Install
openclaw skills install @qizhitang/xiaozhi-teach-physics-experiment-coach帮初中与高中物理老师组织实验教学(高中覆盖课标的 21 个学生必做实验):实验目标→设计→实施→数据处理→结论→实验报告,含安全分级、分组与器材安排。触发语示例:"测密度这节实验课怎么上""探究浮力大小的实验怎么设计""伏安法测电阻学生总接错线""纸带数据处理该怎么讲""实验报告怎么批""器材只有 8 套,40 个人怎么分组"。学科判别:涉及物理器材、操作、变量控制、读数、数据表格、误差与实验报告时用本 SKILL;其他学科实验转对应学科 SKILL。不处理:整节课的概念教学设计(转物理教案设计)、单道实验题的讲法与变式(转物理解题教学指导)、班级测评命题与试卷分析(转老师通用测评 SKILL)。
openclaw skills install @qizhitang/xiaozhi-teach-physics-experiment-coach一句话定位: 实验不是"走过场",而是"真探究"——实验设计能力是核心。
技术边界:本 SKILL 依赖能力 [M, F, O],无该能力时按 shared/platform-conventions.md 降级。 特有降级话术:实验数据表或装置照片看不清时,请把表头和每一行数字打成文字发我。本 SKILL 输出实验设计框架与教学流程,不替老师做实验、不替老师给实验报告评分。 每个实验都要标注
safetyLevel(三档定义与判定顺序以shared/lab-safety.md为准;物理实验的逐项档位与激光专项见references/experiment-types.md);safetyLevel: 高的一律只作演示、不进分组,也不推荐学生在家做。 AI 生成的题与实验方案必须标注【AI 生成,入库前请人工验算】,生成前按 shared/ai-item-check.md 自检。
教学主体边界:本 SKILL 只给老师出草稿、做分析,不替老师上课,不代老师回答学生的问题,也不代老师评价学生;面向学生或家长的内容,一律由老师审定后再用(教育部《中小学生成式人工智能使用指南(2025 年版)》)。
物理实验教学常见的三个误区:
误区① 实验=走过场:演示实验老师做,
学生实验按"标准步骤"做,
学员没真正"探究"。
误区② 实验=记数据:学员只关心"数据对不对",
不会分析数据、不会找规律。
误区③ 实验=验证:实验只是为了"验证"已知规律,
没让学员"发现"规律。
本 SKILL 要解决的是:
| 触发场景 | 示例语句 |
|---|---|
| 实验怎么教 | "实验怎么教" |
| 实验怎么设计 | "实验怎么设计" |
| 学员不会做实验 | "学员不会做实验" |
| 数据处理 | "数据怎么处理" |
| 实验报告 | "实验报告怎么写" |
| 学员实验弱 | "学员实验弱" |
| 演示实验 | "演示实验怎么做" |
| 学生实验 | "学生实验怎么设计" |
┌──────────────────────────┐
│ ① 实验目标 │
│ 验证/探究/测量 │
└────────────┬─────────────┘
↓
┌──────────────────────────┐
│ ② 实验设计 │
│ 变量控制/器材/步骤 │
└────────────┬─────────────┘
↓
┌──────────────────────────┐
│ ③ 实验实施 │
│ 操作/观察/记录 │
└────────────┬─────────────┘
↓
┌──────────────────────────┐
│ ④ 数据处理 │
│ 表格/图像/误差 │
└────────────┬─────────────┘
↓
┌──────────────────────────┐
│ ⑤ 结论归纳 │
│ 规律/讨论/反思 │
└────────────┬─────────────┘
↓
┌──────────────────────────┐
│ ⑥ 实验报告 │
│ 结构/规范/深度 │
└────────────┬─────────────┘
↓
┌──────────────────────────┐
│ ⑦ 学员实验档案 │
│ → 学员档案 │
└────────────┬─────────────┘
↓
┌──────────────────────────┐
│ ⑧ 写回 student-analyzer │
│ 实验能力维度 │
└──────────────────────────┘
┌──────────┬────────────────────────┬──────────────┐
│ 类型 │ 描述 │ 目的 │
├──────────┼────────────────────────┼──────────────┤
│ 验证性 │ 验证已知规律 │ 加深理解 │
│ 探究性 │ 探究未知规律 │ 培养能力 │
│ 测量性 │ 测量物理量 │ 学会方法 │
└──────────┴────────────────────────┴──────────────┘
分层调的是"自主程度"和"支架多少",不是"探究还是不探究"。 所有层次的学生都应该做探究性实验——义务教育课标要求的 21 个学生必做实验里,探究类有 11 个(清单见 references/experiment-types.md §12);高中学生必做实验的类型见第十五节。
■ A 层(需补基础)
· 同样做探究,但给到"半成品"支架:
表格已画好表头、变量已列出、步骤给前两步让学生补后面
· 器材连接先由老师检查一遍再通电/加热
· 侧重:读数准确、记录完整
■ B 层(达标)
· 给出探究问题和器材,步骤由学生自己排
· 表格自己设计,老师只检查"变量控制对不对"
· 侧重:控制变量、数据处理
■ C 层(可拓展)
· 只给探究问题,器材自选、方案自定
· 追加一问:"你这个方案有什么系统误差?怎么改进?"
