刍议高中物理电学实验设计

2017-01-28李旭航

科学中国人 2017年24期

关键词：电学实验设计器材

李旭航

哈尔滨市省实验中学

刍议高中物理电学实验设计

李旭航

哈尔滨市省实验中学

物理学，一门源远流长的自然学科，不仅推动着人类文明化进程，而且对人类创新性思维的发展起引导作用。从宏观上分析，物理是一门描述物质运动基本规律的自然学科；从微观上讲，物理是一门以完备的实验操作水平为基础，精细入微的观察力为依托的数理性、实验性学科，其科学理论的形成及发展均离不开实验。而高中物理电学不仅是物理电学的重要组成，同时也是高考的必考内容。电学实验作为高中物理电学不可或缺的一部分，是培养学生物理学习积极性、观察力及空间思维的切入点。笔者从电学实验设计思想、原则及如何提升实验教学水平三个维度论述，力求为提升高中物理电学实验设计能力、增强学生求知欲提出浅薄见解。

设计思想；设计原则；教学提升

众所周知，百年大计，教育为先。教育是一个国家兴旺发达的基石。课程标准的不断更新，教育理念的深刻变革，推动教育不断从应试教育向素质教育转变。传统高中物理电学实验教学，对实验的重要性认识不足，多流于形式，缺乏实验的探究、互动的教学活动。在新课标指引下，物理实验教学从“怎么做”向“为什么这么做”过渡，引导学生理解实验设计理念及方法，重在培养学生的分析能力、概括总结能力及语言表达能力。本文从电学实验设计思想、原则及如何提升实验教学水平三个维度论述，力求为提升高中物理电学实验设计能力、增强学生求知欲提出浅薄见解。

一、实验设计思想是实验设计的核心

设计是实验设计的核心，是开展实验的理论支撑。实验原理和实验方案是实验设计优先考虑的两个点。二者既相互独立又紧密联系。依据实验室现有仪器及对实验的要求，参考各类实验思想，挑选适宜的实验方法和测量方法，方可遵循实验原理设计出细致精巧、满足标准的实验，为获取准确的、有价值的实验成果提供理论保障。[1]

在众多实验思想中，最常用也最基本的思想便是比较思想。物理实验中，经常要对物理量进行测定，此时就需要先选定标准物理量，并将比较系统及比较环境调整至最佳，最后同待测物理量进行比对。

在实际的实验设计中，经常会面对一些直接精确测量的物理量，此时我们可以融合各类实验思想，比如运用其他物理量进行等效替换，或用几个基础量进行计算求得等方法探究解决问题的思路。

二、电学实验设计的基本原则

就高中物理电学实验设计的基本原则，众说纷纭，但万变不离其宗，总结为如下四方面：

1.安全性原则是保障。电学实验过程中，时刻防范由于试验器选择不当、电路选择不正确而导致实验人员遭受电击、仪器损害的严重后果。对于电学实验而言，人身安全和实验器材安全，才是电学实验能够成功的基本保障。

2.精确性原则是目的。毋庸置疑，精确、有价值的实验成果，是电学实验追求的最终目的。极小的实验误差、超高实验精度的实现，离不开优质的实验器材和科学规范的实验思想的支撑。

3.方便性原则是理想。以安全性、适用性为基础，在确保实验顺利完成的条件下，要采用简洁易行的实验操作方法。例如互动变阻器阻值大小的选择；控制电路（限流和分压接法）的选择；[2]在缺少适用器材时，可在习得实验器材原理之后，进行自制简易测量工具和电路，如电流表与电阻组合来测量大量程或替代电压表，调节电路测电源电阻等，在补充器材同时实现更精确测量；如无法高精度实验，应选择在误差允许范围内估读，并进行误差分析，或寻求更优、更精确方案。

4.经济性原则。在制定实验方案时，要有节约材料和能源的意识，尽可能地节约能量和实验设备，使电学实验实现低成本高价值。

三、探究提升高中物理电学实验设计的方法

素质教育、能力教育培养成为当下教育理念的核心思想。高中物理课改标准明确指出：变革教学方式，融入艺术教学，以兴趣为出发点，借助现代教育手段，从而革新高中物理教学方式。如何在教学过程中引导学生理清实验设计思想，明确实验设计原则，充分掌握电路的特征并且明确实验器材选择呢？如何培养高中生电学实验设计的能力呢？大致可从如下几方面着手。

1.兴趣，引领学生步入实验设计殿堂。是激发求知欲的源泉，可使不喜欢变为喜欢，低效转变为高效。因此，激发学习兴趣是开启高效学习的金钥匙。电学实验教学，同样要求教师创设精彩纷呈的情境，不落窠臼的导入新课。从而激发学生的求知欲望。

2.确定实验目的。虽然器材选择、测量电路的选择及控制电路的选择，是实验设计中的重中之重。而端正的实验态度，明确的实验目的，是影响电学实验设计成败的关键因素。明确的实验目的，可以在学生头脑中形成“怎么做—为什么做—学习目的”的实验思路。唯有如此，学生在实验过程中方可做到心中有数，不仅熟练的完成实验操作，还可以深入细致的观察实验现象，从而得出有价值的实验结论。

3.培养整理数据和分析数据的能力。实验过程中，教师要及时引导学生读取和记录实验数据，并以直观简洁的方法呈现数据背后的规律，如表格、表达式、图像等方式，依据已有知识，及时对实验数据进行分析，并利用发散性思维，对实验现象进行解释说明。

4.以实际操作为出发点，培养学生创造力。电学实验讲授后，教师可以点拨学生对课本中的演示实验进行实际操作，不仅可以熟悉各种实验设备，而且可以用实验验证物理理论，提升对物理电学的认知力。针对能力强的学生，教师引导学生设计类型实验，书写实验设计方案，并对其不当之处加以纠正，以避免同类问题再次发生，对学生思想方法加以总结，鼓励学生创新之处，从而提升学生在物理电学方面的创新意识与兴趣。