中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)

陳錦華

（福建省福安市第三中學(xué) 福建 福安 355000）

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)

陳錦華

（福建省福安市第三中學(xué) 福建 福安 355000）

本文主要從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)能力、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力、實(shí)驗(yàn)誤差分析的能力五個(gè)方面論述了在中學(xué)物理教學(xué)中，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 能力 培養(yǎng)

物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及所使用的實(shí)驗(yàn)手段和思維方法的自然科學(xué)。物理定律通常以簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)形式表達(dá)，通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和觀察測(cè)量檢驗(yàn)。物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是研究物理規(guī)律的重要方法。

中學(xué)階段，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生對(duì)物理規(guī)律獲得感性形象的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生更好掌握物理概念，加深對(duì)物理規(guī)律的理解，促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力的發(fā)展，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在中學(xué)物理教學(xué)中怎樣培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰︼@得尤為重要。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χ饕▽?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)能力、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力、實(shí)驗(yàn)誤差分析的能力等幾方面。

一、物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是指在理解與掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法等基礎(chǔ)上具體設(shè)計(jì)實(shí)施的思維能力。中學(xué)階段常用的設(shè)計(jì)思想包括控制變量法、轉(zhuǎn)換法、放大法、比較法、平衡法等。

例如， 高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)：探究牛頓第二定律、探究動(dòng)能定理，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)需要測(cè)研究對(duì)象小車(chē)受到的合力，用到平衡法、轉(zhuǎn)化法。設(shè)計(jì)思路通過(guò)平衡摩擦使輕繩對(duì)小車(chē)的拉力作為小車(chē)的合力；滿足重物的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量M時(shí)，重物的重力作為繩子的拉力。若采用氣墊導(dǎo)軌，因滑塊與氣體間的摩擦很小可忽略則無(wú)需平衡摩擦；若在重物或小車(chē)上安裝力的傳感器，或?qū)π≤?chē)與重物的系統(tǒng)為研究對(duì)象則無(wú)需重物的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量M。

高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)：測(cè)金屬絲的電阻率、描繪小燈泡的伏安特性曲線、測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻、多用電表的使用，這四個(gè)實(shí)驗(yàn)的共性是用伏安法測(cè)電阻。設(shè)計(jì)電路圖減小測(cè)量誤差是高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。電路包括測(cè)量電路、控制電路。測(cè)量電路包括電流表外接法與內(nèi)接法。電流表內(nèi)、外接選擇的依據(jù)：電流表、電壓法的內(nèi)阻只給一大概的值，測(cè)量大電阻采用內(nèi)接法，測(cè)量小電阻采用外接法；電流表內(nèi)阻為一確定值，測(cè)量大電阻、小電阻都用內(nèi)接法，電壓表內(nèi)阻為一確定值，測(cè)量大電阻、小電阻都用外接法；設(shè)計(jì)兩電路圖相給合通過(guò)解方法消去電表內(nèi)阻引起的系統(tǒng)誤差?？刂齐娐肥腔瑒?dòng)變阻器的使用：滑動(dòng)變阻器的總阻值小于待測(cè)電阻的阻值、要求電壓從零開(kāi)始變化、要求盡可能有更大的測(cè)量范圍或采用限流接法時(shí)電路中的最小電流、電壓比用電器或電表允許的最大值時(shí)采用分壓式接法；滑動(dòng)變阻器的總電阻大于待測(cè)電阻的阻值或電路沒(méi)特別要求采用限流式接法。儀器的選擇：電壓表量程的選擇取決于電源或用電器；電流表量程的選擇要估算電路中的最大電流；滑動(dòng)變阻器的選擇取決于分壓式或是限流式。

對(duì)此，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的策略：

1、要求學(xué)生明確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的目的、掌握正確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理。例，測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)原理為閉合電路的歐姆定律，有三種表達(dá)式，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路圖有三種形式；

2、要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的基本方法。實(shí)驗(yàn)的基本方法有三種：一種是實(shí)驗(yàn)歸納法，這是通過(guò)實(shí)驗(yàn)事實(shí)歸納出物理概念和規(guī)律的認(rèn)識(shí)方法，牛頓第三定律在大量相互作用力的基礎(chǔ)上總結(jié)出的；二是理想實(shí)驗(yàn)的方法，這是根據(jù)科學(xué)抽象的理想化作用，有意識(shí)地突出研究的主要因素，忽略次要因素和無(wú)關(guān)因素的干擾，在頭腦中構(gòu)思成理想化實(shí)驗(yàn)，用以代替難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行研究。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有伽利略的慣性原理、兩個(gè)不同質(zhì)量物體同時(shí)落地問(wèn)題、牛頓大炮的研究采用理想實(shí)驗(yàn)的方法；三是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，這是根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)經(jīng)過(guò)推理，提出假設(shè)和預(yù)見(jiàn)，然后再通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)的方法，這是一種結(jié)論在前，實(shí)驗(yàn)在后的科學(xué)方法，如玻爾的原子理論的提。

