物理设计性实验的开展与实施
物理设计性实验的开展与实施 【摘 要】 物理学是一门以实验为基础的自然科学， 大量的物理概念、规律、原理都是通过实验发现、总结归纳 得出的。物理实验教学作为物理教学的一种重要的方法和手 段，它要把研究的物理现象清楚地展示在学生面前，能引导 学生观察思考，使学生认识物理概念和规律“事半功倍”。本文就设计性实验的原则与方法进行了研究与探讨。
设计性实验可以是要求学生利用已掌握的知识和常用 仪器所做的自命题的实验；
可以让学生进行开拓常用仪器的 用法，对原有的实验仪器进行改良的实验；
也可以由教师给 出具体的实验目的，学生参考文献，分析最终选择最为优化 的实验。但是设计物理实验必须遵循一定的原则：
1.科学性原则 科学性原则是最根本的设计要求，指在物理实验设计过 程中必须保证实验的设计不出现科学性错误，实验方案应该 有科学依据和正确的方式。物理实验要真实、客观地反映和 揭示概念规律，因此，实验的设计应该具有科学性。如果实 验设计中没有科学的态度和方法，或者没有认真处理实验数 据，就会出现科学性错误，例如，在“用单摆测定重力加速度”实验中，若不慎形成圆锥摆运动，在摆角小于5度情况 下，测出的重力加速度的值就会偏小，教师不能为了达到教 学目的人为地设计有悖于科学性的实验。欺骗的行为一旦被 揭穿，对培养学生健康的人生态度会产生极大的负面效应， 因此，物理实验教学必须遵循科学性原则。
2.安全性原则 安全性是任何工作的前提，在物理实验设计中，教师及 学生规范性操作是实验安全性的重要保障，一是保证实验仪 器的安全，不受损，例如示波器的演示，预热，光斑不能太 亮，操作时间不能太长等保证仪器的寿命。二是人的生命安 全，特别是电学实验我们更加注意安全性原则，一定要规范 的操作，否则一旦发生事故后悔莫及。
3.探究性原则 物理实验应该体现探究的本质特征。探究性原则要求：
所设计的物理实验包含的物理规律常常隐藏在较深的层次， 需要学生去挖掘；
实验条件和结果之间往往存在较大的距离， 需要学生去跨越；
解决问题的方法和途径一般也不太明确， 需要学生通过尝试错误，提出假设并验证假设来寻找。任何一个概念、定理、定律都经历着由感性到理性的抽 象概括过程。在实验的教学设计中，要注意让学生在教师引 导下参与概念和规律的构建过程，让学生亲自做实验。体验、 揣摩、模拟，使学生知其然也知其所以然。例如，在“自由 落体运动规律”、“探究弹力与形变量的关系”等实验的教 学设计中，教师就要特别注重实验中对“科学方法”和“探 究过程”的设计，提出充分的探究机会，让学生“在做中学”。
4.简单性原则 无论是探索某个现象，还是验证某个规律，实验目的应 尽可能明确，器材方法应尽可能简单。在实验器材上使实验 简洁，通常有两种方式：采用现代化设备或是利用日常用品 做实验，尤其是变废为宝。如用损坏的卡口白炽灯泡，去掉 玻璃泡，在两根粗金属丝上加上锡箔，稍加改造，便可制成 验电器。
5.主体性原则 物理实验强调学生的主体参与性。没有学生的主体参与 就没有实验探究活动的产生。现代教育理论认为，“学生是 主体，教师是主导”。学生的主体参与程度决定教学的质量。
在实施实验教学的过程中，教师应做到引导学生建立正确的物理思维方法、帮助学生掌握正确的实验操作技能、引导学 生提出深层次的问题并加以讨论，从而激发学生学习的内部 动机，激发学生的探究兴趣和欲望。教师还应做到在实验探 究过程中给学生留有充分的时间和空间，让学生敢于提出与 众不同的设计方案，使学生积极和有效地参与到实验活动中， 提高探究能力和创新能力。
物理学从本质上说是一门实验科学，物理规律的发现和 物理理论的建立都必须以严格的物理实验为基础，并受到实 验的检验。设计物理实验除了应遵循上述原则外，在方法上 也有讲究：
1.转换法 物理实验中常常遇到一些实验效果不易观察或不明显 的情况，就要借助于力、热、声、光、机械之间的相互转换， 达到容易观察或效果明显的目的。转化的过程主要是依据等 效的思想，也就是从效果相当的角度进行实验。比如：弹簧 秤将力的大小转换为弹簧的伸长量来观察。微小的压强计是 把压强的变化转化为连通器两边液面差的变化来观察。电流 表、电压表是把电流和电压的大小转化为指针的偏角来观察。
2.对比法人们要认识事物、区别事物就必须掌握它们的特点，而 特点主要是通过对比得出的。对比的方法也广泛地应用在物 理实验中。比如：导出密度概念时，用同体积不同物质的质 量进行对比。认识电流周围存在磁场时，把通电导体周围磁 针偏转与磁铁周围磁针偏转进行对比。
3.控制变量法 控制变量法指研究几个物理量之间的关系时，控制其他 量不变，每次只研究两个物理量之间的关系所采用的方法。
比如：研究压强与压力和受力面积的关系。滑动摩擦力的大 小与压力大小和接触面的粗糙关系，电流与电压和电阻的关 系。
4.放大法 利用扩音器、幻灯机能把微小的声音或图象放大。物理 实验中，对微小量的测量也常用放大的方法。
5.分析实验结果，总结物理规律 进化论的奠基人达尔文说：“科学就是整理事实”分析实验结果时注意两点：
一是实验中测量的精度要受到测量仪器分度值的限制， 测量结果不可能是绝对准确的，误差是不可避免的。为使实 验数据尽量接近真实值，可以采用对每个物理量多测几次， 求其平均值。
二是要严肃认真地对待每个实验，真正做到尊重事实， 不随便涂改数据。有的同学在实验中盲目抄录课本内的实验 表格，对实验原始数据没有完全记录下来，到整理实验数据 时发生了问题，无法检查问题出于何处。
不仅研究物理规律时应珍惜每一个原始数据，在一切科 学研究工作中，原始材料都是最重要、最珍贵、最可靠的资 料。历史上由于观测和实验数据与原来的计算结果不符而得 出重大发现的事例是不少的，海王星和冥王星的发现就是这 样的例子。
如何发现隐藏于资料背后的自然规律，这确是一门高超 的艺术。从实验和事实，只表明了事物的表面现象，而思维 才能揭露事物的本质。把事实和思维结合起来，是一切科学 家共同具有的卓越才能，从现在起，我们就要有意识地培养 这种能力，养成善于总结，善于分析的习惯，以便将来在庞杂纷繁的自然大漠中，吹尽狂沙，寻到真金。