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主持人语

“非常规”物理实验是指利用学生熟悉的物品、材料、器具及玩具等开发的具有趣味性、简易性的生活化物理实验，是对国家课程中常规实验的有效拓展。“非常规”物理实验材料鲜活，贴近学生生活，便于引导学生从生活中发现问题—提出问题—解决问题。本期策划围绕“非常规”物理实验培育学生核心素养这一主题，从“非常规”物理实验、自制仪器的应用、物理生活化实验、创设情境课堂提升学生核心素养等方面进行探索，旨在利用“非常规”物理实验突破传统教学模式的局限性，激发学生学习兴趣，提升学生问题解决能力，更好地培养和提高学生实验技能和创新实践能力，更深层地帮助学生形成正确的物理观，更全面地培育学生物理学科核心素养。

——栏目主持人 马骏

“非常规”物理实验是指利用实验室器材或实验室之外的学生熟悉的物品开展物理实验活动，常常为达到某种教学目的而采取灵活与简便相结合的方法与形式使实验过程呈现出自创性、体验性、趣味性、简易性、丰富性等特点，能有效激发学生学习兴趣和求知欲，对培育学生物理核心素养至关重要。笔者基于“非常规”物理实验对培育学生物理学科素养的有效策略进行了实践探索，形成了基于“非常规”物理实验的教学模式。

一、问题的提出

（一）研究背景

《国务院办公厅关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》中强调，强化综合素质培养。改进科学文化山东智顷数位学习，统筹课堂学习和课外实践，强化实验操作，建设书香校园，培养学生创新思维和实践能力，提升人文素养和科学素养。因此，物理学科更应重视培养学生实验能力，培育学生学科核心素养。“非常规”物理实验利用基本实验方法和技能培养学生务实的科学态度，有助于学生对物理概念和规律等的理解和记忆。实验教学是物理课堂不可缺少的环节，“非常规”物理实验是对常规实验的有效补充，利用“非常规”物理实验培养学生提出物理问题、分析物理问题、解决物理问题的能力是当前物理教学创新的重要方式之一。

（二）高中物理课堂教学中普遍存在的问题

一是物理实验课程资源单一，缺乏创新。物理实验器材无法满足教学所需，常规物理实验现象往往新奇性和趣味性不强，不能有效激发学生学习兴趣和求知欲，学生参与度不高，教学效果不理想。二是学校对物理实验不够重视，忽视了物理实验的育人功能，这不利于对学生自主学习、科学探究等方面的培育，不符合物理课标要求。三是学生对物理实验缺乏兴趣，动手能力缺失。此外，教学中没有按照课标要求创设情境，让学生经历科学探究、思考和解决问题的过程等。

二、开发“非常规”物理实验

笔者与团队成员深入研究教材，找出物理概念、规律难以被学生理解的主要原因，以及教学内容和“非常规”物理实验的结合点，完成与重点章节对应的“非常规”物理实验设计。下面，笔者以静电摆球实验为例，介绍一下“非常规”物理实验的开发过程。

实验器材：平行板电容器铝板一对，感应起电机1台，铁架台一个，用铝箔纸包起来的乒乓球一个，锦纶线若干，2B铅笔一根。

实验原理：导体在静电感应场中产生感应电荷，感应电荷可以自由移动。把导体球P放入静电场，导体球P左右两侧带上等量异种电荷。若使导体球P距左侧A板较近，且A板带正电，导体球P会因受A板的吸引力较大而摆向A，当导体球P一碰到A板，导体球P上的负电荷被A板上的正电荷中和，导体球P只带正电荷，然后会受A板的静电排斥力而摆向B板。当导体球P碰到B板后又带上了负电荷，受B板的排斥力再次摆向A。只要使A板和B板始终带异种电荷，则导体球P可在A板和B板之间往复循环，不断碰撞（图1）。

本实验旨在让学生直观感受感应起电原理的同时，让学生利用所学知识分析金属球两侧所带电荷的属性与多少，并理解金属球靠近带电体的一侧所带电荷与带电体的电性相反，远离带电体的一侧与带电体电性相同。

三、“非常规”物理实验教学应用研究

笔者与团队成员围绕“非常规”物理实验进行了系列教研活动，将实验融入教学设计，通过课堂检验“非常规”物理实验的教学效果，形成“非常规”物理实验促进学生物理学习和物理学科素养提升的教学案例，并以探索电势、电压与“放电”为例，详细介绍“非常规”物理实验在课堂教学中的应用。

