淺談高中物理實驗的教學方法

徐猛

達爾文說“最有價值的知識是關于方法的知識”。可見，掌握基本的科學方法是尤其重要的?？梢哉f，中學物理中每一個模型的建立，每一個概念的抽象，每一個規律的提出，每一個公式的得到，每一個實驗的設計，每一個表格的出現，無不閃爍著科學方法的靈光?？茖W的研究方法是獲取知識的門徑，知識的增長是能力發展的基礎。而能力的具備才是一個高素質的公民，才能適應科技化的現代生活。實驗，是自然科學研究的重要方法，也是自然學科教學的重要手段。實驗能力是高考物理學科要考核的重要能力之一，其測試重點是考查學生對所學知識的理解、掌握和運用，由此便知實驗題對實驗能力考核要求更高，設計性實驗也在所難免。因此，搞好高中物理實驗的復習，摸清實驗中的研究方法至關重要。

一、培養興趣，讓學生樹立掌握科學的方法和信心

學生對正在學習的東西感興趣并覺得富有挑戰性，能有效喚起學生的注意力，激發學生的求知欲、解疑心，而且能引發學生積極思考。對此。在物理課堂教學中我們要創設引發學生好奇的物理問題情境、時空情境等等。在引入新知識時，教師巧設懸念。在某一物理知識的教學結束時，提出一個或幾個以后學習的有關懸念，埋下伏筆，讓學生帶著如何解決這些問題的強烈愿望結束對某一知識的學習，從而活躍學生的思維，激發他們進一步學習的興趣。在教師的啟發引導下，學生相對獨立解決問題，同樣能大大地激發學生學習的興趣和積極性。在實踐過程中。“問題”應小而具體。要緊密結合物理概念、規律、方法。要有代表性、啟發性，能擊中要害。引人入勝，激發興趣，調動學生開展積極的思維活動。高中物理課程中蘊含有豐富的科學方法內容，如觀察與實驗、比較與分類、歸納與演繹、抽象與概括、分析與綜合、模型與模擬、猜想與假說、靈感與直覺等等，它們組成一個大系統。物理學理論的建立遵循著這樣的途徑：觀察實驗一提出假設一設計實驗一驗證假設一理論總結一實踐驗證理論。如果要使學生體驗、認識和掌握科學的研究方法和科學的思維方法，逐步養成實事求是的科學態度，提高各種基礎能力，以科學的態度和時代的責任感積極主動地參與到課堂教學活動中來。在教學過程中，就應充分挖掘教材中科學方法因素，使同一科學方法多次出現、多次運用，做到自覺地、堅持不懈地讓學生進行科學方法的學習。教學中要分析每章每節的科學方法因素，在確定知識、能力教學目標的同時確定科學方法教學目標。促使學生形成科學的思維方法，感受不斷創新的科學精神。另外應創設諸如實驗、講座、交流、作業、競賽等活動。讓學生養成良好的學習品質。形成認真、嚴謹的科學態度。促進學生認知、情感、科學方法、態度與技能等方面的和諧發展。

二、正確指導，讓學生掌握科學的物理實驗方法

1．理想化法。影響物理現象的因素往往復雜多變，實驗中常可采用忽略某些次要因素或假設一些理想條件的辦法，以突出現象的本質因素，便于深入研究，從而取得實際情況下合理的近似結果。例如在《用單擺測定重力加速度》的實驗中，假設懸線不可伸長，懸點的摩擦和小球在擺動過程的空氣阻力不計；在電學實驗中把電壓表變成內阻是無窮大的理想電壓表，電流表變成內阻等于0的理想電流表等等實際都采用了理想化法。

2．平衡法。“物理學中常常利用一個量的作用與另一個（或幾個）量的作用相同、相當或相反來設計實驗，制作儀器，進行測量。例如測量中的基本工具彈簧秤的設計是利用了力的平衡，天平的設計是根據力矩的平衡，溫度計是利用了熱的平衡等。

3．放大法。“在現象、變化、待測物理量十分微小的情況下，往往采用放大法。根據實驗的性質和放大對象的不同，放大所使用的物理方法也各異。例如：在《測定金屬電阻率》實驗中所使用的螺旋測微器：主尺上前進（或后退）0.5毫米，對應副尺上有5n個等分，實際上是對長度的機械放大；許多電表如電流表、電壓表是利用一根較長的指針把通電后線圈的偏轉角顯示出來。又比如在《卡文迪許扭實驗》，其測定萬有引力恒量的思路最后轉移到光點的移動（跟“庫侖靜電力扭枰實驗一樣），都是將微小形變放大方法的具體應用。

4．累積法。將微小量累積后測量求平均的方法，能減小相對誤差。實驗中也經常涉及這一方法。例如，在《用單擺測定重力加速度》實驗中，需要測定單擺周期，用秒表測一次全振動的時間誤差很大，于是采用測量30-50次全振動的時間T，從而求出單擺的周期T=t/n(n為全振動次數)。又如在《測定金屬電阻率》的實驗中，若沒有螺旋測微器時，也可把金屬在鉛筆上密繞若干圈，由線圈總長度來測出金屬絲的直徑?！?/p>

5．轉換法。某些物理量不容易直接測量，或某些現象直接顯示有困難，可以采取把所要觀測的變量轉換成其它變量（力、熱、聲、光、電等物理量）的相互轉換進行間接觀察和測量，這就是轉換法，還是以卡文迪許《利用扭秤裝置測定萬有引力恒量實驗》為例：其基本的思維方法便是等效轉換?？ㄎ牡显S扭秤發生扭轉后，引力對T 形架的扭轉力矩與石英絲由于彈性形變產主的扭轉力矩這就是等效轉換，間接地達到了無法達到的目的。本實驗中轉換法還應用于石英絲扭轉角度的測量上，這個角度不是直接測出的，而是利用平面鏡反射光在刻度尺上移動的距離間接測出的。轉換法是一種較高層次的思維方法。是對事物本質深刻認識的基礎上才產生的一種飛躍。如變曲為直實際上就是該方法的應用。

6．控制變量法。在高中物理中的許多實驗，往往存在著多種變化的因素，為了研究它們之間的關系可以先控制一些量不變，依次研究某一個因素的影響。最典型的例子是《驗證牛頓第二運動定律》的實驗，我們研究的方法是：先保持物體的質量一定，研究加速度與力的關系：再保持力不變研究加速度與質量的關系，最后綜合得出物體的加速度與它受到的合外力及物體質量之間的關系。當然本實驗還涉及到各種系統誤差的產生，限于篇幅不再贅述。

7．留跡法。有些物理現象瞬間即逝，如運動物體所處的位置，軌跡或圖像等，設法記錄下來，以便從容地測量、比較和研究。例如：在《測定勻變速直線運動的加速度》《驗證牛頓第二運動定律》《驗證機械能守恒定律》等實驗中，就是通過紙帶上打出的點記錄下小車（或重物）在不同時刻的位置，（位移）及所對應的時刻，從而可從容計算小車在各個位置或時刻的速度并求出加速度；對于簡諧運動，則是通過擺動的漏斗漏出的細沙落在勻速拉動的硬紙板上而記錄下各個時刻擺的位置，從而很方便地研究簡諧運動的圖像；又如利用閃光照相記錄自由落體運動的軌跡等實際都采用了留跡法。