實(shí)驗在物理教學(xué)中的作用
摘要：實(shí)驗在中學(xué)物理教學(xué)中占有舉足輕重的地位，教師通過(guò)實(shí)驗引導學(xué)生觀(guān)察、思考、分析綜合問(wèn)題，接受新知識，發(fā)現規律;同時(shí)形象地演示實(shí)驗過(guò)程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習物理的興趣，培養學(xué)生敏銳的觀(guān)察能力，對培養學(xué)生的創(chuàng )新意識及科學(xué)探究的能力有很好的促進(jìn)作用。
關(guān)鍵詞：物理教練 控制變量 推理論述 構建模型
一、通過(guò)實(shí)驗學(xué)會(huì )構建物理模型
在物理教學(xué)中，某些概念的建立需要理想化的模型才能實(shí)現，例如，電場(chǎng)強度E的建立過(guò)程、庫侖定律的驗證需要點(diǎn)電荷模型，油膜法測單分子直徑需要建立球體模型，在動(dòng)力學(xué)中要引入質(zhì)點(diǎn)，還有單擺、理想氣體、純電阻、點(diǎn)光源等這些都是對研究對象本身的理想化;光滑表面、絕熱容器、理想變壓器、不計空氣阻力等是把物體所處的環(huán)境條件理想化;勻速直線(xiàn)運動(dòng)、簡(jiǎn)諧運動(dòng)、光的直線(xiàn)傳播、彈性碰撞、等溫變化等是把過(guò)程理想化。
在用單擺測定重力加速度中：原先的各種測定重力加速度的實(shí)驗(落體法、滴水法、閃頻法等)或不夠精確或過(guò)于復雜，唯獨這個(gè)實(shí)驗是用最簡(jiǎn)單的儀器和方法，得到了較精確的結果。但在實(shí)驗中，必須選擇適當的儀器測定線(xiàn)長(cháng)和小球直徑，還要正確釋放單擺，使單擺在豎直平面內做小幅振動(dòng)，這樣才能看做單擺模型，應用單擺公式進(jìn)行計算。
在研究落體運動(dòng)時(shí)，鐵片與小紙片從同一高度同時(shí)下落，可看到鐵片下落得快;將小紙片揉成紙團再與鐵片從同一高度同時(shí)下落，可看到二者幾乎同時(shí)落地;大紙片與小紙片揉成的紙團從同一高度同時(shí)下落，可看到輕的小紙團下落得快。通過(guò)強烈對比，激發(fā)了學(xué)生探究的動(dòng)機，促使學(xué)生積極思考，從而主動(dòng)跳出“物體下落快慢與重力相關(guān)”的錯誤印象，分析現象背后的本質(zhì)――空氣阻力的影響。再通過(guò)對空氣阻力的分析，讓學(xué)生意識到正是空氣阻力的影響使得落體運動(dòng)變得異常復雜，一時(shí)難以看清問(wèn)題的本質(zhì)，從而啟發(fā)學(xué)生從簡(jiǎn)單入手，抓住主要因素――重力，忽略、排除次要因素――空氣阻力，把外界條件理想化，進(jìn)而引出實(shí)驗。
建立理想模型也可以用“理想實(shí)驗”的方法。如電場(chǎng)強度的引入是用理想化的“檢驗電荷”考查電場(chǎng)中某點(diǎn)的性質(zhì)，不同的檢驗電荷q及q′在同一點(diǎn)所受到的電場(chǎng)力分別為F及F′，并比較比值F/q與F′/q′，發(fā)現這兩個(gè)比值相等，即等于一個(gè)恒量E，這同時(shí)說(shuō)明這個(gè)恒量E跟檢驗電荷的電量q和它受的電場(chǎng)力F的大小無(wú)關(guān)，從而引入了電場(chǎng)強度。伽利略就是在從斜槽滾下的小球滾上另一斜槽，后者坡度越小，小球滾得越遠的實(shí)驗基礎上，提出他的理想實(shí)驗的，運用這種理想化的方法，推翻了亞里士多德的理論，為牛頓第一定律的建立奠定了堅實(shí)基礎。
二、在實(shí)驗中學(xué)會(huì )研究物理問(wèn)題的常用方法
中學(xué)物理實(shí)驗有相當一部分是定量實(shí)驗，學(xué)生需要分析和處理各種實(shí)驗數據。處理實(shí)驗數據最常用的方法是控制變量法、等效法、比較法、圖表法。這些方法是研究物理問(wèn)題的常用方法。
控制變量的研究方法在物理規律的探索中經(jīng)常使用。當多個(gè)因素同時(shí)作用、共同影響某一物理量時(shí)，就要分別獨立地研究其中某一因素的影響，這時(shí)就要暫時(shí)保持其他因素不變，以排除其他因素的干擾，更好地研究這一因素與所要研究量之間的關(guān)系，最后通過(guò)綜合分析得出規律。如歐姆定律的得出就利用了控制變量法。
