物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)新思路
實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ?a href="http://yy-art.cn/gaokao/" target="_blank">高考物理科要考核的五大能力之一，它要求學(xué)生能在理解的基礎(chǔ)上獨(dú)立完成“知識(shí)內(nèi)容表”所列的實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，理解�?shí)驗(yàn)原理，控制實(shí)驗(yàn)條件；會(huì)運(yùn)用這些實(shí)驗(yàn)中學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法；會(huì)正確使用在這些實(shí)驗(yàn)中用過的儀器；會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論。
由于實(shí)驗(yàn)的重要性，相信許多學(xué)生用在此方面上的時(shí)間與精力不會(huì)少，17個(gè)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、原理、步驟、注意事項(xiàng)、數(shù)據(jù)處理等等內(nèi)容一遍遍重復(fù)，死記硬背，但這樣的學(xué)法與當(dāng)前高考出題的方向已是大相徑挺。以2000年全國高考實(shí)驗(yàn)題為例，沒有一個(gè)照搬課本中的實(shí)驗(yàn)，特別是考驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)的題目（題目見本文附錄），其C項(xiàng)是測(cè)量小球的直徑的，按書本中的實(shí)驗(yàn)方法這一步是必須的，若守舊不創(chuàng)新，沒有較強(qiáng)的遷移能力和獨(dú)立解決問題的能力，則必然會(huì)選擇錯(cuò)誤選項(xiàng)C。那么怎樣對(duì)待新高考中的物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)呢？在教學(xué)中該采取什么樣的應(yīng)對(duì)措施呢？本人的體會(huì)是如下幾個(gè)方面。
一、基本儀器的使用仍是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。
不管上一年度有無考到儀器的使用，我們對(duì)常用的物理儀器要熟練運(yùn)用，這是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，是實(shí)驗(yàn)的工具，任何時(shí)侯都不過時(shí)。在這方面花些時(shí)間是必需的。常駐見的有十三種儀器，這十三種儀器是刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、天平、秒表、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈簧稱、溫度計(jì)、電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱等等。這些工具的使用每本復(fù)習(xí)用書上都有很詳細(xì)的說明，本文不再多言。
二、要以挑戰(zhàn)者的眼光挑剔書本上的實(shí)驗(yàn)。
從2000年度的全國物理高考卷中，我們應(yīng)感受到高考物理改革的方向了，這不是簡(jiǎn)單的照抄課本上的實(shí)驗(yàn)了，它給予的驗(yàn)證動(dòng)量守 恒的實(shí)驗(yàn)裝置是對(duì)書本上權(quán)威的經(jīng)典裝置的改進(jìn)。這是對(duì)迷信權(quán)威者的嘲弄，是對(duì)創(chuàng)新者的呼喚。這給予了我們一個(gè)大膽的想象力，不要把書本上的實(shí)驗(yàn)奉若神明，要以挑剔的眼光重新審視我們書本上的老式實(shí)驗(yàn)方法。
其實(shí)在平時(shí)的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中，在教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)中，我們對(duì)教科書中設(shè)計(jì)的許多方面的差強(qiáng)人意是很不滿的，比如動(dòng)量守恒定律中的被碰球干嗎一定要放在那很難立得住的小支柱子上；驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)沒必要從第一點(diǎn)就開始計(jì)時(shí)（即沒必要取第一和第二兩點(diǎn)間長度為2mm），我們完全可以從后面的計(jì)數(shù)點(diǎn)中取兩個(gè)點(diǎn)算出速度與高度來驗(yàn)證守恒定律，沒必要管第一點(diǎn)準(zhǔn)確與否……但總覺得高考它就按書本上實(shí)驗(yàn)裝置考，不敢與它有所沖突，害怕學(xué)生高考會(huì)吃虧，但從目前的發(fā)展趨勢(shì)看，這種擔(dān)心是沒有必要的，反而不利于學(xué)生的開放式思維的發(fā)展。
正是出于以上的考慮，我覺得實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)要打破常規(guī)，不應(yīng)該再叫學(xué)生跟在書本的后面應(yīng)該怎樣做不應(yīng)該怎樣做，盡管我們不否認(rèn)書本上的實(shí)驗(yàn)是專家學(xué)者智慧的結(jié)晶，但思維被圈在這當(dāng)中不是現(xiàn)代教育的要求。要學(xué)生們學(xué)會(huì)找毛病——找設(shè)計(jì)原理上的毛��；找實(shí)驗(yàn)步驟上的毛��；找數(shù)據(jù)處理上的毛病，沒毛病也要想想能否改進(jìn)。這變學(xué)生從被動(dòng)地接受灌輸為主動(dòng)要學(xué)的一招，既提高了學(xué)生的參與學(xué)習(xí)與研究物理實(shí)驗(yàn)的熱情，又能迅速提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平與對(duì)物理學(xué)的理解程度，若找不到毛病也說明書本中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)確實(shí)是出色的。當(dāng)學(xué)生們擺脫對(duì)書本的依賴與迷信時(shí)，其獨(dú)立性和創(chuàng)造力就被大大地激發(fā)出來了。這無論對(duì)當(dāng)前的高考復(fù)習(xí)還是未來走向社會(huì)都是極大的財(cái)富。
