實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用
摘要：實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中占有舉足輕重的地位，教師通過實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、分析綜合問題，接受新知識(shí)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律;同時(shí)形象地演示實(shí)驗(yàn)過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)探究的能力有很好的促進(jìn)作用。
關(guān)鍵詞：物理教練 控制變量 推理論述 構(gòu)建模型
一、通過實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)構(gòu)建物理模型
在物理教學(xué)中，某些概念的建立需要理想化的模型才能實(shí)現(xiàn)，例如，電場(chǎng)強(qiáng)度E的建立過程、庫侖定律的驗(yàn)證需要點(diǎn)電荷模型，油膜法測(cè)單分子直徑需要建立球體模型，在動(dòng)力學(xué)中要引入質(zhì)點(diǎn)，還有單擺、理想氣體、純電阻、點(diǎn)光源等這些都是對(duì)研究對(duì)象本身的理想化;光滑表面、絕熱容器、理想變壓器、不計(jì)空氣阻力等是把物體所處的環(huán)境條件理想化;勻速直線運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、光的直線傳播、彈性碰撞、等溫變化等是把過程理想化。
在用單擺測(cè)定重力加速度中：原先的各種測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)(落體法、滴水法、閃頻法等)或不夠精確或過于復(fù)雜，唯獨(dú)這個(gè)實(shí)驗(yàn)是用最簡(jiǎn)單的儀器和方法，得到了較精確的結(jié)果。但在實(shí)驗(yàn)中，必須選擇適當(dāng)?shù)膬x器測(cè)定線長(zhǎng)和小球直徑，還要正確釋放單擺，使單擺在豎直平面內(nèi)做小幅振動(dòng)，這樣才能看做單擺模型，應(yīng)用單擺公式進(jìn)行計(jì)算。
在研究落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，鐵片與小紙片從同一高度同時(shí)下落，可看到鐵片下落得快;將小紙片揉成紙團(tuán)再與鐵片從同一高度同時(shí)下落，可看到二者幾乎同時(shí)落地;大紙片與小紙片揉成的紙團(tuán)從同一高度同時(shí)下落，可看到輕的小紙團(tuán)下落得快。通過強(qiáng)烈對(duì)比，激發(fā)了學(xué)生探究的動(dòng)機(jī)，促使學(xué)生積極思考，從而主動(dòng)跳出“物體下落快慢與重力相關(guān)”的錯(cuò)誤印象，分析現(xiàn)象背后的本質(zhì)――空氣阻力的影響。再通過對(duì)空氣阻力的分析，讓學(xué)生意識(shí)到正是空氣阻力的影響使得落體運(yùn)動(dòng)變得異常復(fù)雜，一時(shí)難以看清問題的本質(zhì)，從而啟發(fā)學(xué)生從簡(jiǎn)單入手，抓住主要因素――重力，忽略、排除次要因素――空氣阻力，把外界條件理想化，進(jìn)而引出實(shí)驗(yàn)。
建立理想模型也可以用“理想實(shí)驗(yàn)”的方法。如電場(chǎng)強(qiáng)度的引入是用理想化的“檢驗(yàn)電荷”考查電場(chǎng)中某點(diǎn)的性質(zhì)，不同的檢驗(yàn)電荷q及q′在同一點(diǎn)所受到的電場(chǎng)力分別為F及F′，并比較比值F/q與F′/q′，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)比值相等，即等于一個(gè)恒量E，這同時(shí)說明這個(gè)恒量E跟檢驗(yàn)電荷的電量q和它受的`電場(chǎng)力F的大小無關(guān)，從而引入了電場(chǎng)強(qiáng)度。伽利略就是在從斜槽滾下的小球滾上另一斜槽，后者坡度越小，小球滾得越遠(yuǎn)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出他的理想實(shí)驗(yàn)的，運(yùn)用這種理想化的方法，推翻了亞里士多德的理論，為牛頓第一定律的建立奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
二、在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)研究物理問題的常用方法
中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有相當(dāng)一部分是定量實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要分析和處理各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最常用的方法是控制變量法、等效法、比較法、圖表法。這些方法是研究物理問題的常用方法。
控制變量的研究方法在物理規(guī)律的探索中經(jīng)常使用。當(dāng)多個(gè)因素同時(shí)作用、共同影響某一物理量時(shí)，就要分別獨(dú)立地研究其中某一因素的影響，這時(shí)就要暫時(shí)保持其他因素不變，以排除其他因素的干擾，更好地研究這一因素與所要研究量之間的關(guān)系，最后通過綜合分析得出規(guī)律。如歐姆定律的得出就利用了控制變量法。
類比是指新事實(shí)同已知事物間類似方面的比較。作為一種科學(xué)方法，它能啟發(fā)和開拓我們的思維，能給我們提供解決問題的線索，是提出科學(xué)假設(shè)和探索新理論的重要途徑，它對(duì)物理學(xué)的發(fā)展有不可磨滅的功勞，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理也發(fā)揮著巨大作用。比如在研究單擺的周期時(shí)，通過比較得出單擺的周期與擺球的質(zhì)量無關(guān)，只與擺長(zhǎng)和重力加速度有關(guān)。