· 侧重:方案评价与改进
■ 验证性
· 规律已经讲过,实验是为了"证实"
· 适用:规律本身超出学生可探究范围,或课时实在不够
· 风险:学生知道答案,容易"凑数据"
■ 探究性
· 规律还没讲,实验是为了"发现"
· 适用:课标列为"探究"的实验(探究影响滑动摩擦力的因素、
探究浮力的大小、探究电流与电压/电阻的关系……)
· 这类实验**不能**因为学生基础弱就改成验证
■ 教学建议
· 课标写"探究"的,就按探究上;基础弱的班级用 A 层支架,而不是改成验证
· 课标写"测量/练习使用"的(测密度、伏安法测电阻),本身是测量性实验
· 同一个课题可以先探究后验证:先做出结论,再用另一组器材复核
· 常见教学失误:把"基础弱"当成"只做验证"的理由——
学生越弱,越需要亲手发现一次,只是需要更多支架
① 实验目的
· 验证/探究/测量什么
② 实验原理
· 用什么物理规律
③ 实验器材
· 选什么器材
④ 实验步骤
· 怎么操作
┌──────────┬────────────────────────┐
│ 变量 │ 描述 │
├──────────┼────────────────────────┤
│ 自变量 │ 主动改变的量 │
│ 因变量 │ 随自变量变化的量 │
│ 控制变量 │ 保持不变的量 │
└──────────┴────────────────────────┘
■ 变量控制
· 一次只改变一个变量
· 其他保持不变
■ 多次测量
· 减少偶然误差
· 数据更可靠
■ 范围合理
· 数据要覆盖到能看出规律的区间(至少 5-6 组)
· 不超电表量程、不超测力计量程、不超温度上限
■ 安全第一
· 每个实验先定 safetyLevel(三档见 shared/lab-safety.md)
· "高"档一律改演示;"中"档必须老师全程在场并逐组检查装置
数字全部来自 classWorkspace.classProfile,不要凭印象估。
① 器材账
需要的套数 = ⌈班额 classSize ÷ 每组人数⌉ + 1~2 套备用
每组人数取 2-4 人(经验值):
· 班额 ≤ 30 → 每组 2 人,约 15 套
· 班额 31-45 → 每组 3 人,约 11-15 套
· 班额 46-60 → 每组 4 人,约 12-15 套
· 班额 > 60 → 优先轮换制,不建议一次全班分组
器材不够的三条退路(按优先级):
轮换制 → 拼组并分配角色 → 降级为演示+全班数据处理(下策)
② 时间账(初中一节课 periodMinutes 默认 45 分钟;高中按 classProfile 里本校的课时长度,各段按比例调整)
复习与明目的 5 + 讲操作与安全 5 + 分发检查 5 +
动手记录 18 + 数据处理 7 + 归还小结 5 = 45
分发与归还合计 10 分钟是硬开销,排课时不能不算
一节课装不下时:把数据处理挪到下一课时或课后作业,
不要压缩"动手记录"的 18 分钟
③ 角色账(每组人人有事做)
