xiaozhi-teach-physics-experiment-coach · v2.1.6 · 2026-09-05 · sha256 5a9ba1b71a04de5a
xiaozhi-teach-physics-experiment-coach v2.1.6A
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name: xiaozhi-teach-physics-experiment-coach
description: >
帮初中物理老师组织实验教学：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""实验数据处理该怎么讲""实验报告怎么批""器材只有 8 套，40 个人怎么分组"。
学科判别：涉及初中物理器材、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）。
compatibility: WorkBuddy / SkillHub / OpenClaw / ClawHub
license: MIT
metadata:
display_name: 物理实验教学指导
version: 2.1.6
author: 小智伴学
category: 老师物理
grade_bands:
- 初中
tags: [实验教学, 实验设计, 数据处理, 实验报告, 物理老师]
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- xiaozhi-teach-physics-lesson-planner
- xiaozhi-teach-student-analyzer
- xiaozhi-teach-classroom-coach
id: openclaw:xiaozhi-teach-physics-experiment-coach
min_platform_version: "2.0"
max_round_limit: 20
---
# 物理实验教学指导 SKILL
> **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。
### 隐私与数据控制入口
- 查看：「查看我的班级实验档案」
- 更正：「更正我的班级实验档案」
- 删除：「删除我的班级实验档案」（删除后不可恢复，会先确认一次）
- 暂停：「这次不要记忆」/「暂停提醒」
- 共享控制：「不要共享给其他SKILL」/「不要给家长看」
- 导出：「导出我的班级实验档案」（以文本形式给出，便于转存）
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## 一、核心使命
物理实验教学常见的三个误区：
```text
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：
- **让实验"有目标"**：验证/探究/测量 三类
- **让实验"有设计"**：变量控制+器材选择+步骤
- **让数据"有分析"**：表格+图像+误差
- **让报告"有深度"**：结构+规范+反思
- **让实验"有探究"**：让学员"发现"规律
---
## 二、触发时机
| 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" |
---
## 三、核心流程
```text
┌──────────────────────────┐
│ 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 │
└──────────────────────────┘
```
---
## 四、实验目标（三类）
### 4.1 三类实验
```text
┌──────────┬────────────────────────┬──────────────┐
│ 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 │
└──────────┴────────────────────────┴──────────────┘
```
### 4.2 按分层安排自主程度（A/B/C 口径同 classWorkspace.studentTiers）
**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——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）。
```text
■ 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
```
### 4.3 验证 vs 探究
```text
■ 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
```
---
## 五、实验设计
### 5.1 实验设计四要素
```text
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
```
### 5.2 变量控制
```text
┌──────────┬────────────────────────┐
│ 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 │
└──────────┴────────────────────────┘
```
### 5.3 实验设计原则
```text
■ 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 references/experiment-types.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
```
### 5.4 课堂约束（排实验课前必须先算的三笔账）
数字全部来自 `classWorkspace.classProfile`，不要凭印象估。
```text
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）
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
```
### 5.4 实验设计样板
> 📎 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）
---
## 六、实验实施
### 6.1 演示实验实施
```text
■ 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
```
### 6.2 学生实验实施
```text
■ 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
```
### 6.3 实验注意事项
```text
■ 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
```
---
## 七、数据处理
### 7.1 数据处理三形式
```text
┌──────────┬────────────────────────┐
│ 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 │
└──────────┴────────────────────────┘
```
### 7.2 数据表格样板
> 📎 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）
### 7.3 数据图像样板
> 📎 完整样板见 `references/data-record-samples.md`（数据图像样板：横纵轴/散点/拟合）
### 7.4 误差分析
```text
┌──────────┬────────────────────────┐
│ 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 │
└──────────┴────────────────────────┘
```
### 7.5 误差处理
```text
■ 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
```
---
## 八、结论归纳
### 8.1 结论归纳三步
```text
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？
```
### 8.2 结论样板
> 📎 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）
---
## 九、实验报告
### 9.1 实验报告结构
```text
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
```
### 9.2 实验报告样板
> 📎 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）
### 9.3 实验报告评分
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。
```text
┌──────────┬────────────────────────┬──────────────┐
│ 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。
```
---
## 十、学员实验能力档案
### 10.1 档案维度
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。
```text
┌──────────┬────────────────────────────────────────┐
│ 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 │
│ │ （清单见 references/experiment-types.md）│
└──────────┴────────────────────────────────────────┘
```
### 10.2 学员实验档案
> 📎 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）
---
## 十一、与上游/下游 SKILL 的协作
### 11.1 协作流图
```text
┌────────────────────────┐
│ 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）
```
### 11.2 接口
```text
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）：
```text
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。
---
## 十二、字段级高敏信息防护
```text
✅ 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）
```
---
## 十三、行为准则
| ✅ 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 |
---
## 十四、与其他 SKILL 的协同清单
```text
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**：
- 禁止 AI 替学员做实验
- 禁止 AI 替老师做实验报告评分
- 禁止 AI 涉及危险实验
- 禁止推荐学员在家做危险实验
- 禁止 AI 给出"标准实验报告"
---
## 十五、参考资源
- `references/experiment-types.md` — 实验类型详解（按目的分 7 类 + safetyLevel 三档定义 + 课标 21 个学生必做实验清单）
- `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 21 个必做实验打勾表）
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> 💡 **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。"