著重科學(xué)方法培養(yǎng) 讓實(shí)驗(yàn)回歸教材

龐延理

摘 要：近幾年實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新進(jìn)行的轟轟烈烈，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精確度不斷提高，但是實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)方法卻逐漸被掩蓋。以探究“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例我們探討實(shí)驗(yàn)中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法，同時(shí)指出實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新在這些方面的不足。立足教材中的探究實(shí)驗(yàn)，著重科學(xué)方法的培養(yǎng)，以教材探究實(shí)驗(yàn)為主，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為輔。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；科學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)?zāi)康模蝗趸惑w驗(yàn)過(guò)程

中圖分類(lèi)號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2016）13-084-02

高中物理教學(xué)中， 在傳授物理知識(shí)的同時(shí)更應(yīng)讓學(xué)生了解研究問(wèn)題的科學(xué)方法，學(xué)會(huì)透過(guò)想象研究物體的本質(zhì)， 這些的意義在某種程度上應(yīng)該超過(guò)傳授知識(shí)本身。物理教學(xué)中物理實(shí)驗(yàn)是科學(xué)方法和科學(xué)思想的最好載體。近幾年實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新進(jìn)行的轟轟烈烈，但是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新固然重要，但是在創(chuàng)新的同時(shí)我們不能一味的追求實(shí)驗(yàn)的精確性，而忽略實(shí)驗(yàn)中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法。對(duì)實(shí)驗(yàn)中的誤差分析也是我們所要具有重要能力之一。

以““探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例，該實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中重要的實(shí)驗(yàn)之一， 該實(shí)驗(yàn)難度較大，過(guò)程比較復(fù)雜，也是高考中經(jīng)常考察的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含很多科學(xué)的方法。

一、實(shí)驗(yàn)前提條件中使用了控制變量法

“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)所研究的是a、F、m間的關(guān)系，為了更好的研究三者之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中引入了控制變量的方法。

控制變量法，是在物理研究中最常用的方法之一。在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中， 在研究 、F、m之間的關(guān)系時(shí)， 先保持物體的質(zhì)量m不變， 改變力F的大小， 研究a與F的定量關(guān)系。得出物體的質(zhì)量m一定時(shí)， 物體運(yùn)動(dòng)的加速度a與物體所受的合外力F成正比； 再控制物體所受的外力F不變，改變物體的質(zhì)量m， 研究a與m的定量關(guān)系。 得出物體所受的合外力F一定時(shí)， 物體運(yùn)動(dòng)的加速度a與物體的質(zhì)量m成反比； 最后將二者加以歸納綜合， 得出a、F、m三者之間的定量關(guān)系， 即物體運(yùn)動(dòng)的加速度a與物體所受的合外力F成正比， 與物體的質(zhì)量m成反比。

二、對(duì)小車(chē)受力的處理中使用了近似方法

實(shí)驗(yàn)中以小車(chē)和沙桶為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律， 得

實(shí)驗(yàn)中通常情況下都要忽略一些次要因素的影響，在實(shí)驗(yàn)采用了重物的重力來(lái)表示繩子的拉力，在滿足“M遠(yuǎn)大于m”條件下是可以成立的。盡管這是一種近似，但是并不會(huì)影響的實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)中只要合理的引導(dǎo)，認(rèn)真的分析清楚就沒(méi)有問(wèn)題。誤差分析也是中學(xué)生應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)和具備的一種能力。

三、在對(duì)小車(chē)摩擦力處理過(guò)程中采用了平衡摩擦力的方法，其本質(zhì)上是等效法

通過(guò)平衡摩擦力，創(chuàng)設(shè)出一種等效的沒(méi)有摩擦的運(yùn)動(dòng)環(huán)境。盡管平衡摩擦力是實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)，但是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和科學(xué)思想方法的鍛煉和培養(yǎng)是其他創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)所不可替代的。然而現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中，不少人把追求實(shí)驗(yàn)的精確性作為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的突破口，而忽略了實(shí)驗(yàn)的思想，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新個(gè)人認(rèn)為適合實(shí)驗(yàn)拓展，而不適合應(yīng)用在學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)中。比較常見(jiàn)的是借助于以下兩類(lèi)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。