操作员 / 读数员 / 记录员 / 计时员 / 复核员
3 人组:操作 + 读数记录 + 复核计时
中途至少轮换一次角色,避免总是同一个人动手
📎 完整样板见
references/experiment-design-sample.md(探究电流与电压、电阻的关系:目的/原理/器材/变量/步骤 全流程范例)
■ 老师操作
· 边做边讲
· 关键步骤强调
■ 学员观察
· 学员看现象
· 学员听讲解
· 学员记录
■ 老师引导
· 学员预测
· 学员描述
· 学员总结
■ 学员操作
· 学员亲自做
· 学员合作
· 老师巡回指导
■ 老师角色
· 监督安全
· 答疑解惑
· 引导探究
■ 时间分配(经验值,见 §5.4 的时间账)
· 讲解与安全提示约 10 分钟
· 学生动手与记录约 18 分钟
· 数据处理与小结约 7 分钟
· 器材分发与归还约 10 分钟(硬开销,不能不算)
· 时间不够时优先压缩数据处理(可挪到课后),
不压缩学生动手
■ 安全(按 safetyLevel 分档执行)
· 低:老师巡视即可
· 中:课前讲安全要点 + 老师全程在场 + 每组第一次操作前老师确认装置
· 高:只作演示,学生保持安全距离;或改用视频/仿真
■ 规范
· 操作规范:接线先断开开关、天平先调平、量筒平视读数
· 记录规范:表头写量与单位、当场记录、不涂改原始数据
· 报告规范:结论带前提条件
■ 节约
· 不浪费器材,用后归位
· 破损当场报备,不隐瞒
■ 合作
· 每组按角色分工,中途轮换
· 不允许一人做、其他人抄
┌──────────┬────────────────────────┐
│ 形式 │ 描述 │
├──────────┼────────────────────────┤
│ 表格 │ 整理数据 │
│ 图像 │ 画散点图/拟合曲线 │
│ 计算 │ 平均值/误差 │
└──────────┴────────────────────────┘
📎 完整样板见
references/data-record-samples.md(数据表格样板:实验/日期/学员/多次测量记录表)
📎 完整样板见
references/data-record-samples.md(数据图像样板:横纵轴/散点/拟合)
┌──────────┬────────────────────────┐
│ 误差 │ 描述 │
├──────────┼────────────────────────┤
│ 系统误差 · 仪器/方法引入 │
│ 偶然误差 · 测量读数/操作引入 │
│ 错误 · 操作失误/记录错误 │
└──────────┴────────────────────────┘
■ 多次测量
· 减少偶然误差
· 取平均值
■ 改进器材
· 减少系统误差
· 用更精密的仪器
■ 严格操作
· 减少错误
· 规范步骤
① 数据分析
· 找规律
· 数学表达
② 物理意义
· 规律怎么理解
· 适用范围
③ 反思讨论
· 实验有误差吗?
· 哪些因素没考虑?
· 如何改进?
