物理实验复习新思路

物理实验复习新思路
——大面积提高学生实验应试水平的教学改革探索
实验能力是高考物理科要考核的五大能力之一，它要求学生能在理解的基础上独立完成“知识内容表”所列的实验，明确实验目的，理解实验原理，控制实验条件；会运用这些实验中学过的实验方法；会正确使用在这些实验中用过的仪器；会观察、分析实验现象，处理实验数据，并得出结论。
由于实验的重要性，相信许多学生用在此方面上的时间与精力不会少，17个中学物理实验的实验目的、原理、步骤、注意事项、数据处理等等内容一遍遍重复，死记硬背，但这样的学法与当前高考出题的方向已是大相径挺。以2000年全国高考实验题为例，没有一个照搬课本中的实验，特别是考验证动量守恒定律的实验的题目（题目见本文附录），其C项是测量小球的直径的，按书本中的实验方法这一步是必须的，若守旧不创新，没有较强的迁移能力和独立解决问题的能力，则必然会选择错误选项C。那么怎样对待新高考中的物理实验复习呢？在教学中该采取什么样的应对措施呢？本人的体会是如下几个方面。

一、       基本仪器的使用仍是实验的基础。
不管上一年度有无考到仪器的使用，我们对常用的物理仪器要熟练运用，这是实验的基础，是实验的工具，任何时侯都不过时。在这方面花些时间是必需的。常驻见的有十三种仪器，这十三种仪器是刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧称、温度计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。这些工具的使用每本复习用书上都有很详细的说明，本文不再多言。
二、       要以挑战者的眼光挑剔书本上的实验。
从2000年度的全国物理高考卷中，我们应感受到高考物理改革的方向了，这不是简单的照抄课本上的实验了，它给予的验证动量守恒的实验装置是对书本上权威的经典装置的改进。这是对迷信权威者的嘲弄，是对创新者的呼唤。这给予了我们一个大胆的想象力，不要把书本上的实验奉若神明，要以挑剔的眼光重新审视我们书本上的老式实验方法。
其实在平时的学生分组实验中，在教学演示实验中，我们对教科书中设计的许多方面的差强人意是很不满的，比如动量守恒定律中的被碰球干吗一定要放在那很难立得住的小支柱子上；验证机械能守恒定律的实验没必要从第一点就开始计时（即没必要取第一和第二两点间长度为2mm），我们完全可以从后面的计数点中取两个点算出速度与高度来验证守恒定律，没必要管第一点准确与否……但总觉得高考它就按书本上实验装置考，不敢与它有所冲突，害怕学生高考会吃亏，但从目前的发展趋势看，这种担心是没有必要的，反而不利于学生的开放式思维的发展。
正是出于以上的考虑，我觉得实验的复习要打破常规，不应该再叫学生跟在书本的后面应该怎样做不应该怎样做，尽管我们不否认书本上的实验是专家学者智慧的结晶，但思维被圈在这当中不是现代教育的要求。要学生们学会找毛病——找设计原理上的毛病；找实验步骤上的毛病；找数据处理上的毛病，没毛病也要想想能否改进。这变学生从被动地接受灌输为主动要学的一招，既提高了学生的参与学习与研究物理实验的热情，又能迅速提高学生的实验设计水平与对物理学的理解程度，若找不到毛病也说明书本中的实验设计确实是出色的。当学生们摆脱对书本的依赖与迷信时，其独立性和创造力就被大大地激发出来了。这无论对当前的高考复习还是未来走向社会都是极大的财富。
当然学生们开始也许不适应这样的教学改革，但这不要紧，可以先提示他们，比如对牛顿第二定律的验证的实验原理设计有无问题，为什么不用弹簧称测拉力，弹簧称测拉力有何不妥；而为使小桶的力等于绳子的拉力，书本上要求小车的质量远远大于提供拉力的小桶的质量，这有无必要，我们是否可用学过的连接体的知识修正一下拉力的大小，从而摆脱这个限制。再比如对实验步骤的设定，每个实验都有可推敲之处，不应绝对化，死记硬背是没必要的，很多步骤的前后顺序是可以颠倒的（比如许多实验的准备工作中的先后次序），要让学生分析每一步骤在实验中的必然性，是属于准备阶段还是实验过程阶段或数据处理阶段，只要归门别类，前后顺序自然明晰。当然我们也会发觉还有一些步骤是不得打乱的（比如打点计时器是先打点后放手还是先放手后打点等等），这种开放式的讨论要比老师讲解给人的印象深刻得多了。当学生们适应这种学习方法时，学习将成为一种乐趣，因为他们不是书本的奴隶了，而是权威实验的挑战者，是评价实验设计优劣的法官，是成功的实验发明者。
