物理實驗在教學中的應用

胡進

物理學是以實驗為基礎的科學，實驗始終是研究物理學的重要方法，因此在中學物理教學中實驗是重要的教學方法，通過演示和實驗不僅能提供學生對所研究的物理現象的感性材料，培養學生的觀察能力，而且還可以使學生獲得一定的實驗技能，培養學生的實驗能力。

物理實驗使指人們根據研究的目的，利用科學儀器設備人為的控制或模擬物理現象，排除干擾，突出主要因素，在最有利的條件下研究物理規律的一種活動。物理實驗可以簡化和純化研究過程，可以強化研究條件，可以加速或延緩物理過程，可以重復再現物理過程，可以對物理現象或過程進行定量研究。總而言之，物理實驗在物理教學中有十分重要的作用。下面從以下幾點加以說明：

一、物理實驗可以培養學生的觀察能力

教師在演示實驗中，首先要讓學生明確實驗觀察的目的；其次要讓學生觀察實驗的裝置，認真觀察實驗儀器的初始狀態，了解各部分儀器、儀表的作用與功能，使學生對觀察的目的，實驗的儀器裝置有一個整體認識。在做電學實驗時，要先讓學生看清電路。第三，要引導學生認真觀察實驗現象的發生和變化過程，演示實驗一般要重復做二至三次，以便于學生反復觀察，紀錄實驗現象、結論，教師還要帶領學生分析思考逐步形成理論。這樣，學生的觀察能力得到了培養，對理論知識建立的過程有了較清楚的認識，使知識具體化，幫助學生理解較抽象的理論物理知識，能夠使其久久留與腦海之中，保持較長的記憶時間。一般地，第一次演示時，讓學生集中觀察發生的現象，第二次要求學生觀察老師的操作，以便明確現象是怎樣發生的，第三次讓學生綜合觀察現象發生的過程及其結果如何。

為了增強演示實驗的效果，培養學生的觀察能力，教師可以在演示實驗前或演示實驗過程中，提出一些思考性的問題，以便引導學生觀察實驗中發生的現象及現象變化過程，把學生的無意注意轉化為有意注意，引導學生集中注意力觀察最需要觀察的事物，并在演示實驗過程中指導學生觀察方法，以及觀察中應注意的問題。

在演示實驗的觀察訓練中可以逐步減少教師的指導，從開始時實驗前做詳細的指導觀察逐步地變為有重點地指導觀察。在學生具備一定的觀察能力后，可運用“無聲演示”的方法，即教師在演示前和演示過程中都不講解指導，而只操作給學生觀察，演示結束后，讓學生把觀察到的現象和過程用科學語言正確描述出來，可以先提一名學生回答，然后請其他學生補充，直至達到要求為止。也可以讓每個學生看完教師的無聲演示后，寫下自己所觀察到的現象和過程，這也是考察學生觀察能力的有效方法之一。經過這樣反復多次的訓練，即可不斷提高學生的觀察能力。

二、通過物理實驗發現物理規律，建立物理概念

在物理學中，物理規律一般都是通過實驗總結出來的。一些物理學家為了探索自然的規律，不惜從事十年數十年的艱苦實驗，有的還要冒著生命的危險來進行實驗研究。例如法拉第電磁感應定律是經過十年的實驗探索才發現的，在此之前1820年奧斯特發現了電流的磁效應，這使善于思考的法拉第由此得到啟發并提出“磁轉化為電”的設想，1822年法拉第就開始了艱苦漫長的轉磁為電的研究，經過無數次的實驗，終于在1831年發現了電磁感應現象，接著又進行了一系列的實驗研究，最后成功的實現了磁轉化為電的設想，并經過進一步的實驗探索，總結出了法拉第電磁感應定律，開創了人類的電氣化時代。美國科學家富蘭克林是冒著生命危險進行“捕捉雷電”實驗的，并為電學的發展作出了貢獻。科學實驗也是發明家取得成功的必由之路。如美國發明大王愛迪生曾獲1093項發明專利，可以說，他的每一項發明都是通過實驗取得的。例如愛迪生發明白熾燈時為了尋找燈絲的合適材料，曾先后用1600多種礦物和金屬材料進行反復的實驗，歷時13個月，終于研制成功一只亮度達40燭光的炭化竹絲燈泡。可以說科學實驗是人們認識自然，改造自然的重要途徑。因為人們只有通過變革自然界的活動才能獲得關于自然界的現象和本質的種種感性材料，并在概括大量感性材料的基礎上發現規律和建立理論。

三、通過物理實驗可以驗證物理假說，檢驗物理理論

通過實驗不僅可以發現物理規律，建立物理理論，而且還能驗證物理假說，檢查物理理論的真偽。因此，實驗既是建立理論的源泉，又是檢驗理論真理性的標準。例如1956年李政道、楊振寧提出的“弱作用下宇稱不守恒”的假說，在被吳健雄的鈷—60實驗驗證后，才被公認。法拉第由“電生磁”萌發的“磁生電”的假說，被實驗驗證后才變為物理規律。另一方面一些物理理論被實驗檢驗后不得不拋棄，如亞里士多德的“落體觀念”在統治了物理學兩千多年后被伽利略的實驗證明是錯誤的而被人們拋棄。有如“以太”和“燃素”雖在物理學中存在多年，最終還是被實驗檢驗而宣告并不存在。

作為物理實驗，它之所以能夠充當驗證物理假說的依據，檢驗物理理論的標準，是由于物理實驗具備檢驗科學真理性的根本屬性。物理假說和理論是人們的思維對于自然界規律性的反映，那么作為檢驗這種反映正確與否的標準不能是理論本身，同時又不能是客觀對象本身，因為作為純粹的客觀對象并不能證明理論與對象是否符合一致；另一方面，作為標準又必須具有把人的思維同客觀世界聯系起來的特性。物理實驗恰恰具備以上作為檢驗標準的條件，所以物理實驗是驗證假說、檢驗理論的標準。

四、通過實驗完善理論體系，發展物理理論

通過實驗能不斷地完善理論體系，發展物理理論。例如19世紀末20世紀初，人們相繼發現了X射線、電子、天然放射性現象等用經典物理學無法解釋的實驗事實，預告了新的物理理論的即將誕生。麥克爾遜—莫雷實驗否定了以太的存在，導致了相對論的建立，黑體輻射的實驗事實最終導致了量子力學的產生。

在中學教學過程中的實驗多為演示實驗、邊講邊實驗、分組實驗。無論是哪一種實驗都有利于培養學生對物理的濃厚興趣，有利于學生注意力的集中，調動學生學習的主觀能動性，有利于學生更好的了解教材，掌握教材，通過各種感覺獲得更多的直接經驗和感性材料，有利于學生掌握知識和理解知識打好基礎，以便學生很好的認識物理現象，掌握物理規律和理論，能促進良好教學效果的產生。因此，在教學過程中我們應注意物理實驗的運用。

（責任編輯 若 曦）