3、教給學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思想方法，要設(shè)計(jì)一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)，就要首先對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行構(gòu)思，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與構(gòu)思大致有以下幾種，一是轉(zhuǎn)換法，就是借助力、熱、電、光等方法之間的相互轉(zhuǎn)換，依據(jù)等效的思想，把一些不易測(cè)量的量轉(zhuǎn)換為可觀察、可測(cè)量的量，如伏安法測(cè)電阻轉(zhuǎn)化成測(cè)電壓、電流。三放大法就是借助于聲光或疊加等方法把物理現(xiàn)象或要測(cè)的物理量放大后再去觀測(cè)，如研究微小形變。四是極限法，對(duì)于被研究的未知量，構(gòu)思一個(gè)與它有關(guān)的變量，通過(guò)無(wú)限過(guò)程的結(jié)果就是所求的未知量，瞬時(shí)速度為平均速度的極限。五是再現(xiàn)法，就是利用實(shí)驗(yàn)、模擬自然現(xiàn)象，如用棱鏡分解太陽(yáng)光。六是比較法，就是利用異中求同或同中求異，對(duì)物理現(xiàn)象或物理量進(jìn)行比較，如光譜分析。

4、熟悉實(shí)驗(yàn)儀器原理，電流表相當(dāng)于可知通過(guò)其電流的小電阻，若電流表內(nèi)阻已知其相當(dāng)于小量程電壓表；電壓表相當(dāng)于可知其兩端電壓的大電阻，若電壓表內(nèi)阻相當(dāng)于小量程的電流表。二是平衡法，其實(shí)質(zhì)就是利用偏離平衡的因素的抵消效應(yīng)，用已知的物理量去檢測(cè)另外未知的物理量。

二、實(shí)驗(yàn)操作能力

實(shí)驗(yàn)操作能力是指對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、工具、實(shí)驗(yàn)過(guò)程等的動(dòng)手操作能力，它是實(shí)驗(yàn)得以順利進(jìn)行的一種動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)操作能力主要是在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中逐步培養(yǎng)起來(lái)的。例，驗(yàn)證平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)，彈簧測(cè)力計(jì)零點(diǎn)的較準(zhǔn)要讓測(cè)力計(jì)在水平桌面上進(jìn)行，探究彈簧彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系要讓彈簧測(cè)力計(jì)處于豎直狀態(tài)；探究動(dòng)能定理對(duì)天平的使用規(guī)則測(cè)質(zhì)量時(shí)先加質(zhì)量大的砝碼后加質(zhì)量小的砝碼最后調(diào)節(jié)游碼，整理時(shí)的順序與測(cè)量時(shí)的逆過(guò)程；電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)導(dǎo)線的連接，導(dǎo)線的彎曲方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较虻取?/p>

培養(yǎng)策略：

1、規(guī)范實(shí)驗(yàn)演示，是提高學(xué)生操作能力的前提。教師的演示是學(xué)生獨(dú)立操作時(shí)模仿的依據(jù)，對(duì)學(xué)生具有示范作用。教師不僅要講清實(shí)驗(yàn)原理，更應(yīng)在課堂上加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的演示。為此，教師應(yīng)從實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)、器材的選擇、操作的流程、觀察的方法、結(jié)論的歸納等方面充分準(zhǔn)備，力求操作規(guī)范、熟練。

2、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練，是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的基礎(chǔ)。在課堂教學(xué)中，凡是涉及基本操作的訓(xùn)練，必須采取講清原理，示范操作，學(xué)生練習(xí)的做法，反復(fù)練習(xí)，最終達(dá)到獨(dú)立操作。

3、上好實(shí)驗(yàn)課，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹行沫h(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)課包括演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)，提倡在有條件的情況下，盡可能將演示實(shí)驗(yàn)改為分組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師先介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法及注意事?xiàng)，然后教師在臺(tái)上規(guī)范按程序做，學(xué)生在臺(tái)下按步跟，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。提升實(shí)驗(yàn)操作能力。

4、開(kāi)展課外活動(dòng)，是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的良好途徑。課外活動(dòng)不僅能鞏固和深化課內(nèi)知識(shí)，而且有利于培養(yǎng)技能。例如，通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生解決學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題、舉行實(shí)驗(yàn)操作競(jìng)賽、組織課外興趣小組、舉辦物理科技節(jié)、實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)等活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的動(dòng)手興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

5、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作考核，是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的重要措施。讓學(xué)生實(shí)際操作，可以促進(jìn)學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課時(shí)的積極性，從而培養(yǎng)學(xué)生的操作能力。

三、實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)能力

實(shí)驗(yàn)觀測(cè)能力是指對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、結(jié)果進(jìn)行定性觀察和定量測(cè)量的能力，它是正確獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一種能力。物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須通過(guò)觀察獲得相關(guān)信息。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要任務(wù)之一。例如，在稀薄氣體的放電現(xiàn)家實(shí)驗(yàn)中，由于為防止感應(yīng)圈及放電管過(guò)熱面損壞，稀薄氣體放電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，在有限的時(shí)間內(nèi)，要求觀察具有全面性又具有選擇性，既要求可靠性又有效率。