（一）研究背景

静电知识比较抽象，课本上的实验可视性不强，学生只是被动观察实验，缺少主动参与。静电场知识要求学生正确理解电势与电压（电势差）、电场强度等重要概念，通过学习建立对“放电”的正确认知，进而强化学生安全用电意识。物理实验创新基地的范德格拉夫静电球、辉光球等实验现象非常直观，不仅能够很好地激发学生探究兴趣，还能引发学生深度探究意识。例如，电蚊拍在生活中是很常见的，研究它能够很好地建立物理知识与生活、科技之间的联系，使学生养成学以致用的好习惯。

（二）学情分析

静电学内容十分抽象，是电学中的难点所在，特别是电势，学生第一次接触时，总将电势与初中的电压混为一谈。认为处于高电势就一定会发生“放电”危险。因此，本节课设计的活动与探究目的就是帮助学生正确理解概念，引导学生关注物理知识在生活、科技等方面的应用，从而帮助他们树立正确的安全用电意识，形成从现象出发探究本源的思维习惯。

（三）“非常规”物理实验教学应用研究

教师可以通过范德格拉夫静电球实验，指导学生参与实验，近距离观察“怒发冲冠”现象，同时针对实验设置如下问题（图2）。

问题：人为什么会“怒发冲冠”？

学生：“怒发冲冠”是由于电荷作用力。表演者站在绝缘台上，手触摸高压静电球，这时表演者的头发上带有与静电球相同极性的电荷，由于同种电荷相互排斥的原因，头发顺着电场线的方向竖立起来，出现了“怒发冲冠”的现象。

问题：范德格拉夫静电球产生的电压是多少？

学生：现代的范德格拉夫起电机获得的电压可达500万伏特。

问题：在如此高的电压下，人为什么没事？

学生：由于静电感应，人体与静电球达到静电平衡，均为等势体，静电球电压逐步升高的过程中，人体与静电球电荷始终相等。但当人体聚集了大量电荷，人体周围形成强电场，所以头发顺着电场线的方向竖立起来。但由于脚下是绝缘体，没有形成回路，所以人是安全的。

问题：生活中静电现象的应用有哪些？

学生：静电复印机、静电除尘器、静电喷漆等。

教师小结：认识静电可以让我们避免它带来的一些危害。例如，在运载易燃物品的车辆尾端系上接地铁链，把电荷传到地面，可以有效避免电火花引起易燃物爆炸。

（四）教学反思

范德格拉夫静电球等“非常规”物理实验应用于课堂教学不仅能很好地激发学生学习兴趣，而且能促进学生深度探究思维。学生为了弄清楚实验的本质，会通过不断查阅资料更新和拓宽知识面，最后构建知识体系。学生可以利用已学知识解决生活中的一些问题，在解决问题的过程中会更加理解学习静电场的重要性所在。课堂教学效果表明，“非常规”物理实验有助于提升学生物理学科核心素养，能有力地促使学生把所学知识应用于新的、开放的真实情境，切实提升学生解决实际问题的能力。

四、“非常规”物理实验在高考中的体现

2023年全国乙卷理综试卷中就有电磁感应这部分知识的一个“非常规”物理实验题目。

一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图（a）所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图（b）和图（c）所示，分析可知（  ）

A.图（c）是用玻璃管获得的图像

B.在铝管中下落，小磁体做匀变速运动

C.在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变

D.用铝管时测得电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短

笔者在讲涡流、电磁阻尼与电磁驱动这节课时，以试题中的这个实验作为补充实验来激发学生学习兴趣。在实验过程中，学生能明显地观察到在铝管中小磁体先加速后做匀速直线运动，在玻璃管中，由于玻璃管不会产生涡流并且线圈中的感应电流较小，小磁铁近似做匀加速直线运动。学生观察到现象后，利用电磁感应的相关知识分析现象背后的科学本质，可知小磁铁在铝管中下落所受到的阻力来源于铝管中的涡流所施加的磁场力，速度越大，磁场力越大，最终磁场力等于重力，小磁铁匀速运动。通过实验，学生不仅很快地得出图（c）是用玻璃管获得的图像，还很好地提升了学生的实验操作能力。

由此可见，高考试题突出真实问题情境的设计，选取鲜活素材，贴近学生实际，引导学生从生活中发现问题、提出问题及解决问题。从经典的电磁阻尼现象演示实验出发，从多个设问角度考查学生对电磁感应原理的深入理解和应用。

大量教学实践表明，“非常规”物理实验有助于丰富物理实验课程资源，提升教师的实验课程资源开发能力和教研能力。“非常规”物理实验有利于打破传统教学模式，在课堂教学中有效激发学生学习兴趣，提升学生解决问题的能力。此外，“非常规”物理实验还能更好地培养和提升学生实验技能和创新实践能力，帮助学生形成正确的物理观，提升学生物理学科核心素养。

作者单位  山东省青岛市黄河中学