淺談物理實(shí)驗(yàn)研究的基本方法

湛玉清

物理實(shí)驗(yàn)是有目的、有計(jì)劃地運(yùn)用儀器、設(shè)備，在人為控制條件下，使物理現(xiàn)象反復(fù)再現(xiàn)，從而進(jìn)行認(rèn)真觀測，獲取大量資料的一種科學(xué)研究方法。它的主要特點(diǎn)有二：一是可控性，二是可重復(fù)性。在物理教學(xué)中做的物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)，新課程注重科學(xué)探究，實(shí)質(zhì)上是注重真正體現(xiàn)物理學(xué)研究過程和方法的物理實(shí)驗(yàn)。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在新課程實(shí)施中占有重要地位。

物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中更發(fā)揮著很重要作用，在教學(xué)過程中它能激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲，在實(shí)驗(yàn)的過程中創(chuàng)設(shè)有效學(xué)習(xí)環(huán)境、促進(jìn)學(xué)生對知識的掌握，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的各種能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和情感。那么，本文就以下幾點(diǎn)談?wù)勎锢韺?shí)驗(yàn)研究的基本方法。

一、實(shí)驗(yàn)歸納法

歸納法是一種由個(gè)別到一般的認(rèn)識方法。其特點(diǎn)是，實(shí)驗(yàn)在前，結(jié)論在后，歸納法又可以分成兩種：一是從多個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)歸納出同一結(jié)論，如在研究聲音的許多實(shí)驗(yàn)就是此類實(shí)驗(yàn)，好象“聲音由振動(dòng)產(chǎn)生的”這一結(jié)論，我們通過感受很多發(fā)聲的物體如人的喉嚨、敲起來的鼓以及正在彈奏的琴弦等，他們在發(fā)聲的時(shí)候都在不停的振動(dòng)，從而歸納出結(jié)論，然后我們再用吊起來的乒乓球貼在各種音叉的旁邊，使振動(dòng)具有可見性，這樣我們就可以再進(jìn)一步去探索聲音的各種特性等。還有實(shí)驗(yàn)就是探索規(guī)律的主要手段。這種實(shí)驗(yàn)人們常稱為探索性實(shí)驗(yàn)。二是在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)中測量不同的數(shù)據(jù)，再從這些數(shù)據(jù)中總結(jié)歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，比如晶體熔化實(shí)驗(yàn)、凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中，認(rèn)真收集不同的數(shù)據(jù)，從中歸納出正確的物理規(guī)律。晶體熔化實(shí)驗(yàn)是通過記錄加熱時(shí)間與固體溫度并描點(diǎn)畫出熔化曲線圖進(jìn)行歸納總結(jié)。凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)是通過記錄不同物距的成像性質(zhì)從而總結(jié)出凸透鏡成像規(guī)律。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都是通過大量的數(shù)據(jù)歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的。

這種實(shí)驗(yàn)方法能夠激活學(xué)生想象力，在學(xué)生歸納各種有著符合相同物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，他們在這方面的思維也得到進(jìn)一步的發(fā)展，而且他們對事物的觀察能力更得到了加強(qiáng)。那些探索性實(shí)驗(yàn)更能使學(xué)生大膽思考，勇于創(chuàng)新，敢于實(shí)踐，對培養(yǎng)他們分析綜合能力有著重要的意義。

