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中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基本點(diǎn)論文
物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，而我們目前的物理教學(xué)基本上是停留在關(guān)于物理學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的歸納和理論體系的闡述上，就連物理實(shí)驗(yàn)本身的教學(xué)，也是按教材的分析按部就班進(jìn)行純理論講解，其弊端是顯而易見的。本文主要談?wù)勚袑W(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一些基本點(diǎn)。
一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)的注意點(diǎn)
1.從小處著眼，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)
上海作為考試改革的試點(diǎn)城市，其成功的改革將為考試提供可能的改革方向，甚至一些新穎的題型和情境，都可能為考試所借鑒。無疑考試關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考查是又一個(gè)成功的改革舉措，極有在全國(guó)推廣的價(jià)值。而物理《考試說明》中要求“會(huì)用在這些實(shí)驗(yàn)中學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法”，也為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考查在全國(guó)的推廣提供了可能。
2.從大處著眼，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)
著名核物理學(xué)家錢三強(qiáng)先生在為郭奕玲、沈慧君編著的《物理學(xué)史》所作的序中，曾嚴(yán)厲指出：“今天我們科學(xué)界有一個(gè)弱點(diǎn)，這就是思想不很活潑，這也許跟大家過去受的教育有一定關(guān)系……”我們常常教育學(xué)生“應(yīng)該……”、“必須……”；我們的考試題目常常不惜筆墨描述背景、附加條件，最后只有一個(gè)小小的空格“是……”。這樣培養(yǎng)選拔出來的人才在學(xué)校是好學(xué)生，步入社會(huì)是好職員，大腦中只是機(jī)械地跳動(dòng)著兩個(gè)問題：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常�！巴瓿伞钡南喈�(dāng)漂亮，但思想僵化，毫無創(chuàng)見。這正是我們的悲哀！長(zhǎng)期以來這種教育選拔模式，致使我們現(xiàn)在仍只能在很羞澀地提到幾個(gè)美籍華人時(shí)才有一種借來的榮光與自豪。
思想不活躍，是因?yàn)槲覀兘o了學(xué)生太多的“必須”的限制；思想僵化，是因?yàn)槲覀兞艚o學(xué)生太少的“可能”的余地。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)，正是活躍思想，培養(yǎng)能力的一種好方法，授以實(shí)驗(yàn)的基本方法，讓學(xué)生自己去考慮有哪些可能的做法，自己會(huì)怎么做。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法
1.明確目的，廣泛聯(lián)系
題目或課題要求測(cè)定什么物理量，或要求驗(yàn)證、探索什么規(guī)律，這是實(shí)驗(yàn)的目的，是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_后，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，廣泛聯(lián)系，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過，與哪些物理現(xiàn)象有關(guān)，與哪些物理量有直接的聯(lián)系。對(duì)于測(cè)量型實(shí)驗(yàn)，被測(cè)量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對(duì)于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，怎樣的定量關(guān)系成立，才能達(dá)到驗(yàn)證規(guī)律的目的；對(duì)于探索型實(shí)驗(yàn)，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，涉及哪些物理量……這些都是應(yīng)首先分析的。
舉例來說，要測(cè)定地球表面附近的重力加速度，我們就應(yīng)檢索：在所學(xué)知識(shí)范圍內(nèi)，哪些內(nèi)容涉及重力加速度，它與其他物理量有何定量關(guān)系，并一一羅列出來：
�。�1）在靜力學(xué)中，靜止的物體對(duì)豎直懸繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫Φ拇笮《嫉扔谥亓�，即T＝N＝mg,若T（或N）和m能測(cè)出，則重力加速度g也可測(cè)定。
�。�2）在自由落體運(yùn)動(dòng)中“h＝gt２/２”，若h和t可測(cè)出，則重力加速度g也可測(cè)定。
2.選擇方案，簡(jiǎn)便精確
對(duì)于每一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，都可能存在多條思路、多種方案。教材中關(guān)于某個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的實(shí)驗(yàn)方案，也只是眾多方案中的一種，而且不一定是最好的一種，而只是較可行的一種。那么在眾多實(shí)驗(yàn)方案中，我們應(yīng)該如何選擇呢？一般來說，選擇實(shí)驗(yàn)方案主要有三條原則：
�。�1）簡(jiǎn)便性原則即要求所選方案原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，各物理量易測(cè)。應(yīng)盡量避免實(shí)施那些原理復(fù)雜、操作繁瑣和被測(cè)量不易直接測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方案。
�。�2）可行性原則即實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施要安全可靠，不會(huì)對(duì)人身和器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備，不能脫離實(shí)際，不能超出現(xiàn)有條件。
（3）精確性原則即不同的實(shí)驗(yàn)方案，其實(shí)驗(yàn)原理、所用儀器以及實(shí)驗(yàn)重復(fù)性等方面所引入的誤差是不同的。在選擇方案時(shí)，應(yīng)對(duì)各種可能的方案進(jìn)行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的實(shí)驗(yàn)方案。
3.依據(jù)方案，選定器材
實(shí)驗(yàn)方案選定之后，考慮該方案需要哪些裝置，被測(cè)量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系，這些物理量分別需用什么儀器來測(cè)定，從而確定整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要哪些器材。
例如，在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，是利用單擺裝置來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，故需鐵架臺(tái)、細(xì)線和擺球等來組裝單擺。重力加速度可表示為ｇ＝4π２L/Ｔ２，周期需用秒表測(cè)定；擺長(zhǎng)L是從懸點(diǎn)到擺球中心的距離，因此需用米尺和游標(biāo)卡尺分別測(cè)定擺線長(zhǎng)度L和擺球的直徑d。從實(shí)驗(yàn)原理表達(dá)式可以看出，實(shí)驗(yàn)與擺球質(zhì)量無關(guān)，故不需要使用天平。
當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)方便性和精確性角度考慮，還需對(duì)所選器材作進(jìn)一步要求，以期把系統(tǒng)誤差降到最小。如上述器材中，擺線的伸縮性和質(zhì)量應(yīng)較小，擺球的質(zhì)量應(yīng)較大；擺線伸縮性大，其長(zhǎng)度會(huì)隨拉力變化而變化；擺球與擺線質(zhì)量相差越小，系統(tǒng)（擺線和擺球）質(zhì)心偏離擺球中心越遠(yuǎn)，誤差就越大。為了便于觀察，擺球振動(dòng)的路徑宜長(zhǎng)，但又要確保單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，故擺線宜長(zhǎng)些，常取1m左右。
4.擬定步驟，合理有序
實(shí)驗(yàn)之前，要做到心中有數(shù)：如何組裝器材，哪些量先測(cè)，哪些量后測(cè)，應(yīng)從正確操作和提高效率的角度擬定一個(gè)合理而有序的實(shí)驗(yàn)步驟。對(duì)一些可直接測(cè)量的物理量，可先行測(cè)量；對(duì)需通過實(shí)驗(yàn)裝置才能測(cè)定的物理量，須先組裝器材，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀察和測(cè)量。
總之，要改善中學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀，培養(yǎng)思想活躍、有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的跨世紀(jì)人才，還需要中學(xué)教育工作者的切實(shí)努力。
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