對高中物理實驗設(shè)計相關(guān)問題的分析

田磊

摘 要：物理學(xué)作為一門實驗科學(xué)，其實驗主要來自于生產(chǎn)、生活和科學(xué)，所以學(xué)習(xí)和研究物理的最基本方法就是觀察和實驗。物理實驗是感性材料的獲得、物理規(guī)律的探索、物理世界的認識的一個基本手段，也是物理理論的檢驗標準之一。文章主要從高中物理實驗設(shè)計的重要性及實驗設(shè)計原則入手，并提出了高中物理實驗設(shè)計的主要類型及具體的操作方法。

關(guān)鍵詞：高中物理；實驗設(shè)計；可行性；實驗題目

近年來，對高中物理的研究在不斷深入和發(fā)展，積極探索實驗的重要性就具有重要意義。從高中物理發(fā)展形勢來看，實驗設(shè)計能激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并訓(xùn)練他們的動手操作能力，尤其在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力方面有著很好的作用，所以就引起了物理教育工作者的廣泛關(guān)注。實驗設(shè)計作為物理高考的一種重要實驗題型，但考生歷年來都在這種題型上并沒有很高的得分率，這也是高考理綜失分的主要原因之一。其原因主要是學(xué)生沒有牢固掌握實驗設(shè)計基礎(chǔ)，不熟悉實驗設(shè)計的基本步驟，也沒有從基本要求方面養(yǎng)成設(shè)計實驗的好習(xí)慣。

一、高中物理實驗設(shè)計的重要性

教師在教學(xué)中可以利用物理實驗來培養(yǎng)學(xué)生的觀察思維能力、動手操作能力、分析解決問題的能力及創(chuàng)造能力；也能培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度、良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和濃厚的學(xué)習(xí)興趣。在日漸推行素質(zhì)教育的今天，應(yīng)該讓學(xué)生在教育的過程中充分體驗到實驗的快樂，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會運用注意力、記憶力、觀察力、想象力和思維能力來學(xué)習(xí)，體驗到學(xué)習(xí)的樂趣。

二、高中物理實驗設(shè)計原則

所有的實驗在實施前，都要合理的安排和巧妙的設(shè)計整個實驗環(huán)節(jié)，要預(yù)先設(shè)想實驗中可能遇到的困難，盡可能的在實驗設(shè)計中排除這些問題，這樣才能起到事半功倍的效果。只有按照一定的原則去設(shè)計實驗，才能使實驗設(shè)計更加科學(xué)合理、也更切實可行。從而使過程操作簡便、結(jié)果也真實有效。總的來說，可以將實驗設(shè)計原則概況為以下幾點：

（一）探索性設(shè)計原則

探索性設(shè)計原則就是指需要學(xué)生去挖掘?qū)嶒炘O(shè)計中所包含的隱藏在較深層次的物理規(guī)律；需要學(xué)生去跨越實驗的條件和結(jié)果之間存在的較大距離；往往沒有一個明確的解決問題的方法與途徑，學(xué)生必須要通過嘗試錯誤來提出假設(shè)并驗證假設(shè)來尋找。這一原則可以激發(fā)出學(xué)生的智慧潛力，形成內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機。

（二）科學(xué)性設(shè)計原則

所謂的科學(xué)性原則就是指以科學(xué)實踐反復(fù)證實的客觀規(guī)律為基礎(chǔ)，以唯物主義基本原理為指南的實驗。一旦違背了科學(xué)性原則，實驗就將陷入到非科學(xué)或偽科學(xué)的歧途，從而整個研究都是一無所獲的。

（三）可控性原則

可控性對于實驗條件來說，是一個典型的特征，通過對實驗儀器、條件、物理量的控制，可以更好的對物理對象所具有的特征進行研究，從而反復(fù)出現(xiàn)實驗的現(xiàn)象，并且能有效的控制實驗的現(xiàn)象。只有在可控制的基礎(chǔ)上進行的實驗，才能保證其有效進行，使實驗更具可行性。

（四）可行性原則

是指實驗策劃運行的方案是否達到并符合切實可行的策劃目標和效果.可行性原則就是要求實驗的策劃行為應(yīng)時時刻刻地為本身的科學(xué)性、可行性著想，避免出現(xiàn)不必要的差錯.

（五）簡便性原則

簡便性原則主要是指為了達到實驗?zāi)康?，對實驗器材、實驗器材的調(diào)試應(yīng)該盡可能的減少，對實驗的操作過程、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)測量都進行簡化處理，越簡單越好。

（六）隨機化原則

隨機就意味著可以從總體中任意抽取研究的實驗對象，換而言之就是說被抽中的單位不是刻意的，完全是偶然的。這樣做的目的是：一方面可以使系統(tǒng)誤差

消除或減少，使顯著性測驗更具意義；另一方面可以對各種條件做到平衡，使實驗中可以避免出現(xiàn)偏差的結(jié)果。

（七）精確性原則

任何一種實驗類型，其實驗的結(jié)果最終都是為了與客觀真實更接近。如果

實驗結(jié)果完全偏離了客觀真實，那么此次實驗必然是失敗的。所以，就要求實驗要盡量避免系統(tǒng)誤差，也要減小偶然誤差的出現(xiàn)幾率。

在設(shè)計實驗時，實驗的設(shè)計者必須要對上述的幾條實驗原則充分考慮，盡量的符合這些要求。其中，實驗設(shè)計的基本原則就是科學(xué)性、可行性原則。這兩大原則對任何一個實驗來說都是必然要求，只有滿足這兩個實驗原則的實驗才是具有可行性的，否則實驗結(jié)果將是無效的。

