浅谈高中物理实验的教学方法

徐猛

达尔文说“最有价值的知识是关于方法的知识”。可见，掌握基本的科学方法是尤其重要的。可以说，中学物理中每一个模型的建立，每一个概念的抽象，每一个规律的提出，每一个公式的得到，每一个实验的设计，每一个表格的出现，无不闪烁着科学方法的灵光。科学的研究方法是获取知识的门径，知识的增长是能力发展的基础。而能力的具备才是一个高素质的公民，才能适应科技化的现代生活。实验，是自然科学研究的重要方法，也是自然学科教学的重要手段。实验能力是高考物理学科要考核的重要能力之一，其测试重点是考查学生对所学知识的理解、掌握和运用，由此便知实验题对实验能力考核要求更高，设计性实验也在所难免。因此，搞好高中物理实验的复习，摸清实验中的研究方法至关重要。

一、培养兴趣，让学生树立掌握科学的方法和信心

学生对正在学习的东西感兴趣并觉得富有挑战性，能有效唤起学生的注意力，激发学生的求知欲、解疑心，而且能引发学生积极思考。对此。在物理课堂教学中我们要创设引发学生好奇的物理问题情境、时空情境等等。在引入新知识时，教师巧设悬念。在某一物理知识的教学结束时，提出一个或几个以后学习的有关悬念，埋下伏笔，让学生带着如何解决这些问题的强烈愿望结束对某一知识的学习，从而活跃学生的思维，激发他们进一步学习的兴趣。在教师的启发引导下，学生相对独立解决问题，同样能大大地激发学生学习的兴趣和积极性。在实践过程中。“问题”应小而具体。要紧密结合物理概念、规律、方法。要有代表性、启发性，能击中要害。引人入胜，激发兴趣，调动学生开展积极的思维活动。高中物理课程中蕴含有丰富的科学方法内容，如观察与实验、比较与分类、归纳与演绎、抽象与概括、分析与综合、模型与模拟、猜想与假说、灵感与直觉等等，它们组成一个大系统。物理学理论的建立遵循着这样的途径：观察实验一提出假设一设计实验一验证假设一理论总结一实践验证理论。如果要使学生体验、认识和掌握科学的研究方法和科学的思维方法，逐步养成实事求是的科学态度，提高各种基础能力，以科学的态度和时代的责任感积极主动地参与到课堂教学活动中来。在教学过程中，就应充分挖掘教材中科学方法因素，使同一科学方法多次出现、多次运用，做到自觉地、坚持不懈地让学生进行科学方法的学习。教学中要分析每章每节的科学方法因素，在确定知识、能力教学目标的同时确定科学方法教学目标。促使学生形成科学的思维方法，感受不断创新的科学精神。另外应创设诸如实验、讲座、交流、作业、竞赛等活动。让学生养成良好的学习品质。形成认真、严谨的科学态度。促进学生认知、情感、科学方法、态度与技能等方面的和谐发展。

二、正确指导，让学生掌握科学的物理实验方法

1．理想化法。影响物理现象的因素往往复杂多变，实验中常可采用忽略某些次要因素或假设一些理想条件的办法，以突出现象的本质因素，便于深入研究，从而取得实际情况下合理的近似结果。例如在《用单摆测定重力加速度》的实验中，假设悬线不可伸长，悬点的摩擦和小球在摆动过程的空气阻力不计；在电学实验中把电压表变成内阻是无穷大的理想电压表，电流表变成内阻等于0的理想电流表等等实际都采用了理想化法。

2．平衡法。“物理学中常常利用一个量的作用与另一个（或几个）量的作用相同、相当或相反来设计实验，制作仪器，进行测量。例如测量中的基本工具弹簧秤的设计是利用了力的平衡，天平的设计是根据力矩的平衡，温度计是利用了热的平衡等。

3．放大法。“在现象、变化、待测物理量十分微小的情况下，往往采用放大法。根据实验的性质和放大对象的不同，放大所使用的物理方法也各异。例如：在《测定金属电阻率》实验中所使用的螺旋测微器：主尺上前进（或后退）0.5毫米，对应副尺上有5n个等分，实际上是对长度的机械放大；许多电表如电流表、电压表是利用一根较长的指针把通电后线圈的偏转角显示出来。又比如在《卡文迪许扭实验》，其测定万有引力恒量的思路最后转移到光点的移动（跟“库仑静电力扭枰实验一样），都是将微小形变放大方法的具体应用。

4．累积法。将微小量累积后测量求平均的方法，能减小相对误差。实验中也经常涉及这一方法。例如，在《用单摆测定重力加速度》实验中，需要测定单摆周期，用秒表测一次全振动的时间误差很大，于是采用测量30-50次全振动的时间T，从而求出单摆的周期T=t/n(n为全振动次数)。又如在《测定金属电阻率》的实验中，若没有螺旋测微器时，也可把金属在铅笔上密绕若干圈，由线圈总长度来测出金属丝的直径。”

5．转换法。某些物理量不容易直接测量，或某些现象直接显示有困难，可以采取把所要观测的变量转换成其它变量（力、热、声、光、电等物理量）的相互转换进行间接观察和测量，这就是转换法，还是以卡文迪许《利用扭秤装置测定万有引力恒量实验》为例：其基本的思维方法便是等效转换。卡文迪许扭秤发生扭转后，引力对T 形架的扭转力矩与石英丝由于弹性形变产主的扭转力矩这就是等效转换，间接地达到了无法达到的目的。本实验中转换法还应用于石英丝扭转角度的测量上，这个角度不是直接测出的，而是利用平面镜反射光在刻度尺上移动的距离间接测出的。转换法是一种较高层次的思维方法。是对事物本质深刻认识的基础上才产生的一种飞跃。如变曲为直实际上就是该方法的应用。

6．控制变量法。在高中物理中的许多实验，往往存在着多种变化的因素，为了研究它们之间的关系可以先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响。最典型的例子是《验证牛顿第二运动定律》的实验，我们研究的方法是：先保持物体的质量一定，研究加速度与力的关系：再保持力不变研究加速度与质量的关系，最后综合得出物体的加速度与它受到的合外力及物体质量之间的关系。当然本实验还涉及到各种系统误差的产生，限于篇幅不再赘述。

7．留迹法。有些物理现象瞬间即逝，如运动物体所处的位置，轨迹或图像等，设法记录下来，以便从容地测量、比较和研究。例如：在《测定匀变速直线运动的加速度》《验证牛顿第二运动定律》《验证机械能守恒定律》等实验中，就是通过纸带上打出的点记录下小车（或重物）在不同时刻的位置，（位移）及所对应的时刻，从而可从容计算小车在各个位置或时刻的速度并求出加速度；对于简谐运动，则是通过摆动的漏斗漏出的细沙落在匀速拉动的硬纸板上而记录下各个时刻摆的位置，从而很方便地研究简谐运动的图像；又如利用闪光照相记录自由落体运动的轨迹等实际都采用了留迹法。