重视实验误差引领深度学习

江敏丽

(华南师范大学附属惠阳学校 广东 惠州 516211)

1 引言

2017年出版的《高中物理课程标准》指出要培养学生物理科学思维，要求学生能基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力和品格[1].物理实验教学中发现，学生常常仓促完成实验，忽略误差分析，草率得出实验结论.在实验课中机械训练和简单记结论属于浅层学习，无法培养学生的科学思维能力.

所谓误差就是实验测量值与真实值的差异，任何实验都存在误差.本文从物理实验的误差角度，以“研究气体压强与体积的关系”为例，引导学生对实验所得的结果提出质疑，分析误差的来源，提出减小误差的方法并实践，逐层递进，引领学生深度学习，培养学生的科学思维能力.

2 归纳梳理整合知识

在高中物理实验教学中，学生的误差分析能力比较薄弱，一方面是思维没有达到相应的水平，另一方面是基础知识比较零散，没有形成系统.学生要想深度学习，首先要信息整合，让学生能主动进行对比分析，整合新知识.

表1是归纳梳理的实验误差基础知识，帮助学生对高中实验误差及常用的误差分析方法有全面的了解.

表1 高中物理实验误差及常用的误差分析方法

3 任务驱动同伴学习

学生在进入实验室的时候常常因为漫无目的而不知所措导致浪费动手实践的时间，教师讲述完实验原理及相关注意事项，应该设置具体的实验任务，激励同伴之间合作学习，引导学生经历实验，发现探索问题促进深度学习.以“研究气体压强与体积的关系”为例，如图1所示，分解任务，理解实验原理.

图1 “研究气体压强与体积的关系”学习任务

4 质疑批判修正误差

“研究气体压强与体积的关系”DISLab实验装置如图2所示，学生在操作时容易出现如下几点人为误差：

图2 “研究气体压强与体积的关系”实验装置

(1)读数时，眼睛没有平视刻度；

(2)实验操作前没有涂甘油，无法保证气密性；

(3)过快推动活塞且用手捂着注射器，无法保证气体等温变化.

这些实验操作细节，需要教师在实验课堂上不断巡视，发现问题，提醒学生注意人为操作误差，规范操作.

图3 p-图

y=1 898.197 8x+6.813 51

在教师引导下，一共提出如表2所示4种实验方法来减少连管体积引起的误差，使得实验结果更趋近于实验规律.

表2 减少引起边管体积误差的4种实验方法

通过上述4种误差分析方法探究发现，无论哪种方法，均有效减小了连管体积带来的误差，其中估测法和理论法修正连管体积的图像截距更小，更接近原点.

5 举一反三 能力迁移

迁移应用是检验学生学习效果的最佳方式，是深度学习的核心追求.经历以上实验探究过程，学生提高了误差分析能力，实践了误差修正方法并深刻理解波意耳定律的物理意义.如果此时教师再找出类似误差处理分析的案例对比，帮助学生整理和归纳，那么学生的能力更能有效迁移.

例如“探究物体加速度与力、质量的关系”实验中，为什么得到的实验图像不过原点？为什么图像会弯曲？为什么图像延长线与x轴或y轴有交点？又如在“测量电源电动势和内阻”的实验中，不同的接法所引起的误差该如何判断？

关于实验误差问题，应遵循这样的原则：在实验设计时，应从原理、方法、测量和操作过程方面尽量减小实验误差；而在误差分析计算过程中，应尽量全面考虑各误差因素，不要遗漏主要因素，从而使实验结果数据更加可靠.

高中物理对误差分析的要求并不高，但是实验操作限制以及实验误差知识零散，使得学生无法进一步深度学习.教师应该深度引导，注重探究过程和科学方法的渗透，鼓励学生在实验过程中不断地发现问题，解决问题，保持质疑精神，推敲实验过程和结果的正确性，多角度分析误差产生的原因和实验的改进方案.这样才能举一反三，能够帮助学生在每个实验中自主探究，积极进行误差分析，不仅仅深度掌握物理的规律，更关键实现学生发展，这才是深度学习的最终目的.