三、高中物理實驗設(shè)計的主要類型及具體的操作方法

近年來，通過分析高考物理實驗命題類型，可以發(fā)現(xiàn)最常見的考試類型就是創(chuàng)新型實驗題，該類型的實驗題有以下幾種常見的情況：遷移類、設(shè)計型、運用型、研究型等，本文詳細分析了這四種高中物理實驗設(shè)計的解答方法，具體研究如下：

（一）遷移類實驗

我們考察遷移類實驗設(shè)計問題，其考察的主要目標并不是在課本上我們所學(xué)到的現(xiàn)成知識，但是對解決這一類型的實驗設(shè)計問題的基本思路卻是在課本上我們能夠?qū)W到的。所以，這類實驗設(shè)計考察的主要目標就是我們掌握基本知識、基礎(chǔ)原理的情況及遷移能力等兩個主要方面。當我們遇到這類實驗問題時，要先對問題做一個全面的剖析，根據(jù)其中會涉及到的基礎(chǔ)知識、基本原理，再與實驗原理、實驗器材操作相結(jié)合起來，在情景遷移和聯(lián)想對比中就可以找到解題的方法。

（二）設(shè)計型實驗

對于設(shè)計型實驗問題來說，相應(yīng)的要求和實驗器材經(jīng)常會在題目里給出，需要我們根據(jù)要求來設(shè)計出具體可行的實驗方法。像這類實驗題目，其考察的重點就是我們對基本原理、知識的理解程度。此外，也要求我們能將所學(xué)的知識靈活的運用其中，進行創(chuàng)新實驗。當我們遇到這類題目時，首先要做的就是對題目中實驗問題的關(guān)鍵進行分析，之后再去分析學(xué)到的基礎(chǔ)原理和知識，將實驗方案構(gòu)建出來，還要分析實驗方案是否具有可行性，最后再付諸實驗，并處理好實驗數(shù)據(jù)，得出正確的實驗結(jié)論。在這一過程中，要注意堅持科學(xué)、簡便、可行的原則，這樣才能解答好這類實驗問題。

（三）運用型實驗

對于運用型實驗來說，通常是將我們生活中，或者社會生產(chǎn)中的某一個問題作為實例。這類問題有著較大的信息量，所以我們在解答的過程中，先應(yīng)該仔細的分析題目給出的信息，通過分析可以從中獲得有用的實驗數(shù)據(jù)，再結(jié)合所學(xué)到的知識，來解答問題。一般來說，我們在解決這類問題的過程中，首先，應(yīng)對各種實驗儀器的使用方法非常的熟悉，以此為基礎(chǔ)，深入的解剖題目，將有用信息從中找出來，再結(jié)合類比、聯(lián)想等思想，將相應(yīng)的物理模型建立起來；其次，我們應(yīng)在現(xiàn)有的物理知識基礎(chǔ)上，在新的物理情景中將其應(yīng)用進去，這樣才能進一步進行推理、計算，更好的將問題徹底的解決。

（四）研究型實驗

所謂的研究型實驗問題，就是指圍繞我們研究性學(xué)習(xí)活動所出的題目，這類題目中有的要求我們以給出的條件作為基礎(chǔ)，設(shè)計一個相應(yīng)的實驗方法；有的要求根據(jù)給出的實驗過程、結(jié)論，去求解某個物理量；還有的會要求我們對已經(jīng)設(shè)計好的實驗結(jié)果進行分析。研究型實驗問題要求我們有很高的分析實驗結(jié)果的能力，同時也是對我們的基礎(chǔ)知識及實驗?zāi)芰Φ目疾焱緩健Ｎ覀冊诮獯疬@類實驗問題時需要認真審題，掌握題目的要求，努力設(shè)計出一個簡單、可行的實驗方案。另外，實驗數(shù)據(jù)分析的相關(guān)問題解答時，要認真的分析題目中的數(shù)據(jù)，找出各個物理量之間的關(guān)系，也將問題的本質(zhì)找尋出來，從而做好解答。

四、結(jié)語

綜上所述，實驗是高中物理的基礎(chǔ)，也是考試的一個重點內(nèi)容。對高中生來說，學(xué)習(xí)好高中物理有很大的難度，尤其是對我們的抽象邏輯思維及動手實驗?zāi)芰τ泻芨叩囊蟆Ｔ谌粘W(xué)習(xí)中，我們發(fā)現(xiàn)有很多內(nèi)容都涉及到物理實驗，可見物理實驗的重要性。因此，我們針對不同類型的物理實驗設(shè)計問題，應(yīng)該采用不同的解題方法，從而可以通過物理實驗使自己對物理知識的理解更為深刻。

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