培養(yǎng)策略：

1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。物理來(lái)自于生活，生活中很多現(xiàn)象都與物理有關(guān)，盡可能用學(xué)過(guò)的知識(shí)解釋。例，自來(lái)水龍頭流出的水流，下落后水流的橫截面會(huì)變小。高一的學(xué)生就可用流量的知識(shí)解決。

2、基本儀器的原理、使用程序要了然了心。長(zhǎng)度測(cè)量的工具，刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器，相當(dāng)多的學(xué)生不知游標(biāo)卡尺的主尺零刻線與游標(biāo)尺零刻線的間距為被測(cè)的長(zhǎng)度。

3、講清基本儀器的估讀位。分度值為“1”的估讀時(shí)把最小刻度線的距離分成10等分，估讀到下一位，分度值為“5”的估讀時(shí)把最小刻度線的距離分成5等分，估讀到本位，分度值為“2”的估讀時(shí)把最小刻度線的距離分成2等分，估讀到本位。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力是指對(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的眾多數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以獲得某些量的變化規(guī)律或量與量之間的函數(shù)關(guān)系。高中階段數(shù)學(xué)手段有限，處理數(shù)據(jù)的能力常用建立直線坐標(biāo)系。坐標(biāo)的橫軸為自變量，縱軸為因變量。一般是以被測(cè)量為變量，但有時(shí)為了使獲得的圖線是一條直線，而將被測(cè)量作某種變換后的數(shù)值作為變量。這種變換不僅是由于直線容易描繪，更重要的是直線的斜率、截距和圖線與橫軸所圍成的面積所包涵的物理內(nèi)容是我們所需要的。例如，例，測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)原理為閉合電路的歐姆定律，有三種表達(dá)式，數(shù)據(jù)處理三種形式,建立圖象，U軸截距表示E，斜率、建立圖象，軸截距表示，斜率、建立圖象，軸截距表示，斜率

培養(yǎng)策略：

1、扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。例，高中物理對(duì)一次函數(shù)的表達(dá)式、斜率、距截等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)做專題訓(xùn)練。

2、利用計(jì)算機(jī)和多媒體輔助教學(xué)手段，例，利用Excel來(lái)處理數(shù)據(jù)。

五、實(shí)驗(yàn)誤差分析的能力

測(cè)量結(jié)果要進(jìn)行誤差分析，誤差包括統(tǒng)誤差和偶然誤差。測(cè)量?jī)x器引起系統(tǒng)誤差，螺旋測(cè)微器和游標(biāo)卡尺的零點(diǎn)誤差，多用電表電阻檔刻線的非線性。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)引起的系統(tǒng)誤差，例伏安法測(cè)電阻由于電表內(nèi)阻未知，電流表外接法時(shí)，測(cè)量值小于真實(shí)值，電流表內(nèi)接法時(shí)，測(cè)量值大于真實(shí)值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理引起的誤差，例勻變速直線運(yùn)動(dòng)測(cè)紙帶的加速度采用逐差法或者圖象法，圖象法常能剔除誤差較大的數(shù)據(jù)，但圖象法也存在誤差如不能很好的畫(huà)出最佳直線，也不能得到精確的斜率值。誤差來(lái)源找到后就要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出修正。采用較為精密的測(cè)量工具，改用更好的測(cè)量方法。

實(shí)驗(yàn)誤差分析的能力更為重要是的對(duì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時(shí)的誤差分析。解決的思路是理想化后的圖象與考慮實(shí)際圖象做比較。

培養(yǎng)策略：培養(yǎng)物理建模能力及數(shù)據(jù)處理能力。

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，提高物理實(shí)驗(yàn)的能力可以讓學(xué)生更好地掌握物理知識(shí)、掌握物理原理，提高物理學(xué)習(xí)水平，落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)要求的素質(zhì)教育，提高學(xué)生的綜合能力。實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)手段的的應(yīng)用使學(xué)生對(duì)物理產(chǎn)生興趣，掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)能力、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力、實(shí)驗(yàn)誤差分析的能力，更應(yīng)突出探究思想，把培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力作為一項(xiàng)重要的教學(xué)任務(wù)。

[1]李春密.物理實(shí)驗(yàn)操作能力的結(jié)構(gòu)模型初探[J].學(xué)科教育.

[2]馮克誠(chéng)等主編.中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)與規(guī)范操作實(shí)用全書(shū)（上）[M].中國(guó)對(duì)外翻譯出版公司,1999.

[3]楊述武主編.普通物理實(shí)驗(yàn)[M].高等教育出版社.

G633.7

A

2095-3089（2017）27-0148-02

陳錦華，男，1971年1月出生，福建省福安市人，本科學(xué)歷，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)教育教研。