淺談物理實驗設計的基本原則

【摘 要】物理學是一門以觀察、實驗為基礎的科學，人們的許多物理知識是通過實驗，經過認真的思索而總結出來的，高中學生對實驗有著天然的興趣，因此物理實驗教學在素質教育中發揮著重要的作用，使學生更好地獲得實驗技能，培養學生的實驗能力。

【關鍵詞】物理實驗 設計 原則

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學。在自然界中存在有各種各樣的物理現象，人們把在生產實踐中所觀測到的物理現象，在實驗室中利用各種實驗工具反復研究，這就是物理實驗。在中學物理中，大量的物理概念、規律、原理都是通過物理實驗發現、總結歸納得出的。愛因斯坦說：“一個美妙的實驗，通常要比我們頭腦中提取二十個公式更有價值。”物理實驗教學作為物理教學的一種重要的方法和手段，它要把研究的物理現象清楚地展示在學生面前，能引導學生觀察思考，使學生認識物理概念和規律“事半功倍”，還能激發學生學習的興趣，更能啟迪思維，培養科學精神和探究能力。

在實驗教學中培養學生實驗設計的能力，正是我們實施素質教育，培養學生良好探究思維的習慣和能力的目的所在，使之可持續發展以適應時代進步的需要。要從注重知識學習與技能訓練轉向注重學生的發展，就應該要最大程度的發揮出實驗的教學作用，下面談談物理實驗設計中的一些原則。

一、目的性原則

每個實驗應符合教學大綱的要求，這里包括智力、能力、素質等各方面訓練、培養的要求，并能發揮實驗在教學的某一方面或某幾方面的作用。例如驗證或探索某一物理概念或規律，學會應用某些知識來解決某個物理問題，學會使用某些儀器、工具，培養學生科學態度和嚴謹的工作作風等。對此，應注意下面幾個問題：

第一，要明確設計的實驗的目的和要求，了解它在教學過程中的地位和作用。

第二，要了解所要設計實驗與相似實驗、相關實驗的聯系與區別，以及該實驗在整個物理實驗中的地位。

第三，要選擇確定設計的重點和突破口。

二、科學性原則

設計的實驗必須確保其科學性，科學性是最根本的設計要求。每個實驗所依據的物理原理正確，采用的方法科學，實驗的安排符合人的認識規律。物理實驗設計過程中必須保證實驗的設計不出現科學性錯誤，實驗方案應該有科學依據和正確的方式。如果實驗設計中沒有科學的態度和方法，或者沒有認真處理實驗數據，就會出現科學性錯誤。對此，在設計中，必須考慮下面幾個問題：

第一，物理原理是否正確、確切。

第二，設計的實驗是否符合中學生的知識基礎和心理特點、能否用于教學過程、是否達到教學目的。

第三，從儀器選擇、實驗條件和操作等方面看實驗能否成功。

第四，實驗方法的應用、設計中問題的處理是否科學、合理。

三、安全性原則

安全性是任何工作的前提。在物理實驗設計中，教師及學生規范性操作是實驗安全性的重要保障。尤其在學生實驗中，學生是獨立操作，而且技術上又不熟練。所以，在設計過程中，首先要注意的是人的生命安全，避免和防止學生在操作中發生燙傷、割傷、觸電、中毒、爆炸等事故，特別是電學實驗，我們更加要注意安全性原則，一定要規范地操作，否則發生事故后悔莫及。二是保證實驗儀器的安全，不受損。

四、簡便性原則

在探索某個現象或某個規律時，所用的物理實驗，目的應盡可能明確，器材、方法應盡可能簡單。所以，設計實驗時要做到：（1）儀器結構簡明、裝置結構要簡便、安裝方便；（2）操作簡便，節省時間；（3）說理簡便。

五、直觀性原則

直觀性不僅指儀器裝置的可見度、觀察對象的清晰度、實驗結果的明顯度，更重要的是指整個實驗過程中是否清楚地顯露出來，容易讓人看出或感覺到。物理實驗的一個重要特點就是讓全體學生對具體的物理現象與實驗過程用感官直接觀察和感受，盡可能地增大實驗的可見度和可信度，以便提高物理實驗的直觀性。要使實驗直觀、明顯，在設計實驗時，應注意以下幾點：

第一，實驗儀器的尺寸要足夠大，觀察對象要大。有些儀器尺寸不宜做得太大，有些物理現象的變化微小，要使現象清楚，就要對現象放大。如：在演示玻璃管受力發生微小形變的實驗中，要想實驗現象明顯，應該用毛細玻璃管代替吸管，且最好用蠟油紙密封好瓶口，這樣現象直觀明顯，就能達到增強可見度的效果。

第二，布局要合理。在物理實驗中，要想方設法增大物理實驗的可見度。有些物理實驗容易在水平面上完成，但不利于學生的觀察，如果對實驗進行“化水平為豎直面”的處理，就可以增大實驗的可見度。

第三，高度要合適，方位要恰當。要使觀察重點高度的位置合適，能看清儀器裝置。運動器件的方向位置要恰當，運動方向相對學生而言，應該是上、下、左、右運動。

六、趣味性原則

愛因斯坦說過：“興趣是最好的老師。”只有對知識有了興趣才會發現問題，提出問題，知難而進。也只有讓學生有了興趣，有了對問題解決的追求，有了對獲取知識的渴望，教師培養學生創新思維的能力才能落到實處。實驗的趣味性可以強化注意、加深印象、提高感知效果，還可以促使人們去發現問題、提出問題、解決問題，激發學習積極性。設計趣味性強的物理實驗，可以極大地調動學生學習興趣，從而激發他們的學習動力。實驗的趣味性并非僅僅表現在“新、奇、異、險、趣”這些能激發人們直接的興趣的特點上，還表現在“設疑、激疑、解疑、答疑”這些能更多地激發人們間接興趣的特點上。

在物理教學過程中的實驗多為課堂演示實驗、邊講邊實驗、學生分組實驗。無論是哪一種實驗，都要講究其基本原則，這樣更有利于學生注意力的集中，調動學生學習的主觀能動性，使其通過各種感覺獲得更多的直接經驗和感性材料，以便學生很好的認識物理現象，掌握物理規律和理論，進而促進良好教學效果的產生。因此，在物理實驗教學過程中我們應注意物理實驗設計的基本原則的運用。