对高中物理实验设计相关问题的分析

田磊

摘 要：物理学作为一门实验科学，其实验主要来自于生产、生活和科学，所以学习和研究物理的最基本方法就是观察和实验。物理实验是感性材料的获得、物理规律的探索、物理世界的认识的一个基本手段，也是物理理论的检验标准之一。文章主要从高中物理实验设计的重要性及实验设计原则入手，并提出了高中物理实验设计的主要类型及具体的操作方法。

关键词：高中物理；实验设计；可行性；实验题目

近年来，对高中物理的研究在不断深入和发展，积极探索实验的重要性就具有重要意义。从高中物理发展形势来看，实验设计能激发出学生的学习兴趣，并训练他们的动手操作能力，尤其在培养学生创造性思维能力方面有着很好的作用，所以就引起了物理教育工作者的广泛关注。实验设计作为物理高考的一种重要实验题型，但考生历年来都在这种题型上并没有很高的得分率，这也是高考理综失分的主要原因之一。其原因主要是学生没有牢固掌握实验设计基础，不熟悉实验设计的基本步骤，也没有从基本要求方面养成设计实验的好习惯。

一、高中物理实验设计的重要性

教师在教学中可以利用物理实验来培养学生的观察思维能力、动手操作能力、分析解决问题的能力及创造能力；也能培养学生实事求是的科学态度、良好的学习习惯和浓厚的学习兴趣。在日渐推行素质教育的今天，应该让学生在教育的过程中充分体验到实验的快乐，引导学生学会运用注意力、记忆力、观察力、想象力和思维能力来学习，体验到学习的乐趣。

二、高中物理实验设计原则

所有的实验在实施前，都要合理的安排和巧妙的设计整个实验环节，要预先设想实验中可能遇到的困难，尽可能的在实验设计中排除这些问题，这样才能起到事半功倍的效果。只有按照一定的原则去设计实验，才能使实验设计更加科学合理、也更切实可行。从而使过程操作简便、结果也真实有效。总的来说，可以将实验设计原则概况为以下几点：

（一）探索性设计原则

探索性设计原则就是指需要学生去挖掘实验设计中所包含的隐藏在较深层次的物理规律；需要学生去跨越实验的条件和结果之间存在的较大距离；往往没有一个明确的解决问题的方法与途径，学生必须要通过尝试错误来提出假设并验证假设来寻找。这一原则可以激发出学生的智慧潜力，形成内在的学习动机。

（二）科学性设计原则

所谓的科学性原则就是指以科学实践反复证实的客观规律为基础，以唯物主义基本原理为指南的实验。一旦违背了科学性原则，实验就将陷入到非科学或伪科学的歧途，从而整个研究都是一无所获的。

（三）可控性原则

可控性对于实验条件来说，是一个典型的特征，通过对实验仪器、条件、物理量的控制，可以更好的对物理对象所具有的特征进行研究，从而反复出现实验的现象，并且能有效的控制实验的现象。只有在可控制的基础上进行的实验，才能保证其有效进行，使实验更具可行性。

（四）可行性原则

是指实验策划运行的方案是否达到并符合切实可行的策划目标和效果.可行性原则就是要求实验的策划行为应时时刻刻地为本身的科学性、可行性着想，避免出现不必要的差错.

（五）简便性原则

简便性原则主要是指为了达到实验目的，对实验器材、实验器材的调试应该尽可能的减少，对实验的操作过程、数据运算、数据测量都进行简化处理，越简单越好。

（六）随机化原则

随机就意味着可以从总体中任意抽取研究的实验对象，换而言之就是说被抽中的单位不是刻意的，完全是偶然的。这样做的目的是：一方面可以使系统误差

消除或减少，使顯著性测验更具意义；另一方面可以对各种条件做到平衡，使实验中可以避免出现偏差的结果。

（七）精确性原则

任何一种实验类型，其实验的结果最终都是为了与客观真实更接近。如果

实验结果完全偏离了客观真实，那么此次实验必然是失败的。所以，就要求实验要尽量避免系统误差，也要减小偶然误差的出现几率。

在设计实验时，实验的设计者必须要对上述的几条实验原则充分考虑，尽量的符合这些要求。其中，实验设计的基本原则就是科学性、可行性原则。这两大原则对任何一个实验来说都是必然要求，只有满足这两个实验原则的实验才是具有可行性的，否则实验结果将是无效的。