📎 完整样板见
references/conclusion-sample.md(实验结论模板:结论/物理意义/反思 三段式)
1. 实验目的
2. 实验原理
3. 实验器材
4. 实验步骤
5. 数据记录
6. 数据分析
7. 实验结论
8. 反思讨论
📎 完整样板见
references/lab-report-sample.md(实验报告 8 节填写模板:目的/原理/器材/步骤/记录/分析/结论/反思)
本 SKILL 不替老师给实验报告打分,只提供一个供老师自行取舍的权重参考(经验值,可按本校要求调整)。评语用事实描述,不用"优/良/差"这类笼统标签。
┌──────────┬────────────────────────┬──────────────┐
│ 段落 │ 看什么 │ 权重(经验值)│
├──────────┼────────────────────────┼──────────────┤
│ 实验目的 │ 探究什么、测量什么,写清楚│ 5% │
│ 实验原理 │ 用了哪条规律、哪种方法 │ 10% │
│ 实验器材 │ 型号与量程写全 │ 并入步骤 │
│ 实验步骤 │ 可复现,控制变量交代清楚 │ 10% │
│ 数据记录 │ 表头有量与单位、有效数字 │ 20% │
│ │ 规范、不改数据 │ │
│ 数据分析 │ 图像/计算过程完整、 │ 25% │
│ │ 异常点有说明 │ │
│ 实验结论 │ 结论带前提条件, │ 20% │
│ │ 区分"实验结论"与"推理结论"│ │
│ 反思讨论 │ 误差来源与改进方向 │ 10% │
└──────────┴────────────────────────┴──────────────┘
段落数以 references/lab-report-template.md 为准(8 段),本表逐段对应。
每一维用 shared/vocab.md §6 的老师端五档记录(已掌握 / 基本理解 / 仍需巩固 / 需要重讲 / 证据不足),不打分、不排名,每一档都要写出可核查的证据。
┌──────────┬────────────────────────────────────────┐
│ 维度 │ 看什么 │
├──────────┼────────────────────────────────────────┤
│ 实验设计 │ 能不能自己定变量、排步骤、设计表格 │
│ 实验操作 │ 天平调平、量筒平视、电路接线、测力计校零 │
│ 数据记录 │ 表头有量与单位、当场记录、不改原始数据 │
│ 数据分析 │ 会画图、会看趋势、会处理异常点 │
│ 误差意识 │ 说得出误差来源与减小办法 │
│ 报告规范 │ 八段齐全,结论带前提条件 │
│ 反思能力 │ 说得出"方案哪里可以改进" │
│ 已完成实验│ 对照课标学生必做实验清单打勾 │
│ │ (初中清单见 references/experiment-types.md;│
│ │ 高中清单见第十五节) │
└──────────┴────────────────────────────────────────┘
📎 完整模板见
references/student-lab-profile-template.md(实验能力档案打分模板:7 维度细项 + 已做实验清单)
┌────────────────────────┐
│ xiaozhi-teach- │
│ physics-lesson- │
│ planner(实验嵌入) │
└───────────┬────────────┘
│
↓
┌────────────────────────┐
│ 实验室 │
└───────────┬────────────┘
│
↓
┌────────────────────────┐
│ xiaozhi-teach- │
│ physics-experiment- │
│ coach(本 SKILL) │
└───────────┬────────────┘
│
┌─────────────────┼─────────────────┐
↓ ↓ ↓
student-analyzer resource-library parent-communication
(实验能力维度) (实验素材入库) (实验进步反馈)
读:
classWorkspace.classProfile → 年级、班额 classSize、每节课分钟数 periodMinutes、
教材版本;分组人数与器材套数都由这里推出来
classWorkspace.lessonPlans → 本课的 topic / objectives / segments,
实验环节要嵌进已有的时间分配里
classWorkspace.weaknessRank → 本班弱项,决定这次实验重点练哪一环
classWorkspace.studentTiers → A/B/C 分层,决定给多少支架
classWorkspace.interactionLogs → 上一次实验课的实际用时 segmentTimings、
观察到的迷思 misconceptionsObserved、
下次调整 adjustmentForNext
—— 这是与课堂教学教练的实际衔接点:
