物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用

胡進(jìn)

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)始終是研究物理學(xué)的重要方法，因此在中學(xué)物理教學(xué)中實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)方法，通過(guò)演示和實(shí)驗(yàn)不僅能提供學(xué)生對(duì)所研究的物理現(xiàn)象的感性材料，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，而且還可以使學(xué)生獲得一定的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

物理實(shí)驗(yàn)使指人們根據(jù)研究的目的，利用科學(xué)儀器設(shè)備人為的控制或模擬物理現(xiàn)象，排除干擾，突出主要因素，在最有利的條件下研究物理規(guī)律的一種活動(dòng)。物理實(shí)驗(yàn)可以簡(jiǎn)化和純化研究過(guò)程，可以強(qiáng)化研究條件，可以加速或延緩物理過(guò)程，可以重復(fù)再現(xiàn)物理過(guò)程，可以對(duì)物理現(xiàn)象或過(guò)程進(jìn)行定量研究?？偠灾锢韺?shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中有十分重要的作用。下面從以下幾點(diǎn)加以說(shuō)明：

一、物理實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力

教師在演示實(shí)驗(yàn)中，首先要讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)觀察的目的；其次要讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的裝置，認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)儀器的初始狀態(tài)，了解各部分儀器、儀表的作用與功能，使學(xué)生對(duì)觀察的目的，實(shí)驗(yàn)的儀器裝置有一個(gè)整體認(rèn)識(shí)。在做電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要先讓學(xué)生看清電路。第三，要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的發(fā)生和變化過(guò)程，演示實(shí)驗(yàn)一般要重復(fù)做二至三次，以便于學(xué)生反復(fù)觀察，紀(jì)錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)論，教師還要帶領(lǐng)學(xué)生分析思考逐步形成理論。這樣，學(xué)生的觀察能力得到了培養(yǎng)，對(duì)理論知識(shí)建立的過(guò)程有了較清楚的認(rèn)識(shí)，使知識(shí)具體化，幫助學(xué)生理解較抽象的理論物理知識(shí)，能夠使其久久留與腦海之中，保持較長(zhǎng)的記憶時(shí)間。一般地，第一次演示時(shí)，讓學(xué)生集中觀察發(fā)生的現(xiàn)象，第二次要求學(xué)生觀察老師的操作，以便明確現(xiàn)象是怎樣發(fā)生的，第三次讓學(xué)生綜合觀察現(xiàn)象發(fā)生的過(guò)程及其結(jié)果如何。

為了增強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)的效果，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，教師可以在演示實(shí)驗(yàn)前或演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，提出一些思考性的問(wèn)題，以便引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象及現(xiàn)象變化過(guò)程，把學(xué)生的無(wú)意注意轉(zhuǎn)化為有意注意，引導(dǎo)學(xué)生集中注意力觀察最需要觀察的事物，并在演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中指導(dǎo)學(xué)生觀察方法，以及觀察中應(yīng)注意的問(wèn)題。

在演示實(shí)驗(yàn)的觀察訓(xùn)練中可以逐步減少教師的指導(dǎo)，從開(kāi)始時(shí)實(shí)驗(yàn)前做詳細(xì)的指導(dǎo)觀察逐步地變?yōu)橛兄攸c(diǎn)地指導(dǎo)觀察。在學(xué)生具備一定的觀察能力后，可運(yùn)用“無(wú)聲演示”的方法，即教師在演示前和演示過(guò)程中都不講解指導(dǎo)，而只操作給學(xué)生觀察，演示結(jié)束后，讓學(xué)生把觀察到的現(xiàn)象和過(guò)程用科學(xué)語(yǔ)言正確描述出來(lái)，可以先提一名學(xué)生回答，然后請(qǐng)其他學(xué)生補(bǔ)充，直至達(dá)到要求為止。也可以讓每個(gè)學(xué)生看完教師的無(wú)聲演示后，寫(xiě)下自己所觀察到的現(xiàn)象和過(guò)程，這也是考察學(xué)生觀察能力的有效方法之一。經(jīng)過(guò)這樣反復(fù)多次的訓(xùn)練，即可不斷提高學(xué)生的觀察能力。

