关于谈中学物理实验的基本点

物理是一门实验科学，而我们目前的物理教学基本上是停留在关于物理学知识系统的归纳和理论体系的阐述上，就连物理实验本身的教学，也是按教材的分析按部就班进行纯理论讲解，其弊端是显而易见的。本文主要谈谈中学物理实验的一些基本点。

一、实验设计教学的注意点

1. 从小处着眼，加强实验设计教学

上海作为考试改革的试点城市，其成功的改革将为考试提供可能的改革方向，甚至一些新颖的题型和情境，都可能为考试所借鉴。无疑考试关于实验设计的考查是又一个成功的改革举措，极有在全国推广的价值。而物理《考试说明》中要求“会用在这些实验中学过的实验方法”，也为实验设计的考查在全国的推广提供了可能。

2. 从大处着眼，加强实验设计教学

著名核物理学家钱三强先生在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中，曾严厉指出：“今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不很活泼，这也许跟大家过去受的教育有一定关系……”我们常常教育学生“应该……”、“必须……”；我们的考试题目常常不惜笔墨描述背景、附加条件，最后只有一个小小的空格“是……”。这样培养选拔出来的人才在学校是好学生，步入社会是好职员，大脑中只是机械地跳动着两个问题：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常“完成”的相当漂亮，但思想僵化，毫无创见。这正是我们的悲哀！长期以来这种教育选拔模式，致使我们现在仍只能在很羞涩地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与自豪。

思想不活跃，是因为我们给了学生太多的“必须”的限制；思想僵化，是因为我们留给学生太少的“可能”的余地。实验设计的教学，正是活跃思想，培养能力的一种好方法，授以实验的基本方法，让学生自己去考虑有哪些可能的做法，自己会怎么做。

二、实验设计的基本方法

1. 明确目的，广泛联系

题目或课题要求测定什么物理量，或要求验证、探索什么规律，这是实验的目的，是实验设计的出发点。实验目的明确后，应用所学知识，广泛联系，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的联系。对于测量型实验，被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示；对于验证型实验，在相应的物理现象中，怎样的定量关系成立，才能达到验证规律的目的；对于探索型实验，在相应的物理现象中，涉及哪些物理量……这些都是应首先分析的。

举例来说，要测定地球表面附近的重力加速度，我们就应检索：在所学知识范围内，哪些内容涉及重力加速度，它与其他物理量有何定量关系，并一一罗列出来：

（1）在静力学中，静止的物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力的大小都等于重力，即T＝N＝mg，若T（或N）和m能测出，则重力加速度g也可测定。

（2）在自由落体运动中“h＝gt２/２”，若h和t可测出，则重力加速度g也可测定。 2. 选择方案，简便精确

对于每一个实验目标，都可能存在多条思路、多种方案。教材中关于某个实验目标的实验方案，也只是众多方案中的一种，而且不一定是最好的一种，而只是较可行的一种。那么在众多实验方案中，我们应该如何选择呢？一般来说，选择实验方案主要有三条原则：

（1）简便性原则 即要求所选方案原理简单、操作简便，各物理量易测。应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案。

（2）可行性原则 即实验方案的实施要安全可靠，不会对人身和器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，不能脱离实际，不能超出现有条件。

（3）精确性原则 即不同的实验方案，其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的。在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的实验方案。

3. 依据方案，选定器材

实验方案选定之后，考虑该方案需要哪些装置，被测量与哪些物理量有直接的定量关系，这些物理量分别需用什么仪器来测定，从而确定整个实验需要哪些器材。

例如，在“用单摆测定重力加速度”的实验中，是利用单摆装置来进行实验的，故需铁架台、细线和摆球等来组装单摆。重力加速度可表示为ｇ＝4π２L/Ｔ２，周期需用秒表测定；摆长L是从悬点到摆球中心的距离，因此需用米尺和游标卡尺分别测定摆线长度L和摆球的直径d。从实验原理表达式可以看出，实验与摆球质量无关，故不需要使用天平。

当然，从实验方便性和精确性角度考虑，还需对所选器材作进一步要求，以期把系统误差降到最小。如上述器材中，摆线的伸缩性和质量应较小，摆球的质量应较大；摆线伸缩性大，其长度会随拉力变化而变化；摆球与摆线质量相差越小，系统（摆线和摆球）质心偏离摆球中心越远，误差就越大。为了便于观察，摆球振动的路径宜长，但又要确保单摆做简谐振动，故摆线宜长些，常取1 m左右。

4. 拟定步骤，合理有序

实验之前，要做到心中有数：如何组装器材，哪些量先测，哪些量后测，应从正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤。对一些可直接测量的物理量，可先行测量；对需通过实验装置才能测定的物理量，须先组装器材，再进行实验、观察和测量。

总之，要改善中学物理教学现状，培养思想活跃、有创新精神和创造能力的跨世纪人才，还需要中学教育工作者的切实努力。