中学物理实验能力的培养

陈锦华

（福建省福安市第三中学 福建 福安 355000）

中学物理实验能力的培养

陈锦华

（福建省福安市第三中学 福建 福安 355000）

本文主要从实验设计能力、实验操作能力、实验的观测能力、实验数据处理能力、实验误差分析的能力五个方面论述了在中学物理教学中，加强实验教学，培养学生的实验能力。

中学物理实验 能力 培养

物理学是研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学。物理定律通常以简洁的数学形式表达，通过反复的实验和观察测量检验。物理学是一门以实验为基础的自然科学，实验是研究物理规律的重要方法。

中学阶段，通过实验可以使学生对物理规律获得感性形象的认识，帮助学生更好掌握物理概念，加深对物理规律的理解，促进学生动手能力的发展，提高学生分析问题和解决问题的能力。在中学物理教学中怎样培养学生实验能力显得尤为重要。学生的实验能力主要包括实验设计能力、实验操作能力、实验的观测能力、实验数据处理能力、实验误差分析的能力等几方面。

一、物理实验设计能力

物理实验设计能力是指在理解与掌握实验目的、实验原理、实验方法等基础上具体设计实施的思维能力。中学阶段常用的设计思想包括控制变量法、转换法、放大法、比较法、平衡法等。

例如， 高中物理力学实验：探究牛顿第二定律、探究动能定理，这两个实验需要测研究对象小车受到的合力，用到平衡法、转化法。设计思路通过平衡摩擦使轻绳对小车的拉力作为小车的合力；满足重物的质量m远小于小车的质量M时，重物的重力作为绳子的拉力。若采用气垫导轨，因滑块与气体间的摩擦很小可忽略则无需平衡摩擦；若在重物或小车上安装力的传感器，或对小车与重物的系统为研究对象则无需重物的质量m远小于小车的质量M。

高中物理电学实验：测金属丝的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测电源的电动势与内阻、多用电表的使用，这四个实验的共性是用伏安法测电阻。设计电路图减小测量误差是高中物理电学实验的关键点。电路包括测量电路、控制电路。测量电路包括电流表外接法与内接法。电流表内、外接选择的依据：电流表、电压法的内阻只给一大概的值，测量大电阻采用内接法，测量小电阻采用外接法；电流表内阻为一确定值，测量大电阻、小电阻都用内接法，电压表内阻为一确定值，测量大电阻、小电阻都用外接法；设计两电路图相给合通过解方法消去电表内阻引起的系统误差。控制电路是滑动变阻器的使用：滑动变阻器的总阻值小于待测电阻的阻值、要求电压从零开始变化、要求尽可能有更大的测量范围或采用限流接法时电路中的最小电流、电压比用电器或电表允许的最大值时采用分压式接法；滑动变阻器的总电阻大于待测电阻的阻值或电路没特别要求采用限流式接法。仪器的选择：电压表量程的选择取决于电源或用电器；电流表量程的选择要估算电路中的最大电流；滑动变阻器的选择取决于分压式或是限流式。

对此，培养学生实验设计能力的策略：

1、要求学生明确设计实验的目的、掌握正确的实验设计原理。例，测电源的电动势和内阻，实验原理为闭合电路的欧姆定律，有三种表达式，对应实验电路图有三种形式；

2、要求学生掌握实验的基本方法。实验的基本方法有三种：一种是实验归纳法，这是通过实验事实归纳出物理概念和规律的认识方法，牛顿第三定律在大量相互作用力的基础上总结出的；二是理想实验的方法，这是根据科学抽象的理想化作用，有意识地突出研究的主要因素，忽略次要因素和无关因素的干扰，在头脑中构思成理想化实验，用以代替难以实现的实验来进行研究。中学物理实验有伽利略的惯性原理、两个不同质量物体同时落地问题、牛顿大炮的研究采用理想实验的方法；三是实验验证方法，这是根据已有的经验和知识经过推理，提出假设和预见，然后再通过实验来证实的方法，这是一种结论在前，实验在后的科学方法，如玻尔的原子理论的提。

3、教给学生实验设计的基本思想方法，要设计一个物理实验，就要首先对这个实验进行构思，实验的设计与构思大致有以下几种，一是转换法，就是借助力、热、电、光等方法之间的相互转换，依据等效的思想，把一些不易测量的量转换为可观察、可测量的量，如伏安法测电阻转化成测电压、电流。三放大法就是借助于声光或叠加等方法把物理现象或要测的物理量放大后再去观测，如研究微小形变。四是极限法，对于被研究的未知量，构思一个与它有关的变量，通过无限过程的结果就是所求的未知量，瞬时速度为平均速度的极限。五是再现法，就是利用实验、模拟自然现象，如用棱镜分解太阳光。六是比较法，就是利用异中求同或同中求异，对物理现象或物理量进行比较，如光谱分析。

4、熟悉实验仪器原理，电流表相当于可知通过其电流的小电阻，若电流表内阻已知其相当于小量程电压表；电压表相当于可知其两端电压的大电阻，若电压表内阻相当于小量程的电流表。二是平衡法，其实质就是利用偏离平衡的因素的抵消效应，用已知的物理量去检测另外未知的物理量。

二、实验操作能力

实验操作能力是指对实验仪器、工具、实验过程等的动手操作能力，它是实验得以顺利进行的一种动手能力。实验操作能力主要是在实验操作过程中逐步培养起来的。例，验证平行四边形定则实验，弹簧测力计零点的较准要让测力计在水平桌面上进行，探究弹簧弹力与伸长量的关系要让弹簧测力计处于竖直状态；探究动能定理对天平的使用规则测质量时先加质量大的砝码后加质量小的砝码最后调节游码，整理时的顺序与测量时的逆过程；电学实验时导线的连接，导线的弯曲方向为顺时针方向等。

