實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要作用

高中物理實(shí)驗(yàn)是有目的、有計(jì)劃地運(yùn)用儀器設(shè)備，在人為控制下，使物理現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，從而通過認(rèn)真觀測(cè)獲取大量資料的一種科學(xué)研究方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論講授相配合，有利于學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的深刻理解和鞏固掌握，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，是發(fā)展學(xué)生智能的重要途徑，也是幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)作風(fēng)的有效措施。

一、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證規(guī)律，突破教學(xué)難點(diǎn)

物理概念的形成和規(guī)律的建立，離不開實(shí)驗(yàn)事實(shí)的探討和驗(yàn)證。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌騽?chuàng)造出真實(shí)的、排除干擾的物理環(huán)境，學(xué)生在這種實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，通過觀察、思考獲取典型的物理環(huán)境，通過最簡(jiǎn)捷的思維活動(dòng)建立概念、總結(jié)規(guī)律，并把理論運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)。這對(duì)中學(xué)生來說，可以更深入地理解基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)牢固地掌握并體驗(yàn)到初步的運(yùn)用。

例如，“楞次定律”歷來是高中物理教材中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為突破這一教學(xué)難點(diǎn)，在課堂上，把教師單一演示實(shí)驗(yàn)變成每個(gè)學(xué)生的探索性實(shí)驗(yàn)，采用邊教邊演示實(shí)驗(yàn)的方法，通過教師引導(dǎo)、啟發(fā)，由學(xué)生自己總結(jié)出“楞次定律”。這樣不但使學(xué)生加深了對(duì)“楞次定律”的理解，也有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。

二、實(shí)驗(yàn)探索物理規(guī)律，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣

實(shí)驗(yàn)具有趣味性，它能充分運(yùn)用學(xué)生的各種感官，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。興趣是產(chǎn)生動(dòng)機(jī)的重要條件，是一個(gè)人獲得知識(shí)、開闊視野、推動(dòng)學(xué)習(xí)的一種強(qiáng)大的內(nèi)動(dòng)力。因此，在物理教學(xué)過程中，通過實(shí)驗(yàn)為學(xué)生展現(xiàn)出生動(dòng)、直觀的學(xué)習(xí)環(huán)境，將極大地吸引學(xué)生的注意力，有利于學(xué)生去研究物理現(xiàn)象，探索物理規(guī)律，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。

高中物理教材中有許多物理規(guī)律的探索和得出是建立在物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的。

例如，高二物理教材中的“法拉第電磁感應(yīng)定律——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小”一節(jié)中，法拉第電磁感應(yīng)定律是建立在三個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。在教學(xué)過程中，通過演示導(dǎo)體切割磁感線、導(dǎo)體和磁體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)、閉合電路的磁場(chǎng)發(fā)生變化，從而讓學(xué)生得出“穿過閉合電路的磁通量變化越快，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大”這一結(jié)論。然后又在這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上讓學(xué)生探索出“電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比”這一法拉第電磁感應(yīng)定律。這樣，既大大地激發(fā)了學(xué)生的興趣，又通過實(shí)際操作探索了物理規(guī)律，讓學(xué)生受益匪淺。

三、通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的思維方法

實(shí)驗(yàn)是一種基本的科學(xué)思維方法，在高中物理實(shí)驗(yàn)中，許多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的構(gòu)思十分巧妙，其中有一些實(shí)驗(yàn)在物理理論的建立和發(fā)展中具有重要的意義，凝聚著許多科學(xué)家的智慧。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生明白得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的思維過程，從而領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想。通過對(duì)高一教材中物理實(shí)驗(yàn)的分析，筆者認(rèn)為在教學(xué)過程中，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想的介紹可以訓(xùn)練高中學(xué)生科學(xué)的思維方法。下面以四種思維方法為例進(jìn)行闡述。