三、        以多种视角重新审视和组合实验板块。
学习贵在总结，在物理实验总复习中，我们不应孤立地看待一个个实验，而应该从这些实验的原理、步骤、数据采集与处理方式上的异同上，给这些实验分门别类，从而组成不同的实验板块。平时我们已经自觉或不自觉地把实验分成力学实验板块、电学实验板块、热学实验板块、光学实验板块。但这样的处理只是简单地重复了物理课本知识的体系，大多数情况下也是为了讲解的方便，没有多大的创意，对于学生思维的开发和对实验的科学思维方式的培养显得很不够的。
在此，我认为我们要在这些实验的组合板块中挖掘一些功能，培养学生一种实验的常规意识，比如对于力学板块，这是由验证力的合成与分解、打点计时器的使用和测匀变速直线运动加速度、验证机械能守恒定律、验证牛顿第二定律、验证动量守恒定律等实验组成的一个大的实验板块，现在让我们仔细去找找这些实验与其它实验板块的区别。我们会发觉这些力学实验无非就是在力F、速度V、加速度a、位移S、质量m这几个量上做文章而且已。然后我们看看这几个量是怎么测出来的，今后我们可以用同样的方式去处理类似的探索式力学实验。毫无疑问，这些实验告诉我们：位移用尺子量（提示学生高精确度该用什么量），质量用天平（鼓励学生思考大物体质量用什么测），速度与加速度可用打点计时器测量，速度还可以用平抛的方式计算，而力的测定不能用弹簧称，因为不稳定，影响实验的准确度……。让学生们想想电学实验板块又能得到些什么呢？
我们还可以把视野再扩大一些，以各种角度重新组合新的实验板块，比如按测量型与验证型可把实验分成两大板块，按能进行图像处理数据和不能用图像处理数据又可以把实验分成两大板块。我们可以提示学生这样划分板块，但把一个具体实验归类于哪个板块，这要学生自已思考，比如说用图像法处理数据，学生们熟悉的是验证牛顿第二定律和测定电源电动势和内电阻的实验，不过画出的图形必须是直线，否则不好处理（验证牛顿第二定律的实验中加速度与质量成反比就是一个典型的例子，坐标轴改为质量的倒数，从而画出的是直线），这给予学生们思考的空间，其实还有许多实验也是可以这样处理的，它们都可以归类于用图像法处理数据，比如用单摆测重力加速度的实验，我们测的是周期T和摆长L，再由公式来计算，书本上采用的是多测几组再求平均值法，现在我们可以以L和T2/4л2为坐标轴，用测得的数据放入描点，画直线求斜率即是g。类似的还有一些，让学生们想想验证玻意耳定律是否也可这样处理。
四、       注意可转为实验的习题。
在物理上，许多习题的设计与实验的设计是相通的，它们的区别只是出题的角度不同罢了，让学生们找一找，一改，必能开窍。比如高一物理（心修本）第一章的课外习题部分，其第11、12、13题（273-274页）就很典型，而第17题（见本文附录）的设计思想更是与物理实验思路产生共鸣，它有效地克服了手拉弹簧称测拉力不准的弊病，事实上不论下面的长木板是匀速还是变速均不会影响弹簧称的读数。其实物理课本中每一章的课后习题部分都有可探讨之处。几何光学那一章尤其如此。
五、       实验也要融会物理思维方式
在实验中常用的物理思想方法有等效法、累积法、控制某个变量法、留迹法、图像处理平均值法，这要学生们能够领会，并能在每个实验中找出到底用了什么物理思惟方式。比如在验证动量守恒定律的实验中就用了等效法（用位移代替速度）、累积法（重复打了许多点）、留迹法（用复写纸留下小球落地后的点）等物理思维方法。在实验复习中通过找各实验中的思维方法，能够让这些思维方法深入学生的脑海中，并用于那些可能遇到的探索型高考物理实验题。
   物理做为一门建立在实验基础之上的学科，我想若在实验复习上有所突破必对学生整体物理水平的提高有很大的促进作用。当然以上只是我的一家之言，有不妥之处，望同行们指点。