培养策略：

1、规范实验演示，是提高学生操作能力的前提。教师的演示是学生独立操作时模仿的依据，对学生具有示范作用。教师不仅要讲清实验原理，更应在课堂上加强对实验的演示。为此，教师应从实验方法的设计、器材的选择、操作的流程、观察的方法、结论的归纳等方面充分准备，力求操作规范、熟练。

2、强化实验技能的基本训练，是提高学生实验操作能力的基础。在课堂教学中，凡是涉及基本操作的训练，必须采取讲清原理，示范操作，学生练习的做法，反复练习，最终达到独立操作。

3、上好实验课，是培养学生实验能力的中心环节。实验课包括演示实验和分组实验，提倡在有条件的情况下，尽可能将演示实验改为分组实验。实验时，教师先介绍实验目的、方法及注意事项，然后教师在台上规范按程序做，学生在台下按步跟，在教师的指导下，学生养成良好的实验方法和实验习惯。提升实验操作能力。

4、开展课外活动，是提高学生实验操作能力的良好途径。课外活动不仅能巩固和深化课内知识，而且有利于培养技能。例如，通过开放实验室，让学生解决学习过程中遇到的问题、举行实验操作竞赛、组织课外兴趣小组、举办物理科技节、实验器材改进等活动，激发学生的动手兴趣，培养学生的动手能力。

5、进行实验操作考核，是提高学生实验操作能力的重要措施。让学生实际操作，可以促进学生上实验课时的积极性，从而培养学生的操作能力。

三、实验的观测能力

实验观测能力是指对实验的现象、结果进行定性观察和定量测量的能力，它是正确获得实验结果的一种能力。物理实验过程中必须通过观察获得相关信息。在实验教学中培养学生的观察能力是实验教学的重要任务之一。例如，在稀薄气体的放电现家实验中，由于为防止感应圈及放电管过热面损坏，稀薄气体放电时间不宜过长，在有限的时间内，要求观察具有全面性又具有选择性，既要求可靠性又有效率。

培养策略：

1、通过实验教学，激发学生学习兴趣，培养学生的观察能力。物理来自于生活，生活中很多现象都与物理有关，尽可能用学过的知识解释。例，自来水龙头流出的水流，下落后水流的横截面会变小。高一的学生就可用流量的知识解决。

2、基本仪器的原理、使用程序要了然了心。长度测量的工具，刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器，相当多的学生不知游标卡尺的主尺零刻线与游标尺零刻线的间距为被测的长度。

3、讲清基本仪器的估读位。分度值为“1”的估读时把最小刻度线的距离分成10等分，估读到下一位，分度值为“5”的估读时把最小刻度线的距离分成5等分，估读到本位，分度值为“2”的估读时把最小刻度线的距离分成2等分，估读到本位。

四、实验数据处理能力

实验数据处理能力是指对通过实验测得的众多数据进行分析处理，以获得某些量的变化规律或量与量之间的函数关系。高中阶段数学手段有限，处理数据的能力常用建立直线坐标系。坐标的横轴为自变量，纵轴为因变量。一般是以被测量为变量，但有时为了使获得的图线是一条直线，而将被测量作某种变换后的数值作为变量。这种变换不仅是由于直线容易描绘，更重要的是直线的斜率、截距和图线与横轴所围成的面积所包涵的物理内容是我们所需要的。例如，例，测电源的电动势和内阻，实验原理为闭合电路的欧姆定律，有三种表达式，数据处理三种形式,建立图象，U轴截距表示E，斜率、建立图象，轴截距表示，斜率、建立图象，轴截距表示，斜率

培养策略：

1、扎实的数学基础。例，高中物理对一次函数的表达式、斜率、距截等相关基础知识做专题训练。

2、利用计算机和多媒体辅助教学手段，例，利用Excel来处理数据。

五、实验误差分析的能力

测量结果要进行误差分析，误差包括统误差和偶然误差。测量仪器引起系统误差，螺旋测微器和游标卡尺的零点误差，多用电表电阻档刻线的非线性。实验方案设计引起的系统误差，例伏安法测电阻由于电表内阻未知，电流表外接法时，测量值小于真实值，电流表内接法时，测量值大于真实值。实验数据处理引起的误差，例匀变速直线运动测纸带的加速度采用逐差法或者图象法，图象法常能剔除误差较大的数据，但图象法也存在误差如不能很好的画出最佳直线，也不能得到精确的斜率值。误差来源找到后就要对实验数据作出修正。采用较为精密的测量工具，改用更好的测量方法。

实验误差分析的能力更为重要是的对实验方案设计时的误差分析。解决的思路是理想化后的图象与考虑实际图象做比较。

培养策略：培养物理建模能力及数据处理能力。

物理学是一门实验的学科，提高物理实验的能力可以让学生更好地掌握物理知识、掌握物理原理，提高物理学习水平，落实新课程标准要求的素质教育，提高学生的综合能力。实验能力培养的重点是实验教学方法和教学手段的的应用使学生对物理产生兴趣，掌握相关的实验设计能力、实验操作能力、实验的观测能力、实验数据处理能力、实验误差分析的能力，更应突出探究思想，把培养学生实验创新意识、创新能力作为一项重要的教学任务。

[1]李春密.物理实验操作能力的结构模型初探[J].学科教育.

[2]冯克诚等主编.中学物理实验改进设计与规范操作实用全书（上）[M].中国对外翻译出版公司,1999.

[3]杨述武主编.普通物理实验[M].高等教育出版社.

G633.7

A

2095-3089（2017）27-0148-02

陈锦华，男，1971年1月出生，福建省福安市人，本科学历，中学高级教师，研究方向：中学教育教研。