類(lèi)比是指新事實(shí)同已知事物間類(lèi)似方面的比較。作為一種科學(xué)方法，它能啟發(fā)和開(kāi)拓我們的思維，能給我們提供解決問(wèn)題的線(xiàn)索，是提出科學(xué)假設和探索新理論的重要途徑，它對物理學(xué)的發(fā)展有不可磨滅的功勞，對學(xué)生學(xué)習物理也發(fā)揮著(zhù)巨大作用。比如在研究單擺的周期時(shí)，通過(guò)比較得出單擺的周期與擺球的質(zhì)量無(wú)關(guān)，只與擺長(cháng)和重力加速度有關(guān)。
還有轉化法，如學(xué)習電流時(shí)，對通過(guò)導體時(shí)產(chǎn)生的一些現象(如小燈泡發(fā)光)確定是否有電流通過(guò);研究大氣壓的值時(shí)，用水銀柱所產(chǎn)生的壓強研究大氣壓;由小磁針N、S極指向偏轉，我們知道磁場(chǎng)的存在;我們通過(guò)擴散現象知道分子在不停地做無(wú)規則運動(dòng)等，這些都運用了轉化法。
圖像是描述物理過(guò)程、揭示物理規律、解決物理問(wèn)題的重要方法之一，它具有形象、直觀(guān)、動(dòng)態(tài)變化過(guò)程清晰等優(yōu)點(diǎn)，能使物理問(wèn)題變得簡(jiǎn)單明了，優(yōu)化求解過(guò)程，有效、簡(jiǎn)捷地解決問(wèn)題。在測定干電池的電動(dòng)勢和內阻的實(shí)驗中，就應該采用圖像法處理數據。這樣，既可減少誤差，又可使數據處理簡(jiǎn)單省時(shí)。
三、在實(shí)驗中提高學(xué)生的推理及論述能力
分析與表述能力主要是指綜合運用物理知識與基本操作，對觀(guān)察到的實(shí)驗現象和記錄的數據進(jìn)行分析、推理、判斷，以及對實(shí)驗操作過(guò)程進(jìn)行解釋說(shuō)明的能力。任何一個(gè)實(shí)驗，都是在一定的理論或原理指導下設計的。這些理論或原理的本身就體現了實(shí)驗的物理思想。課文中的每個(gè)實(shí)驗無(wú)不閃爍著(zhù)科學(xué)家認識物理世界的基本方式和實(shí)驗裝置的精巧構思，如庫侖定律的驗證、油膜法測單分子直徑、半偏法測表頭內阻、泊松亮斑等。教師應該培養學(xué)生用清晰的語(yǔ)言描述實(shí)驗背景和原理，從實(shí)驗中總結出物理規律的能力。
在楞次定律的演示實(shí)驗中，主要是通過(guò)演示，弄清原來(lái)的磁場(chǎng)、感應電流的磁場(chǎng)和穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量的變化之間的關(guān)系，最后歸納出楞次定律的內容。對感應電流方向的判斷，只能借助電流計的指針偏轉完成，所以要設計出一個(gè)實(shí)驗判斷電流的流向和電流計指針偏轉之間的關(guān)系。這個(gè)問(wèn)題對學(xué)生來(lái)說(shuō)，應該不是一個(gè)難題，學(xué)生可以利用初中所學(xué)的電學(xué)知識解決，教師可以通過(guò)提問(wèn)的方式，把這個(gè)問(wèn)題交給學(xué)生完成。這樣做，不僅可以調動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與，而且可以培養學(xué)生運用實(shí)驗原理推理論證，設計簡(jiǎn)單的實(shí)驗的能力。
要歸納科學(xué)規律，就要尋找數據之間相互關(guān)系的特征，就要進(jìn)行數據的分析論證。這種特征通常表現為相等、之和、之差、乘積、比值等數學(xué)關(guān)系。因此在歸納時(shí)，就要通過(guò)對數據的比較，發(fā)現這些特征并歸納出結論。需要把有關(guān)數據的乘積或者比值拿來(lái)進(jìn)行比較，才能發(fā)現和歸納出它們的規律。啟發(fā)學(xué)生自己發(fā)現這些數據之間規律的過(guò)程，也是一個(gè)培養學(xué)生的推理論證能力的過(guò)程。
總之，物理的基礎是實(shí)驗，培養學(xué)生創(chuàng )新能力是物理教育教學(xué)追求的目標，而物理實(shí)驗是激發(fā)學(xué)生創(chuàng )新意識最有效的手段，要充分認識物理實(shí)驗在物理教學(xué)中的重要地位，積極開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗活動(dòng)，通過(guò)手腦并用，充分挖掘、開(kāi)發(fā)學(xué)生潛能，更好地培養學(xué)生的觀(guān)察能力、分析判斷能力和實(shí)驗能力，擦出學(xué)生創(chuàng )新智慧的火花。
參考文獻：
[1]張憲之.中國現代物理教學(xué)，2013.6.
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