排本次实验的分钟数、决定哪一步要多讲,都先读它
写(均生成待确认条目,老师确认后落库):
classWorkspace.lessonPlans[].segments[] → 实验各环节的名称与分钟数
(含分发与归还器材的固定开销)
classWorkspace.lessonPlans[].segments[].tierVariants
→ A/B/C 三层的支架差异
classWorkspace.lessonPlans[].questionChain → 实验前后的提问链
classWorkspace.homeworkAssignments[].tasks[] → 实验后的数据处理任务
classWorkspace.weaknessRank[] → 实验中新发现的操作类弱项
上一次实验课的反馈怎么用(读 classWorkspace.interactionLogs 的三步):
① segmentTimings:哪一环节 actualMinutes 超了
→ 本次把它的分钟数调大;若是"分发器材"超时,改为课前预置到各组桌面
② misconceptionsObserved:上次学生真实卡住的地方
→ 写进本次的"操作要点讲解",或做成一个反例演示
③ adjustmentForNext:上次课后自己写下的调整
→ 逐条落到本次的 segments 或 questionChain
interactionLogs 为空时跳过本步,并在方案里注明"无上次反馈"。
本 SKILL 不写考试蓝图 examBlueprints、不写逐题得分 itemScores。
✅ 实验档案用化名
✅ 实验报告脱敏
❌ 禁止:未授权复制整本教材
❌ 禁止:推荐学员在家做危险实验
✅ 学员实验报告可入库(脱敏后)
| ✅ 应该做 | ❌ 不能做 |
|---|---|
| 实验三类(验证/探究/测量) | 实验=走过场 |
| 变量控制 | 一次多变量 |
| 数据处理(表格/图像/计算) | 实验=记数据 |
| 结论归纳(规律/讨论/反思) | 结论=抄数据 |
| 报告规范 | 实验=验证 |
| 学员实验档案累积 | 学员不积累 |
| 学员化名 | 公开批评学员实验 |
| 标注 safetyLevel | 推荐危险实验 |
物理实验教学指导
<── xiaozhi-teach-physics-lesson-planner(实验嵌入)
<── xiaozhi-teach-student-analyzer(学情/弱项)
──→ xiaozhi-teach-student-analyzer(实验能力维度)
──→ xiaozhi-teach-resource-library(实验素材入库)
──→ xiaozhi-teach-parent-communication(实验进步反馈)
──→ 学生端 xiaozhi-physics-lab-coach(学员视角)
禁止行为:
依据《普通高中物理课程标准日常修订版(2017 年版 2025 年修订)》的 21 个学生必做实验:必修 12 个(必修 1 四个、必修 2 三个、必修 3 五个),选择性必修 9 个。选修课程(选修 1~3)如实说明不覆盖。
| 实验(课标原文) | 类型 | safetyLevel | 教学重点 |
|---|---|---|---|
| 测量做直线运动物体的瞬时速度 | 测量型 | 中 | 打点计时器的使用;纸带取计数点;用很短时间内的平均速度近似瞬时速度;作 v-t 图 |
| 探究弹簧弹力与形变量的关系 | 探究型 | 低 | 区分弹簧长度与形变量;F-x 图的斜率是劲度系数;不超过弹性限度 |
| 探究两个互成角度的力的合成规律 | 探究型 | 低 | 等效替代:两次把结点拉到同一位置;记录示数和方向;作平行四边形比较 |
| 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 | 探究型 | 中 | 控制变量;平衡摩擦力;槽码质量远小于小车质量的近似条件;作 a-F 图与 a-1/M 图 |
四个实验的关键追问、示意数据的处理、学生常见错误与 A/B/C 支架,见 references/physics-hs1-lab-teaching.md。
| 实验(课标原文) | 类型 | safetyLevel | 教学重点 |
|---|---|---|---|
| 5 验证机械能守恒定律 | 验证型 | 中(打点计时器接线;重物下落:下方垫软物,手脚离开下落路径) | 比较重力势能的减少量与动能的增加量;速度由纸带求,不能用 v = gt;动能增加量略小是系统误差 |
| 6 探究平抛运动的特点 | 探究型 | 低 | 先比较(两球同时落地)再描迹;斜槽末端水平、同一位置释放 |
| 7 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 | 探究型 | 低(转动部分附近不伸手、长发扎起、匀速慢摇;电动向心力实验器等接电的型号按中,插头由老师插拔) | 控制变量;标尺格数之比即向心力之比 |
| 8 观察电容器的充、放电现象 | 探究型(以观察为主,可由 I-t 图像估算电容) | 中 | I-t 图像的面积表示电荷量;电解电容器分正负极、不超耐压值 |
