中学物理实验设计探讨.doc

中学物理实验设计探讨随着教学改革的深化，物理实验在中学物理教育中的作用和地位显得更加突出。因此，教师加强对物理实验的研究，学会设计实验，对优化物理教学、促进物理教学改革具有深远的意义。那么怎样才能设计好实验?笔者认为，应突出考虑以下几个方面：一、实验原理应体现其科学性、针对性1.实验原理的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真实、正确地反映了实验原理。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来欺骗学生。实验的误差是不可避免的，但是决不能把一切不成功的实验结果都归于误差了事，而是要用正确的原理来解释误差。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会存在误差，此时应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，可以采用硅钢片做铁芯，或用电阻率更小的导线绕制线圈等等。2.实验的设计应具有针对性。具体地讲就是要明确解决什么问题，得出什么结论，验证什么定理、定律，建立什么概念等等。教材中某些重要的概念、规律等通过演示实验归纳得出，比教师单纯地讲授更容易使学生接受;教材的某些重点、难点学生存在疑虑，必须通过实验才能使学生真正地领会。所以，我们设计实验时一定要牢记，设计的实验一定要重点突出，结论直接。例如，解释简谐运动的图像为正弦(余弦)曲线时，就可以让学生两人一组，一个人用铅笔模拟往复简谐运动，另一个人沿桌面与简谐运动垂直的方向用手匀速拉动纸条，这样纸条上就出现了正弦(余弦)曲线，学生即恍然大悟。二、要尽量选择常见、耐用且用途广泛的实验器材1.实验器材的选择要从多方面考虑，但首先要取材方便，经济实惠，且为学生所常见。麦克斯韦曾经说过：“一项试验，使用的材料越简单，学生越熟悉，就越能透彻地获得所验证的结果。”例如，在演示核的链式反应这一问题时，就可选用最常见的火柴棒来做类比实验，首先把火柴棒连结成树形，一接二，二接四实验时，点燃边缘上的一根火柴，其他的就顺次被点燃了。这就能使学生对所学问题有很直观的理解。2.在演示实验时，为了能让所有学生都清楚地观察到实验现象，经常会一而再、再而三地重复实验，故所选的实验器材一定要经得起“考验”，不能在中途损坏而影响教学的正常进行。例如，在演示初二课本上的大气压强实验时，一定要选用厚底玻璃瓶，以防瓶底在遇热时损坏。3.由于购买实验器材往往需要一定的资金，所以我们提倡教师能够尽量地做到一物多用，即利用现有的装置，进行尽可能多的实验，显示尽可能多的实验现象和实验原理。这在当前仪器普遍缺乏的情况下是一种非常有效的好办法。例如，我们常见的塑料瓶，由于其具有安全性强、气密性强且透明易观察等特点，就是一种很好的实验材料。三、实验步骤应简单易行1.实验步骤要简单，易操作。实验的操作步骤应尽量简单。结构复杂、操作繁琐的实验，往往会分散学生的注意力。只要演示实验的科学性强，现象明显，越简单越好。例如，“反冲运动”，可设计一个“水火箭”，把一个饮料瓶口用软木塞塞住，在塞上钻一个小孔，装上气门针，在瓶里装一定量的水，通过气针往瓶里打气，到一定程度时气体就会把瓶塞冲开，同时瓶子就会向相反方向运动。这个实验，简单明了，但很能说明问题。2.要尽量使结果明显。一般地说，观察明显、清晰的现象比观察细微、模糊的现象效果更佳，学生兴趣更浓。为了使实验效果明显清晰，我们应从这样几个方面来考虑：变小为大、变弱为强、变快为慢、变淡为浓、变轻为响。例如，水波的干涉、磁感线等可用幻灯投射到屏幕进行放大;演示固体形变时可将烧瓶里的水染为红色;还有一些实验现象，发生在一瞬间，可借助录像、电脑进行慢放、延时等手段来解决，使实验结果更容易观察、区分和比较。3.要考虑可行性，从各个方面确保实验的成功。可行性是指从仪器制作、器材选择、实验条件和操作等各个步骤来保证实验的成功。常常有这样的情况，设计的实验方案是正确的，但是在实验的实施过程中，由于受到多方面因素的限制而无法成功。例如，静电实验的演示一般比较困难，其主要原因是静电电压高，使通常情况下的绝缘体在高压下变成了导体，因静电量少，电荷很快就“漏掉”了，特别是天气潮湿时更容易“漏掉”。所以可以增加这样一个步骤，做一个简易烘干箱，里面放一只“100W、220V”的灯泡，用来烘干箱内的“湿气”，里面再放一些静电器材，如玻璃棒、橡胶棒、毛皮、丝绸、验电器等，有这样一个全天候静电实验箱，这个实验受天气的影响就小多了。四、实验现象应直观，新奇有趣，贴近生活教育心理学研究实践证明，学生在学习过程中，不论是观察、记忆、思维还是想象，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，刻板的、千篇一律的习惯性刺激不易引起人们的注意。因此实验的设计除了考虑以上的三个方面外，还要突出实验现象的直观、新奇有趣、贴近生活。1.演示实验就其自身特点来说，实验现象首先应直观形象。现象越直观，越有利于学生利用直觉思维，进行有效学习。例如，为了演示金属电阻率随温度而变化的实验，把“220V、40W”的废日光灯管敲断，取其中一端灯丝把它和“6V、6W”的灯泡、演示电流表、开关串联在6V的稳压电源上。闭合开关，灯泡正常发光;用尖嘴钳夹住日光灯灯丝另一端，用酒精灯给灯丝加热，灯泡亮度显著变暗，电流表读数变小;停止加热，把灯丝、尖嘴钳一起浸入凉水盆中，灯泡迅速变亮，电流表读数亦变大。学生亲眼看到灯泡的亮暗变化，得出金属电阻率随温度升高而增大，随温度降低而减小的结论，印象一定深刻。2.学生都有好奇心理，奇特的物理现象、出乎意料的实验结论，都会在不同程度上激发起学生的求知欲望，从而促使学生更用心地学习。例如，在“惯性”一节教学中，把一玻璃瓶放在桌上，瓶底压一张纸条，慢慢拉动纸条，酒瓶随纸条向桌子边缘慢慢移动，此时学生都以为若再移动，酒瓶就要掉到地上了。大家都全神贯注地看，这时教师突然用力快速抽动纸条，学生异口同声地发出尖叫声，当看到瓶子安然无恙时，学生便急切想要知道这“魔术”的奥秘，教师因势利导指出惯性原理，这对学生的理解就会起到水到渠成的作用。3.贴近学生生活的实验，会使学生具有“亲近感”，学习起来更有效率。如，在大气压强的教学中，教师可以在演示完书上的马德堡半球实验之后，拿出两个学生非常熟悉的塑料衣钩来模拟半球实验，让两位学生对拉衣钩，实际体会一下大气压强的大小;再者，教师可以举平时用吸管喝汽水的例子，来说明大气压强的无处不在性。这类实验，学生在日常生