還有轉(zhuǎn)化法，如學(xué)習(xí)電流時(shí)，對(duì)通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的一些現(xiàn)象(如小燈泡發(fā)光)確定是否有電流通過;研究大氣壓的值時(shí)，用水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)研究大氣壓;由小磁針N、S極指向偏轉(zhuǎn)，我們知道磁場(chǎng)的存在;我們通過擴(kuò)散現(xiàn)象知道分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)等，這些都運(yùn)用了轉(zhuǎn)化法。
圖像是描述物理過程、揭示物理規(guī)律、解決物理問題的重要方法之一，它具有形象、直觀、動(dòng)態(tài)變化過程清晰等優(yōu)點(diǎn)，能使物理問題變得簡(jiǎn)單明了，優(yōu)化求解過程，有效、簡(jiǎn)捷地解決問題。在測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，就應(yīng)該采用圖像法處理數(shù)據(jù)。這樣，既可減少誤差，又可使數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單省時(shí)。
三、在實(shí)驗(yàn)中提高學(xué)生的推理及論述能力
分析與表述能力主要是指綜合運(yùn)用物理知識(shí)與基本操作，對(duì)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、推理、判斷，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過程進(jìn)行解釋說明的能力。任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)，都是在一定的理論或原理指導(dǎo)下設(shè)計(jì)的。這些理論或原理的本身就體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的物理思想。課文中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)無不閃爍著科學(xué)家認(rèn)識(shí)物理世界的基本方式和實(shí)驗(yàn)裝置的精巧構(gòu)思，如庫侖定律的驗(yàn)證、油膜法測(cè)單分子直徑、半偏法測(cè)表頭內(nèi)阻、泊松亮斑等。教師應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生用清晰的語言描述實(shí)驗(yàn)背景和原理，從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出物理規(guī)律的能力。
在楞次定律的演示實(shí)驗(yàn)中，主要是通過演示，弄清原來的磁場(chǎng)、感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和穿過線圈的磁通量的變化之間的關(guān)系，最后歸納出楞次定律的內(nèi)容。對(duì)感應(yīng)電流方向的判斷，只能借助電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)完成，所以要設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)驗(yàn)判斷電流的流向和電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)之間的關(guān)系。這個(gè)問題對(duì)學(xué)生來說，應(yīng)該不是一個(gè)難題，學(xué)生可以利用初中所學(xué)的電學(xué)知識(shí)解決，教師可以通過提問的方式，把這個(gè)問題交給學(xué)生完成。這樣做，不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與，而且可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原理推理論證，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)的能力。
要?dú)w納科學(xué)規(guī)律，就要尋找數(shù)據(jù)之間相互關(guān)系的特征，就要進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析論證。這種特征通常表現(xiàn)為相等、之和、之差、乘積、比值等數(shù)學(xué)關(guān)系。因此在歸納時(shí)，就要通過對(duì)數(shù)據(jù)的比較，發(fā)現(xiàn)這些特征并歸納出結(jié)論。需要把有關(guān)數(shù)據(jù)的乘積或者比值拿來進(jìn)行比較，才能發(fā)現(xiàn)和歸納出它們的規(guī)律。啟發(fā)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)之間規(guī)律的過程，也是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生的推理論證能力的過程。
總之，物理的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力是物理教育教學(xué)追求的目標(biāo)，而物理實(shí)驗(yàn)是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)最有效的手段，要充分認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要地位，積極開展學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，通過手腦并用，充分挖掘、開發(fā)學(xué)生潛能，更好地培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析判斷能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ脸鰧W(xué)生創(chuàng)新智慧的火花。
參考文獻(xiàn)：
[1]張憲之.中國(guó)現(xiàn)代物理教學(xué)，2013.6.
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