物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰捌渑囵B(yǎng)要素

林秋華

摘 要：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，主要由觀察能力、操作能力、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案能力、分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能力等要素構(gòu)成。培養(yǎng)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ侵袑W(xué)物理教學(xué)的根本任務(wù)，本文從中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)來(lái)闡述其相應(yīng)的能力要求，提出了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ乃拇笠丶捌渑囵B(yǎng)方法。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；要素及培養(yǎng)

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，離開(kāi)實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)就得不到發(fā)展。學(xué)習(xí)物理學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，掌握一定的實(shí)驗(yàn)技能，提高物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ侵袑W(xué)物理教學(xué)的重要任務(wù)。 依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》和《普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試大綱》的要求，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰梢詺w納為 6“能”3“會(huì)”，即：能獨(dú)立完成《大綱》所列的實(shí)驗(yàn)，能明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，能理解?shí)驗(yàn)原理和方法，能控制實(shí)驗(yàn)條件，會(huì)使用儀器，會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)；能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，并制定解決方案；能運(yùn)用已學(xué)過(guò)的物理理論、試驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問(wèn)題，包括簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[1，2]。下面結(jié)合平時(shí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)談?wù)劚救藢?duì)重視和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膸c(diǎn)看法。

1 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χ械幕A(chǔ)因素

觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，指在實(shí)驗(yàn)中正確選擇觀察對(duì)象，從觀察對(duì)象中發(fā)現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象及現(xiàn)象間本質(zhì)聯(lián)系的能力。

實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)觀察，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χ械闹匾蛩?。培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，是培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)，要從平時(shí)做起、從細(xì)微入手，如教師在進(jìn)行薄膜干涉演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生（1）有目的的觀察： 讓學(xué)生知道從哪個(gè)側(cè)面觀察，要觀察什么？（2）精細(xì)的觀察：觀察彩色條紋中有哪些顏色，每條彩色條紋中各種顏色是怎樣排列？上部和下部的彩色條紋寬度是否相同，彩色條紋寬度是否隨時(shí)間變化等，（3）日常生活的觀察：配合教材資源鼓勵(lì)學(xué)生在日常生活中進(jìn)行廣泛地觀察，如，生活中見(jiàn)過(guò)彩色花紋，那些是屬于薄膜干涉現(xiàn)象？通過(guò)觀察和思考，加深對(duì)物理現(xiàn)象和原理的理解，養(yǎng)成善于觀察的習(xí)慣。

2 操作儀器設(shè)備的能力是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χ械暮诵囊蛩?/p>

操作儀器設(shè)備的能力，指利用實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案的能力，簡(jiǎn)稱(chēng)為操作能力。

實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)操作，掌握實(shí)驗(yàn)儀器是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的前提，新的高中物理教學(xué)大綱中要求正確使用的儀器主要有：刻度尺、游標(biāo)卡尺、電火花計(jì)時(shí)器（或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）、彈簧測(cè)力計(jì)、秒表、天平、螺旋測(cè)微器、電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱、溫度計(jì)等13種，為了培養(yǎng)學(xué)生的操作能力，正確使用基本儀器，實(shí)驗(yàn)前要使學(xué)生了解儀器的構(gòu)造原理，然后進(jìn)行操作。例如，彈簧測(cè)力計(jì)使用前要觀察它的量度范圍和讀數(shù)的有效值等；有時(shí)一個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及幾種儀器，必須先指導(dǎo)他們對(duì)儀器的合理組裝。合理組裝儀器的基本要求是：正確選擇儀器，正確連接儀器，合理布局，便于操作和觀察。如，對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求是：（1）熟悉實(shí)驗(yàn)原理圖，正確選擇儀器，做到“可行、精確、簡(jiǎn)便” 。在選擇電流（電壓）表量程時(shí)，應(yīng)首先估算電流值能否達(dá)到半偏以上，若實(shí)驗(yàn)要求電流（電壓）從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)節(jié)，則調(diào)節(jié)到的電流（電壓）最大值應(yīng)超過(guò)半偏。歐姆表應(yīng)選用使指針偏轉(zhuǎn)在中心值附近的檔位，以減小讀數(shù)相對(duì)誤差?；瑒?dòng)變阻器的選擇要先考慮實(shí)驗(yàn)電路是限流接法還是分壓接法，再估算其阻值大??；（2）對(duì)照電路圖按照先干路、后支路、再電源的順序正確連接電路。并注意電流表、電壓表與電路的串、并聯(lián)連接，滑動(dòng)變阻器的正確連接。（3）布局要合理緊湊，導(dǎo)線(xiàn)連接牢靠，便于電鍵和滑動(dòng)變阻器等儀器的調(diào)節(jié)和對(duì)電表進(jìn)行觀察、讀數(shù)。

培養(yǎng)學(xué)生操作的能力，還要指導(dǎo)他們運(yùn)用物理知識(shí)進(jìn)行分析、檢查和排除實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的故障，例如，電學(xué)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的故障較多，情況也較復(fù)雜，大致有導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)部斷線(xiàn)、電表或元件內(nèi)部損壞，導(dǎo)線(xiàn)或電鍵接觸不良等，要教給學(xué)生檢查故障的方法。

實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)并非一朝一夕，要依靠一定的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，有計(jì)劃有步驟進(jìn)行，除了大綱規(guī)定的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)外，還要適當(dāng)將一些演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，并關(guān)注其操作的細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)加以糾正，逐步養(yǎng)成規(guī)范的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ年P(guān)鍵因素

