，既提升了實(shí)驗(yàn)效果，又降低了實(shí)驗(yàn)“成本”，便于將演示實(shí)驗(yàn)推廣為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)和科學(xué)體驗(yàn).

“靜電利用與防范”的形式、方法很多，在有限的高中教學(xué)時(shí)間里，面面俱到地介紹、講解不現(xiàn)實(shí)，也沒(méi)有必要.“從生活出發(fā)，增加學(xué)生的科學(xué)體驗(yàn)”，就成了這節(jié)課內(nèi)容選取的主要依據(jù).使學(xué)生在自主體驗(yàn)中，生成問(wèn)題，引發(fā)思考，這種學(xué)習(xí)模式可以拉近物理與日常生活的距離，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力.本教學(xué)設(shè)計(jì)，經(jīng)課堂實(shí)踐檢驗(yàn)，達(dá)到了良好的教學(xué)效果.學(xué)生的一句“（物理）真有趣”就是最好的詮釋，其深遠(yuǎn)意義恐不是分?jǐn)?shù)能衡量的.

1 陸伯鴻.上海市中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）的改革要點(diǎn)［J］.現(xiàn)代教學(xué)，2005（3）.

2 上海教育.《上海市中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）》說(shuō)明http：//www.shmec.gov.cn/web/search＿engine.php.

3 王顯龍，何立波，賈明生，陳恩鑒.靜電除塵器的新應(yīng)用及其發(fā)展方向［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2003（3）.

4 王志勇，鄧高峰，徐昭煒，王智超，李增和.靜電式空氣凈化器對(duì)PM2.5凈化效果研究［J］.環(huán)境與健康，2013（7）.

5 堀邦夫，太田敏明.靜電式汽車空氣凈化器［J］.國(guó)外汽車，1984（1）.

6 王立斌.靜電潛像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)研究［J］.物理教學(xué)，2014（8）.

7 千素蘭.《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—2010宣貫［J］.電氣工程應(yīng)用，2011（4）.

8 李鐵美.高中物理體驗(yàn)式教學(xué)研究［D］.北京：首都師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

9 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）［M］.北京：人民教育出版社，2003.