物理实验的创新性设计

物理实验的创新性设计

摘要：物理实验既是教学重要基础又是教学的重要内容、方法、手段，在物理教学中学会创新性设计实验是物理教师应有的素质。通过对中学物理实验归纳、总结，提出设计创新思路，旨在实验教学应用、研究、探讨以达到创新的目的。

关键词：实验设计归思路创新

物理是以实验为基础的科学，上好实验课是物理教学的重中之重。如何切中所学知识，把握学生实验能力、开创性地设计出富有新意的实验是上好实验课的前提与基础。中学物理实验怎样设计才有新意呢?笔者认为：首先，教者必须对所学知识了如指掌，对实验目的、实验者的实验能力满有把握；其次，要对不类同实验进行归纳总结；在此基础上有的放矢，创造性的设计实验。具体如下：

一、中学物理实验，按其实验目的及内容可分为六类

1 练习使用基本实验仪器

中学常用的基本仪器大多属于测量仪器，要求了解仪器构造、工作原理、掌握正确操作方法、正确读数以及明确注意事项。这些仪器又分为：

（1）测量长度的仪器有刻度尺、游标卡尺、千分尺。

（2）质量计量仪器天平。

（3）时间记时器有秒表、打点计时器。

（4）温度计有液体温度计、金属温度计

（5）气体压强计量器有曲管气压计、槽式气压计。

（6）电学仪器和电学计量仪器有滑动变阻器、电阻箱、电压表、电流表、万用表、示波器。

2 测量物理量的实验

要求明确测物理量的含义；懂得测量原理；掌握实验方法；处理数据，得出正确结果。如用单摆测当地重力加速度、测金属电阻率、电源电动势和内阻、凸透镜的焦距等。

3.验证性实验

此类实验的目的是验正物理规律确证，巩固和加深对物理规律的理解，要求明确所要验证的物理规律的内容和条件，明确实验目的、方法、注意分析误差，并采用措施尽量减小误差。

4.探索性实验

此类实验在学习物理规律之前进行，通过观察、测量，对实验现象、数据进行分析、比较和总结，由此找出规律、形式概念。如由电磁感应现象导出棱次定律等。

5.装置性实验

此类实验要求明确实验原理和要求，主要训练动手操作能力，加深理解知识内容，并要求正确排除故障，有一定的技术性。如安装小型电动机、变压器模型、改装电流表为电压表或多用电表等。6.模型式实验

有些知识点如不做实验学生接受起来有一定的困难，但又不方便以实物演示，更适合于模型演示，如左、右手定则的讲授若配合模型演示，比实物演示更能让学生观察清楚，容易理解。

二、演示实验的设计思想

中学实验总共有一百多个演示实验，但其中有的因效果不明显或缺少器材很难成功，有的因“太理想”，不贴近现实生活，学生存在一种“陌生感”，接受起来效果不理想。笔者认为演示实验的设计应突出考虑一下四个方面。

（1）实验原理应体现科学性、可行性和目的性

实验原理应体现科学性主要指物理原理是否正确，演示实验的物理现象是否正确真实、确切地反映实验原理。原理的正确性要求不能弄虚作假，制造假象代替真实的物理现象欺骗学生是不允许的。如将一块窄长的薄木条放在桌面上，并向桌面伸出一小部分，在桌面的木条上盖一张报纸，把报纸摆开，然后用拳头猛击木条伸出端的部分，这时会发现，你并没有把报纸挑到空中，而是将木条伸出的部分折断了。这是一个很生动的实验，通常被说明大气压的存在。事实上木条的折断并非由于大气压压住了报纸的缘故，即使不盖报纸，只要迅速打击，木条也会折断，故此实验现象说明大气压的存在是不科学的。

原理的科学性还要求原理不错误，但允许存在误差，应区分误差和错误，物理实验的误差是客观存在的，是由于实验系统和条件的非理想化产生的。至于允许多大的误差，则由实验方法、仪器、实验条件和教学要求决定。但不能为避免误差而拼凑数据，以假乱真，也不得把不成功的实验结果归于误差而了结，客观的分析误差产生的原因，设法减少误差。例如，演示变压器的输入、输出电压之比

与原副线圈的匝数成正比的时候存在误差，此时指出漏磁与电流的热效应是产生误差的主要原因，为了减少误差，采取硅钢片作铁芯，用电阻率更小的导线绕制线圈等等。

（2）可行性

主要指从仪器制作、器材选择，实验条件和操作等方面来看实验是否成功，实验能否应用于实际教学过程，达到某一目的。往往有这样情况，设计的实验方案是科学的、正确的，但在实验实施过程中，常受到多方因素限制而无法成功。例如，演示静电实验一般比较困难，其原因是静电压高，使通常的绝缘体在高压下成导体，因静电量少，电荷很快“漏掉”，特别是天气潮湿更容易“漏掉”。所以可以做一个简易烘干箱，里面放一只100w，220v的灯泡，以烘干箱内“湿气”。箱内再放一些静电器材，这样一个静电器材实验箱在任何恶劣天气下实验都能成功。

另外，有时其主要的实验原理学生不易理解或在以后阶段才要学，不能强行插入演示，应进行适当调整，以便能充分发挥实验的应有作用。

（3）目的性

设计实验应具有明确的意图及针对性，具体讲就是要求解决什么问题；得出什么问题；验证什么定理、规律；建立什么概念。教材有些重要规律、概念通过演示实验归纳得出，比教师单独讲解，学生更易接受，这都需要及时设计、引入演示实验。

2 实验的构造应具有可见性、简洁和美感性

（1）可见性

实验要尽可能增大可见度，一般的说，观察明显、清晰的现象比观察模糊的现象效果更佳，学生兴趣更浓。增加实验的可观性，应从这样几个方面考虑，变小为大、变弱为强、变淡为浓、变快为慢、变请为重等。

（2）简洁性

实验仪器构造应体现简洁实用。用结构复杂，操作繁琐的实验，容易分散学生注意力。只要试验的科学性强，现象明显，越简单越好。例如，做电荷间的相互作用力试验，取合适的塑料袋建成两条，用手指夹着反复摩擦数次使其带电。这时看见末端张开。再用报纸代替塑料袋，重做，也有同样结果。但如果把一条塑料袋和一条报纸以一个不大的间隔平行悬挂就会看到两条末端相互靠拢。通过这个几价廉又简洁的演示实验给学生留下深刻的印象。

（3）美感性

俗话说“爱美之心人皆有之”，学生的学习兴趣，亦会在美感中油然而生。如平面镜的对称美；透镜三棱镜的神奇美等。实践证明，学生对精美别致的实验记忆特别牢固，理解更深兴趣更浓，反之，则增加学生视觉疲劳和厌烦感。

3 实验现象应突出直观性、奇特性、趣味性

物理教学实践充分证明，学生在学习中不论是观察、记忆、思维、还是想象等心理活动，没有注意的参与是不行的。心理学研究表明注意的指向性和集中性与刺激物的新异性有关，刻板乏味的刺激物