二、通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，建立物理概念

在物理學(xué)中，物理規(guī)律一般都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。一些物理學(xué)家為了探索自然的規(guī)律，不惜從事十年數(shù)十年的艱苦實(shí)驗(yàn)，有的還要冒著生命的危險(xiǎn)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。例如法拉第電磁感應(yīng)定律是經(jīng)過(guò)十年的實(shí)驗(yàn)探索才發(fā)現(xiàn)的，在此之前1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，這使善于思考的法拉第由此得到啟發(fā)并提出“磁轉(zhuǎn)化為電”的設(shè)想，1822年法拉第就開(kāi)始了艱苦漫長(zhǎng)的轉(zhuǎn)磁為電的研究，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，終于在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，接著又進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究，最后成功的實(shí)現(xiàn)了磁轉(zhuǎn)化為電的設(shè)想，并經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探索，總結(jié)出了法拉第電磁感應(yīng)定律，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)的電氣化時(shí)代。美國(guó)科學(xué)家富蘭克林是冒著生命危險(xiǎn)進(jìn)行“捕捉雷電”實(shí)驗(yàn)的，并為電學(xué)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。科學(xué)實(shí)驗(yàn)也是發(fā)明家取得成功的必由之路。如美國(guó)發(fā)明大王愛(ài)迪生曾獲1093項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，可以說(shuō)，他的每一項(xiàng)發(fā)明都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得的。例如愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈時(shí)為了尋找燈絲的合適材料，曾先后用1600多種礦物和金屬材料進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，歷時(shí)13個(gè)月，終于研制成功一只亮度達(dá)40燭光的炭化竹絲燈泡?？梢哉f(shuō)科學(xué)實(shí)驗(yàn)是人們認(rèn)識(shí)自然，改造自然的重要途徑。因?yàn)槿藗冎挥型ㄟ^(guò)變革自然界的活動(dòng)才能獲得關(guān)于自然界的現(xiàn)象和本質(zhì)的種種感性材料，并在概括大量感性材料的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)規(guī)律和建立理論。

三、通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證物理假說(shuō)，檢驗(yàn)物理理論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)不僅可以發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，建立物理理論，而且還能驗(yàn)證物理假說(shuō)，檢查物理理論的真?zhèn)?。因此，?shí)驗(yàn)既是建立理論的源泉，又是檢驗(yàn)理論真理性的標(biāo)準(zhǔn)。例如1956年李政道、楊振寧提出的“弱作用下宇稱(chēng)不守恒”的假說(shuō)，在被吳健雄的鈷—60實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，才被公認(rèn)。法拉第由“電生磁”萌發(fā)的“磁生電”的假說(shuō)，被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后才變?yōu)槲锢硪?guī)律。另一方面一些物理理論被實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)后不得不拋棄，如亞里士多德的“落體觀念”在統(tǒng)治了物理學(xué)兩千多年后被伽利略的實(shí)驗(yàn)證明是錯(cuò)誤的而被人們拋棄。有如“以太”和“燃素”雖在物理學(xué)中存在多年，最終還是被實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)而宣告并不存在。

作為物理實(shí)驗(yàn)，它之所以能夠充當(dāng)驗(yàn)證物理假說(shuō)的依據(jù)，檢驗(yàn)物理理論的標(biāo)準(zhǔn)，是由于物理實(shí)驗(yàn)具備檢驗(yàn)科學(xué)真理性的根本屬性。物理假說(shuō)和理論是人們的思維對(duì)于自然界規(guī)律性的反映，那么作為檢驗(yàn)這種反映正確與否的標(biāo)準(zhǔn)不能是理論本身，同時(shí)又不能是客觀對(duì)象本身，因?yàn)樽鳛榧兇獾目陀^對(duì)象并不能證明理論與對(duì)象是否符合一致；另一方面，作為標(biāo)準(zhǔn)又必須具有把人的思維同客觀世界聯(lián)系起來(lái)的特性。物理實(shí)驗(yàn)恰恰具備以上作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的條件，所以物理實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證假說(shuō)、檢驗(yàn)理論的標(biāo)準(zhǔn)。

四、通過(guò)實(shí)驗(yàn)完善理論體系，發(fā)展物理理論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)懿粩嗟赝晟评碚擉w系，發(fā)展物理理論。例如19世紀(jì)末20世紀(jì)初，人們相繼發(fā)現(xiàn)了X射線、電子、天然放射性現(xiàn)象等用經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，預(yù)告了新的物理理論的即將誕生。麥克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)否定了以太的存在，導(dǎo)致了相對(duì)論的建立，黑體輻射的實(shí)驗(yàn)事實(shí)最終導(dǎo)致了量子力學(xué)的產(chǎn)生。

在中學(xué)教學(xué)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)多為演示實(shí)驗(yàn)、邊講邊實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)。無(wú)論是哪一種實(shí)驗(yàn)都有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的濃厚興趣，有利于學(xué)生注意力的集中，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，有利于學(xué)生更好的了解教材，掌握教材，通過(guò)各種感覺(jué)獲得更多的直接經(jīng)驗(yàn)和感性材料，有利于學(xué)生掌握知識(shí)和理解知識(shí)打好基礎(chǔ)，以便學(xué)生很好的認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，掌握物理規(guī)律和理論，能促進(jìn)良好教學(xué)效果的產(chǎn)生。因此，在教學(xué)過(guò)程中我們應(yīng)注意物理實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用。

（責(zé)任編輯 若 曦）