第一類(lèi)借助于氣墊導(dǎo)軌減少摩擦力。該類(lèi)方法的初衷與平衡摩擦力相同。但是實(shí)質(zhì)上只是技術(shù)手段的提高而不是物理方法和物理思想的進(jìn)步。對(duì)于學(xué)生科學(xué)方法和科學(xué)思想的培養(yǎng)并沒(méi)有起到太大的作用。并且有做過(guò)此類(lèi)實(shí)驗(yàn)的老師應(yīng)該知道，實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)軌道水平難度非常大，實(shí)驗(yàn)靈敏度太高反而不適合學(xué)生探究。

第二類(lèi)借助于光電門(mén)或者使用各類(lèi)傳感器。光電門(mén)的使用，使得測(cè)量出物體的運(yùn)動(dòng)速度變得更加準(zhǔn)確，這是值得肯定的。但是我們面臨著新的問(wèn)題，其一、要用短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度；其二、要借助與電腦軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的處理。這些反而影響到了物體受力和運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，同時(shí)也轉(zhuǎn)移了學(xué)生的注意力，使得一部分學(xué)生把關(guān)注的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了光電門(mén)的使用上，從而使得實(shí)驗(yàn)的目的被弱化，這不是我們實(shí)驗(yàn)初衷。

傳感器的使用使得各類(lèi)數(shù)據(jù)的測(cè)量變得更加準(zhǔn)確，但是同時(shí)也掩蓋了物理方法。例如力學(xué)傳感器可以放在小車(chē)前端使得測(cè)出的力即為繩子的拉力，但是如何向高一的學(xué)生介紹傳感器的原理和使用，并且讓學(xué)生在短時(shí)間掌握其應(yīng)用原理幾乎是不可能的。同時(shí)物理近似方法的使用不能夠得到體現(xiàn)和應(yīng)用。再如，位移傳感器可以準(zhǔn)確的得到小車(chē)的位移和時(shí)間的關(guān)系從而得到小車(chē)加速度，但是掩蓋了物體勻變速運(yùn)動(dòng)的求解過(guò)程，我們所能夠得到的只是冷冰冰數(shù)據(jù)，給人一種不真實(shí)的感覺(jué)，期中缺少了學(xué)生的體驗(yàn)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)也就變得沒(méi)有了實(shí)際意義。

在近幾年的高考中這一類(lèi)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新比較常見(jiàn)例如：

2012年海南卷給出的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示

2009年上海卷“用DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)）研究加速度和力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示

這些都是在教材傳統(tǒng)的探究實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，作為考題無(wú)可厚非，但是這些并不適合作為學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)。

在課本探究實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我們可以嘗試讓學(xué)生自己自己思考如何實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，也可以讓學(xué)生分析別人實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的優(yōu)缺點(diǎn)，這樣會(huì)更加有有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，更加有助于學(xué)生對(duì)科學(xué)的方法掌握，更加有助于學(xué)生向更高的層次拓展自己的思維。但是我們不能本末倒置，筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新只能作為教材探究實(shí)驗(yàn)的拓展，而不能替代教材中探究實(shí)驗(yàn)。我們應(yīng)當(dāng)立足于教材中的探究實(shí)驗(yàn)，注重于理解和掌握實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐 紅，曹冬梅，. 驗(yàn)證牛頓第二定律中牽引力對(duì)誤差的影響. 黑龍江科技信息，2010，（36）.

[2] 王寶英，. 用自制激光測(cè)速儀來(lái)驗(yàn)證牛頓第二定律. 物理教學(xué)探討，2007，（1）.

[3] 張曉玲， 牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn). 物理通報(bào)，2006，（3）.

[4] 孟衛(wèi)東. 驗(yàn)證牛頓第二定律. 中學(xué)生數(shù)理化（高中版），2005，（17）.

[5] 奚永康. “驗(yàn)證牛頓第二定律”演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn). 物理教師，2004，（4）.