三、高中物理实验设计的主要类型及具体的操作方法

近年来，通过分析高考物理实验命题类型，可以发现最常见的考试类型就是创新型实验题，该类型的实验题有以下几种常见的情况：迁移类、设计型、运用型、研究型等，本文详细分析了这四种高中物理实验设计的解答方法，具体研究如下：

（一）迁移类实验

我们考察迁移类实验设计问题，其考察的主要目标并不是在课本上我们所学到的现成知识，但是对解决这一类型的实验设计问题的基本思路却是在课本上我们能够学到的。所以，这类实验设计考察的主要目标就是我们掌握基本知识、基础原理的情况及迁移能力等两个主要方面。当我们遇到这类实验问题时，要先对问题做一个全面的剖析，根据其中会涉及到的基础知识、基本原理，再与实验原理、实验器材操作相结合起来，在情景迁移和联想对比中就可以找到解题的方法。

（二）设计型实验

对于设计型实验问题来说，相应的要求和实验器材经常会在题目里给出，需要我们根据要求来设计出具体可行的实验方法。像这类实验题目，其考察的重点就是我们对基本原理、知识的理解程度。此外，也要求我们能将所学的知识灵活的运用其中，进行创新实验。当我们遇到这类题目时，首先要做的就是对题目中实验问题的关键进行分析，之后再去分析学到的基础原理和知识，将实验方案构建出来，还要分析实验方案是否具有可行性，最后再付诸实验，并处理好实验数据，得出正确的实验结论。在这一过程中，要注意坚持科学、简便、可行的原则，这样才能解答好这类实验问题。

（三）运用型实验

对于运用型实验来说，通常是将我们生活中，或者社会生产中的某一个问题作为实例。这类问题有着较大的信息量，所以我们在解答的过程中，先应该仔细的分析题目给出的信息，通过分析可以从中获得有用的实验数据，再结合所学到的知识，来解答问题。一般来说，我们在解决这类问题的过程中，首先，应对各种实验仪器的使用方法非常的熟悉，以此为基础，深入的解剖题目，将有用信息从中找出来，再结合类比、联想等思想，将相应的物理模型建立起来；其次，我们应在现有的物理知识基础上，在新的物理情景中将其应用进去，这样才能进一步进行推理、计算，更好的将问题彻底的解决。

（四）研究型实验

所谓的研究型实验问题，就是指围绕我们研究性学习活动所出的题目，这类题目中有的要求我们以给出的条件作为基础，设计一个相应的实验方法；有的要求根据给出的实验过程、结论，去求解某个物理量；还有的会要求我们对已经设计好的实验结果进行分析。研究型实验问题要求我们有很高的分析实验结果的能力，同时也是对我们的基础知识及实验能力的考察途径。我们在解答这类实验问题时需要认真审题，掌握题目的要求，努力设计出一个简单、可行的实验方案。另外，实验数据分析的相关问题解答时，要认真的分析题目中的数据，找出各个物理量之间的关系，也将问题的本质找寻出来，从而做好解答。

四、结语

综上所述，实验是高中物理的基础，也是考试的一个重点内容。对高中生来说，学习好高中物理有很大的难度，尤其是对我们的抽象逻辑思维及动手实验能力有很高的要求。在日常学习中，我们发现有很多内容都涉及到物理实验，可见物理实验的重要性。因此，我们针对不同类型的物理实验设计问题，应该采用不同的解题方法，从而可以通过物理实验使自己对物理知识的理解更为深刻。

参考文献：

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