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，指根據(jù)一定的目的和任務(wù)，擬訂實(shí)驗(yàn)方案、選擇儀器設(shè)備、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索的能力。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的基本原則是：可行性、精確性、簡(jiǎn)便性。

可行性，就是要求所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)要能達(dá)到預(yù)期目的。例如，電阻的測(cè)量，可利用多用電表、伏安法、伏伏法、安安法、替代法、比較法、電橋法等。又如，測(cè)定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?、可用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量、滴水法測(cè)量、單擺測(cè)量等，采用何種方法要視具體情況而定。學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力必須建立在熟練掌握物理知識(shí)基礎(chǔ)之上，為此，要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的物理基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，使學(xué)生掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的物理知識(shí)。

精確性，就是要求實(shí)驗(yàn)的誤差要盡可能小、結(jié)果要盡可能準(zhǔn)確。為此，應(yīng)讓學(xué)生了解誤差的初步知識(shí)。從誤差的來(lái)源看，誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種。如，上述的電阻測(cè)量，多用電表只能粗略測(cè)量，誤差較大，實(shí)驗(yàn)原理較完善的是替代法、比較法和電橋原理。為了提高實(shí)驗(yàn)的精確度，儀器的選擇十分重要。就測(cè)量的工具而言，測(cè)量工具越精密，誤差越小，例如，用螺旋測(cè)微器測(cè)長(zhǎng)度就比用毫米刻度尺精確。

簡(jiǎn)便性，就是要求所用的儀器盡可能簡(jiǎn)單，便于實(shí)驗(yàn)操作、調(diào)節(jié)。例如，做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，需要頻率相同的單色光作相干光源。簡(jiǎn)便的方法就是讓光源發(fā)出的光經(jīng)濾光變成為單色光，單色光通過(guò)單縫后射向雙縫，這時(shí)兩條縫處的光振動(dòng)頻率相同，成了兩個(gè)相干光源。更換不同的濾色片，就可得到不同的單色光。為了提高實(shí)驗(yàn)效果，此實(shí)驗(yàn)可采用亮度適當(dāng)高的小燈泡或LED手電筒作為光源。

4 分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χ械木C合因素

數(shù)據(jù)是進(jìn)行科學(xué)分析的根據(jù)，是得出科學(xué)結(jié)論的基礎(chǔ)。分析和處理數(shù)據(jù)的能力是指會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析、比較、處理、概括，從而得出正確結(jié)論的能力。高中物理數(shù)據(jù)處理主要有列表法、圖像法、圖解法、逐差法等。實(shí)驗(yàn)處理的方法多樣、步驟繁瑣、處理靈活，因此數(shù)據(jù)處理能力成為實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣叩闹攸c(diǎn)也是難點(diǎn)。如最常用的圖象法，它具有形象直觀、動(dòng)態(tài)過(guò)程清楚的特點(diǎn)。采用圖象法分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的步驟看似簡(jiǎn)單，但也容易失誤，在高考試題中得分率一直偏低。譬如如何合理建立直角坐標(biāo)系、描出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，如何繪出圖象、總結(jié)規(guī)律， 哪個(gè)坐標(biāo)軸表示自變量（因），哪個(gè)坐標(biāo)軸表示應(yīng)變量（果）？坐標(biāo)的比例如何選取才能使圖象在圖紙上大小合適、因果關(guān)系清晰等問(wèn)題，學(xué)生在具體實(shí)踐時(shí)總是做不好。常見(jiàn)的伏安法測(cè)金屬絲的電阻實(shí)驗(yàn)，若以加在金屬絲上的電壓U為橫坐標(biāo)，以通過(guò)金屬絲的電流強(qiáng)度I為縱坐標(biāo)，作出I-U圖線(xiàn)是一條通過(guò)原點(diǎn)的曲線(xiàn)，由歐姆定律知，該圖線(xiàn)的斜率是電阻的倒數(shù)。但多年來(lái)就是這根不起眼的線(xiàn)絆倒了多少不細(xì)心的考生！

規(guī)范作圖，通過(guò)比較一些圖線(xiàn)，可以得出“物理圖象法中，圖線(xiàn)斜率和截距往往代表一個(gè)物理量的數(shù)值”。

利用數(shù)學(xué)知識(shí)分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還受到物理實(shí)驗(yàn)條件的制約。如測(cè)金屬電阻率實(shí)驗(yàn)，加在金屬絲上的電壓值不能太大。歐姆公式R=U/I，也不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為“電阻與電壓成正比”。這跟純數(shù)學(xué)理論有本質(zhì)的區(qū)別。因此，分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能力的培養(yǎng)離不開(kāi)扎實(shí)的物理知識(shí)。

綜上所述，觀察能力、操作能力、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案能力、分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能力等是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾蛩兀鴦?dòng)手操作能力是這四種實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χ械暮诵?，所以要多渠道、多形式地為學(xué)生創(chuàng)造實(shí)際動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)其探究能力和創(chuàng)造能力。在平時(shí)的物理教學(xué)中，教師必須不厭其煩地研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果，堅(jiān)持以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，使學(xué)生的思維能力和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰φ嬲靡耘囵B(yǎng)和提高。

參考文獻(xiàn)：

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