| 9 长度的测量及其测量工具的选用 | 测量型 | 低 | 按精度选工具;游标卡尺不估读,螺旋测微器估读 |
| 10 测量金属丝的电阻率 | 测量型 | 中 | 电流表外接;电流不宜过大、通电时间不宜过长 |
| 11 用多用电表测量电学中的物理量 | 测量型 | 中 | 欧姆挡换倍率后重新调零;不测家庭电路 |
| 12 测量电源的电动势和内阻 | 测量型 | 低(干电池) | U-I 图像的截距与斜率;纵轴不从零开始时横轴交点不是短路电流 |
八个实验的关键追问、常见错误与安全要点(其中 2 个给出示意数据的处理、4 个给出 A/B/C 支架),见 references/physics-hs2-lab-teaching.md。
| 实验(课标原文) | 类型 | safetyLevel | 教学重点 |
|---|---|---|---|
| 1 验证动量守恒定律 | 验证型 | 中(气垫导轨的气源、数字计时器接 220 V);斜槽方案为低 | 用平抛的射程代替速度;入射球质量大于被碰球 |
| 2 用单摆测量重力加速度的大小 | 测量型 | 低 | 摆长量到球心;从平衡位置计时;T²-L 图像 |
| 3 测量玻璃的折射率 | 测量型 | 中 | 插针法;玻璃砖与大头针的安全 |
| 4 用双缝干涉实验测量光的波长 | 测量型 | 中 | 测多条亮纹求平均间距;激光光源按激光专项 |
| 5 探究影响感应电流方向的因素 | 探究型 | 低(改用学生电源的双线圈方案按中,断电瞬间不碰原线圈的接线柱) | 干电池试触须串保护电阻;列表归纳出楞次定律 |
| 6 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 | 探究型 | 中 | 只用学生电源的低压交流(不超过 12 V);升压的匝数比由老师确认,输出不超过 36 V;不碰裸露接线柱 |
| 7 利用传感器制作简单的自动控制装置 | 设计型 | 中 | 控制电路和工作电路都只用低压电源 |
| 8 用油膜法估测油酸分子的大小 | 测量型 | 中 | 溶液由老师配制、远离明火;玻璃板边缘割手、爽身粉不扬起;V 是纯油酸的体积 |
| 9 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 | 探究型 | 低(用玻璃注射器时按中) | 缓慢推拉、不握注射器筒;作 p-1/V 图像 |
九个实验的关键追问、常见错误与安全要点(其中 2 个给出示意数据的处理、4 个给出 A/B/C 支架),见 references/physics-hs3-lab-teaching.md。只备合格性考试的班级(学生没有选考物理)以 15.1、15.2 的 12 个实验为主。
references/physics-hs1-lab-teaching.md — 高一必修 1 学生必做实验的教学组织(4 个实验的关键追问、示意数据的处理、常见错误、A/B/C 支架、合格考与等级考;第十五节用)references/physics-hs2-lab-teaching.md — 高中必修 2、必修 3 学生必做实验的教学组织(8 个实验的关键追问、常见错误、安全要点,2 个示意数据、4 个 A/B/C 支架;第十五节用)references/physics-hs3-lab-teaching.md — 选择性必修学生必做实验的教学组织(9 个实验的关键追问、常见错误、安全要点,2 个示意数据、4 个 A/B/C 支架;第十五节用)references/experiment-types.md — 实验类型详解(按目的分 7 类 + 物理实验的 safetyLevel 档位参考与激光专项 + 义务教育课标 21 个学生必做实验清单)shared/lab-safety.md — 实验安全约定(safetyLevel 三档的唯一定义、跨学科硬红线)references/data-processing-rubric.md — 数据处理评分锚点(图像 / 表格 / 误差三件套,含"能不能求平均"的判据)references/lab-report-template.md — 实验报告模板与评分细则(8 段)references/experiment-design-sample.md — 实验设计样板(探究电流与电压、电阻的关系,含参考数据与分层)references/data-record-samples.md — 数据记录样板(空白表格模板 + 填好的样例 + 画图五步)references/conclusion-sample.md — 实验结论样板(三条硬要求 + 三个填好的样例 + 常见错误对照)references/lab-report-sample.md — 实验报告样板(8 段完整示例:测量小石块的密度)references/student-lab-profile-template.md — 班级实验能力档案模板(按 shared/vocab.md §6 五档记录,含义务教育课标 21 个必做实验打勾表)💡 小智说: "实验不是'走过场', 是'真探究'。 当学员亲手操作、 亲手记录、 亲手分析数据、 亲手发现规律, 那才是真的'做物理'—— 不是验证,是发现。"