1.轉(zhuǎn)換法

物理學(xué)科是一門精確的定量化的學(xué)科，在物理實(shí)驗(yàn)中需要準(zhǔn)確地測(cè)定物理量。但許多物理特征、過程或物理量要想直接觀測(cè)有困難，可以把要觀測(cè)的變量轉(zhuǎn)換成間接觀察和測(cè)量，這就是轉(zhuǎn)換法。

在高一物理教材中體現(xiàn)轉(zhuǎn)換法的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)有“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”，該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度a，但是，在實(shí)驗(yàn)中是根據(jù)紙帶在各個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間里位移之差S與a之間關(guān)系滿足ΔS=S4-S1=S5-S2=S6-S3=3at2等式，把對(duì)a的測(cè)量轉(zhuǎn)換成對(duì)S與t的測(cè)量，從而利用ΔS=3at2等式求出加速度a。

2.比較法

比較法就是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下找出研究對(duì)象之間的同一性和差異性，比較是認(rèn)識(shí)事物的基礎(chǔ)，被廣泛用于物理實(shí)驗(yàn)中以探索物理規(guī)律。

在高一物理教材“平拋物體的運(yùn)動(dòng)”教學(xué)中，運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)將平拋運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)相比較，從而說明了平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上是自由落體運(yùn)動(dòng)，水平方向速度的大小并不影響平拋物體在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上學(xué)生就容易理解平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律了。

3.控制法

在高中物理實(shí)驗(yàn)操作過程中，往往存在著多種變化的因素。為了研究它們之間的關(guān)系，可以控制一些不變量，依次研究某一因素的影響，這種方法稱之為控制法(或控制變量法)。

在高一物理教材中，研究物體的加速度跟物體受的外力及物體的質(zhì)量之間的定量關(guān)系的演示實(shí)驗(yàn)中，為了弄清楚外力F、質(zhì)量m兩個(gè)因素中的每一個(gè)因素分別對(duì)物體加速度a的影響，必須這樣來進(jìn)行實(shí)驗(yàn):在m一定的條件下改變F，考察a—F之間存在的函數(shù)關(guān)系;在F一定的條件下改變m，考察a—m之間存在的函數(shù)關(guān)系。上述研究方法就是控制法的典型例子。又如，在高一物理教材中的“向心力-向心加速度”這一章節(jié)中，用向心演示器進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行這樣的操作:在半徑r和角速度ω一定時(shí)，考察向心力F與質(zhì)量m的關(guān)系;在質(zhì)量m和半徑r一定時(shí)，考察向心力F與角速度ω的關(guān)系;在質(zhì)量m和角速度ω一定時(shí)，考察向心力F與半徑r的關(guān)系;從而得出勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的公式F=mrω2。在上述實(shí)驗(yàn)操作步驟中，控制變量是為了創(chuàng)設(shè)有利于物理規(guī)則推導(dǎo)的物理環(huán)境，突出反映研究對(duì)象本質(zhì)的物理量間的關(guān)系，以進(jìn)行有目的研究。

4.留跡法

在物理實(shí)驗(yàn)中，有些物理現(xiàn)象瞬間即逝，如運(yùn)動(dòng)物體所處的位置、軌跡或圖像等，用一定的方法把這些物理現(xiàn)象記錄下來，然后通過測(cè)量或觀察來進(jìn)行研究，這就是留跡法。

高一物理教材中，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”和“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，就是通過在紙帶上打點(diǎn)的方法記錄下小車和重物在不同時(shí)刻的位移，從而求出小車的加速度和重物的速度。又如在“平拋物體的運(yùn)動(dòng)”教學(xué)中，利用閃光照相記錄自由落體運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡來研究物體平拋運(yùn)動(dòng)所遵循的物理規(guī)律。上述兩例都是在物理實(shí)驗(yàn)中采用了留跡法。

實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中占有非常重要的地位。因此，我們應(yīng)該始終堅(jiān)持以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的教學(xué)方向，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并不斷改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，使其在物理教學(xué)中發(fā)揮更大的作用。

(作者單位:廣東省中山市古鎮(zhèn)高級(jí)中學(xué))