谈物理实验中的科学方法教育

余迎春

任何时代，人们对真理的探求与认识，总是与方法联系在一起的，真理的获得不可能在方法之外进行。

同样，在加强实验教学、培养学生实际操作能力的同时，注意向学生进行物理学科学方法的教育就显行十分重要而有意义了，而且这是可能的，因为在中学物理教材的实验中蕴藏着丰富的科学方法因素。

一、物理实验的基本组成部分

物理学史的大量实验事实说明，一个成功的实验应该由三个部分组成，即实验对象、实验源、实验效果显示器。

实验对象，也就是实验的研究对象，当它接受作用到它上面的“信号”（例如，力的、热的、电的、光的信号等）后，能产生一定的效应（它是客观存在的），从而显示某些物理现象或者提示某些物理规律。

实验源，也就是实验的“信号”发生器，由它发出的“信号”作用到实验对象上，产生一定的实验效果（例如，机械的、力的、热的、电的、光的现象等）。

实验效果显示器，它是显示实验对象接受“信号”后产生的效应或实验效果的装置。在物理教学中，物理实验的效果显示是非常重要的，因为必须让学生明显、清楚地观察到实验的效果。

我们知道了实验的基本组织部分，可以帮助去设计实验，或者自制一些简单的教学仪器，有利于实验能力的训练和形成。

二、物理实验效果显示器的设计方法

物理实验的三个基本组成部分中，实验效果显示器的设计是最为重要的，而且难度也比较大，因此，学习设计实验效果显示器也是最有利于提高能力的一项工作。

设计实验效果的显示方法一般有直接显示和间接显示两种方法。

1．直接显示方法。直接显示就是保留实验效果的本来面目，不做任何处理，人们直接观察实验出现的现象。

例如，显示光线斜射在平面镜后发生反射的现象；光线经过凸透镜发生折射的现象；物体在液体中出现浮、沉的现象；直接利用放大镜观察课本上的字，说明它的放大作用，等等。

2．间接显示方法。间接显示方法就是对实验现象进行一些处理以后再观察，主要有：

转换方法：

①问题的提出：因为物理实验中常常遇到实验效果不易观察或者实验效果不明显的情况，所以，常常借助于力、热、电、光、机械等方法的相互转换，实现可以观察或者使观察效果明显的目的。

②转换方法的依据：是等效的思想，也就是说转换后的效果与原来实验的效果是相当的

放大方法：

①直接放大：例如，利用投影仪的放大作用，显示磁体周围磁感应线的分布情况，温度计温度的变化情况等等。

②间接的放大：例如，研究焦耳定律时，由于煤油受热后的膨胀是不容易观察出来的，这时我们可以在烧瓶中装入一根细玻璃管，煤油受热后微小的体积膨胀，变成细玻璃管中煤油的明显上升，从而实现“小中见大”，起到了放大的作用。放大的方法实际上起到了“增强”演示效果，使实验效果“明显”的作用。

对比方法：

①依据：因为我们认识事物，除了认识它们的共同点外，更重要的是要认识它们的特点，而特点的认识主要是通过异中求同或同中求异的对比来进行。

物理实验中显示实验效果的方法思想是有丰富的，大家可以去仔细地分析、挖掘，收获一定是很大的。

三、物理实验中的思维方法

物理实验中，从设计、操作到分析实验结果，总结归纳实验公式，都离不开科学的思维。

1．分析的方法。例如：

①运用悬挂法测重心，为什么两次悬挂所得竖直线的交点就是重心？

②惯性球实验，为什么物体留在原点，就说明物体有惯性？

③测定滑动摩擦力的实验中，为什么弹簧秤的示数就是木块与桌面之间的摩擦力数值？

④分子引力的实验中，为什么两铅柱紧密接触不易拉开，就联想到是由于分子引力的结果，而马德堡半球实验就是大气压强的结果？⑤欧姆定律实验中，如何从实验中归纳实验公式？解决这些问题，都要借助于分析。

2．理想实验法。理想实验方法是人们在真实的实验基础上，以科学实验为依据，运用逻辑推理对实际的物理过程进行深入地分析，忽略次要的矛盾，抓住主要矛盾，进而在思想中塑造的理想过程和分析方法。

例如，物理学中研究牛顿第一定律的斜面实验，就是理想实验。当然，从实际的真实的实验到理想的实验，以及根据理想实验总结规律都还必需进行分析。

3．物理模型法。它是在实验的基础上对物理事实的一种近似形象的描写，物理模型的建立，往往导致理论上的飞跃。例如，根据实验建立液体压强公式时，运动了理想液柱的模型；分析连通器原理时，运用了理想液片的模型；研究光学现象时，运用了光线的模型；研究磁场时，运用了磁感线的模型等等。

4．反向探求法。当沿着某一方向思考不得求解时，不妨变换一下方向，倒过来思考，可能会导致新的发现。法拉第就是在这种思想指导下，研究电磁感应现象的。

物理学的不同分支，运用的方法也有所侧重：例如，力学运用平衡方法较多，光学运用色光对比、“光线”模型以及几何作图方法较多。有时还会应用一些特殊的方法，例如，热学实验中常运用混合方法（测比热、测温度），电学实验中常应用短路法、断路法等。

四、物理实验中的数学方法

数学是一种科学的语言，它具有严密、逻辑、辩证、抽象的特点，用它可以对客观规律作最精炼的总结，在物理实验中同样可以用来进行描述、推理和计算。物理实验中常用以下几种数学方法。

1．几何图形法（或图示法）。例如：①运用作图说明光的反射定律、平面镜成像、潜望镜、光的折射定律、水中筷子的弯折、凸透镜与凹透镜对光线的会聚及发散作用；②运用描点法,画物质熔解过程中温度随时间变化的曲线；③运动的速度图线；④研究运动(或者力)的合成与分解；⑤振动的图线；⑥利用图线研究气体的等温、等体、等压变化；⑦利用电力线描述电场等。

2．迭加平均法（算术平均法）。例如：①测纸厚，测金属丝的直径；②测短棉线的质量；③伏安法侧电阻；④测凸透镜的焦距。

3．比例法（或简单函数关系法）。例如：①弹簧伸长与外力的关系；②温度计的刻度；③总结欧姆定律的数学表达式，等等。

4．表格法。例如：①研究摩擦力与哪些因素有关；②滑轮组的机械效率；③电流与电压的关系的实验，以及定量的学生实验研究中几乎都应用了表格法。

五、学会观察演示实验方法

一般地讲，演示实验都是重要的、典型的、有趣味的实验，对于建立概念、总结规律、联系实际，突破难点的都有重要的作用。这其中也含有许多科学方法的因素，因此，学会观察演示实验是十分有意义的。

（江西省广昌一中）