二、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法

這是一種推理、判斷在前，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在后的研究方法（即演繹法）。由于物理實(shí)驗(yàn)具備檢驗(yàn)科學(xué)真理性的根本屬性。而一些物理假說和理論是人們的思維對于自然界規(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)又不能是客觀對象本身，因?yàn)樽鳛榧兇獾目陀^對象并不能證明理論與對象是否符合一致；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，檢驗(yàn)理論的標(biāo)準(zhǔn)。通過實(shí)驗(yàn)完善理論體系，發(fā)展物理理論。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法是與想象、推理、判斷等思維形式緊密結(jié)合起來的方法，是人們的認(rèn)識能力充分發(fā)展的表現(xiàn)。具體象阿米德定律的研究就是方法。阿基米德定律是研究浮力大小的規(guī)律的一個(gè)物理規(guī)律，它首先通過推理、判斷，確認(rèn)了排開水的重量與液體對物體的浮力的關(guān)系，完成從物體的重力→物體所受浮力的推理過程，這是一個(gè)判斷、推理的思維過程，只有在分析清楚實(shí)驗(yàn)的根本原理，才能使學(xué)生真正理解，應(yīng)用起來才能得心應(yīng)手，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)它們之間的等量關(guān)系。

此類實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在有一定的思維能力的基礎(chǔ)上，通過思考、判斷、比較、推理找出物理規(guī)律中各種關(guān)系，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在驗(yàn)證的過程中，就能提高他們發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題能力。

三、理想實(shí)驗(yàn)的方法

理想實(shí)驗(yàn)是人們頭腦中想象的實(shí)驗(yàn)，是一種思維活動(dòng)，是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，經(jīng)過推論、判斷得出理想條件下的物理規(guī)律的方法。將己有的知識經(jīng)驗(yàn)及感知到的問題信息為依據(jù)，由研究對象的部分信息推測它所具有的全部信息，達(dá)到解決問題的目的。這類實(shí)驗(yàn)最有代表性的實(shí)驗(yàn)當(dāng)數(shù)牛頓第一定律的實(shí)驗(yàn)了，實(shí)驗(yàn)是在同一個(gè)斜面、同一高度滑下的同一輛小車，在粗糙不同的平面滑行的距離不同，從而說明阻力越小，滑行的距離越長，即運(yùn)動(dòng)速度改變越小。得出這一結(jié)論后再進(jìn)行推論：當(dāng)阻力撤消以后，運(yùn)動(dòng)的速度就不會(huì)改變（即勻速運(yùn)動(dòng)）。牛頓第一定律本身描述的就是在沒有受到外力的作用時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而在我們這個(gè)地球上是不會(huì)出現(xiàn)物體沒有受力這種情況的，最起碼也會(huì)受到重力的作用，所以我們需要在研究物體在受到外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行想象，并推論出物體在不受外力時(shí)的情況。

在這類實(shí)驗(yàn)的過程，學(xué)生能夠開闊思路，廣泛聯(lián)想，不僅可使他們重視思維的邏輯性、嚴(yán)謹(jǐn)性、探索性和發(fā)現(xiàn)性，還可以重視直覺猜測的必要性和合理性，以及直覺思維與邏輯思維的有機(jī)結(jié)合和協(xié)調(diào)統(tǒng)一，這樣就能使思維品質(zhì)等得到了培養(yǎng)和提高。

四、結(jié)束語

我們知道，物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。物理實(shí)驗(yàn)既是物理知識教學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理課堂教學(xué)中實(shí)施素質(zhì)教育的一種主要渠道和有效手段。著名物理學(xué)家楊振寧也曾對中、美兩國學(xué)生進(jìn)行一番比較后指出：“中國的學(xué)生學(xué)習(xí)非?？炭啵A(chǔ)知識豐富、扎實(shí)，且善于考試。但他們卻普遍存在動(dòng)手能力差，不善于提出問題等缺陷?！贝罅康馁Y料信息表明：中國基礎(chǔ)教育最為突出的弊端之一，就是忽視了對學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手能力的培養(yǎng)?！案叻值湍堋闭窃趹?yīng)試教育思想的長期熏陶下結(jié)出的苦果。作為基礎(chǔ)教育學(xué)科之一的物理教學(xué)如何從應(yīng)試教育轉(zhuǎn)向素質(zhì)教育？加大物理實(shí)驗(yàn)力度，加強(qiáng)學(xué)生的觀察能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，是全面提高人的素質(zhì)必不可少的一個(gè)方面，希望物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)揮其應(yīng)有的作用。