當(dāng)然學(xué)生們開始也許不適應(yīng)這樣的教學(xué)改革，但這不要緊，可以先提示他們，比如對(duì)牛頓第二定律的驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)有無問題，為什么不用彈簧稱測(cè)拉力，彈簧稱測(cè)拉力有何不妥；而為使小桶的力等于繩子的拉力，書本上要求小車的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于提供拉力的小桶的質(zhì)量，這有無必要，我們是否可用學(xué)過的連接體的知識(shí)修正一下拉力的大小，從而擺脫這個(gè)限制。再比如對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)定，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有可推敲之處，不應(yīng)絕對(duì)化，死記硬背是沒必要的，很多步驟的前后順序是可以顛倒的（比如許多實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作中的先后次序），要讓學(xué)生分析每一步驟在實(shí)驗(yàn)中的必然性，是屬于準(zhǔn)備階段還是實(shí)驗(yàn)過程階段或數(shù)據(jù)處理階段，只要?dú)w門別類，前后順序自然明晰。當(dāng)然我們也會(huì)發(fā)覺還有一些步驟是不得打亂的（比如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是先打點(diǎn)后放手還是先放手后打點(diǎn)等等），這種開放式的討論要比老師講解給人的印象深刻得多了。當(dāng)學(xué)生們適應(yīng)這種學(xué)習(xí)方法時(shí)，學(xué)習(xí)將成為一種樂趣，因?yàn)樗麄儾皇菚镜呐`了，而是權(quán)威實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)者，是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的法官，是成功的實(shí)驗(yàn)發(fā)明者。
三、以多種視角重新審視和組合實(shí)驗(yàn)板塊。
學(xué)習(xí)貴在總結(jié)，在物理實(shí)驗(yàn)總復(fù)習(xí)中，我們不應(yīng)孤立地看待一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)，而應(yīng)該從這些實(shí)驗(yàn)的原理、步驟、數(shù)據(jù)采集與處理方式上的異同上，給這些實(shí)驗(yàn)分門別類，從而組成不同的實(shí)驗(yàn)板塊。平時(shí)我們已經(jīng)自覺或不自覺地把實(shí)驗(yàn)分成力學(xué)實(shí)驗(yàn)板塊、電學(xué)實(shí)驗(yàn)板塊、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)板塊、光學(xué)實(shí)驗(yàn)板塊。但這樣的處理只是簡(jiǎn)單地重復(fù)了物理課本知識(shí)的體系，大多數(shù)情況下也是為了講解的方便，沒有多大的創(chuàng)意，對(duì)于學(xué)生思維的開發(fā)和對(duì)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思維方式的培養(yǎng)顯得很不夠的。
在此，我認(rèn)為我們要在這些實(shí)驗(yàn)的組合板塊中挖掘一些功能，培養(yǎng)學(xué)生一種實(shí)驗(yàn)的常規(guī)意識(shí)，比如對(duì)于力學(xué)板塊，這是由驗(yàn)證力的合成與分解、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用和測(cè)勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律、驗(yàn)證牛頓第二定律、驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律等實(shí)驗(yàn)組成的一個(gè)大的實(shí)驗(yàn)板塊，現(xiàn)在讓我們仔細(xì)去找找這些實(shí)驗(yàn)與其它實(shí)驗(yàn)板塊的區(qū)別。我們會(huì)發(fā)覺這些力學(xué)實(shí)驗(yàn)無非就是在力F、速度V、加速度a、位移S、質(zhì)量m這幾個(gè)量上做文章而且已。然后我們看看這幾個(gè)量是怎么測(cè)出來的，今后我們可以用同樣的方式去處理類似的探索式力學(xué) 實(shí)驗(yàn)。毫無疑問，這些實(shí)驗(yàn)告訴我們：位移用尺子量（提示學(xué)生高精確度該用什么量），質(zhì)量用天平（鼓勵(lì)學(xué)生思考大物體質(zhì)量用什么測(cè)），速度與加速度可用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量，速度還可以用平拋的方式計(jì)算，而力的測(cè)定不能用彈簧稱，因?yàn)椴环�(wěn)定，影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度……。讓學(xué)生們想想電學(xué)實(shí)驗(yàn)板塊又能得到些什么呢？
我們還可以把視野再擴(kuò)大一些，以各種角度重新組合新的實(shí)驗(yàn)板塊，比如按測(cè)量型與驗(yàn)證型可把實(shí)驗(yàn)分成兩大板塊，按能進(jìn)行圖像處理數(shù)據(jù)和不能用圖像處理數(shù)據(jù)又可以把實(shí)驗(yàn)分成兩大板塊。我們可以提示學(xué)生這樣劃分板塊，但把一個(gè)具體實(shí)驗(yàn)歸類于哪個(gè)板塊，這要學(xué)生自已思考，比如說用圖像法處理數(shù)據(jù)，學(xué)生們熟悉的是驗(yàn)證牛頓第二定律和測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)，不過畫出的圖形必須是直線，否則不好處理（驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中加速度與質(zhì)量成反比就是一個(gè)典型的例子，坐標(biāo)軸改為質(zhì)量的倒數(shù)，從而畫出的是直線），這給予學(xué)生們思考的空間，其實(shí)還有許多實(shí)驗(yàn)也是可以這樣處理的，它們都可以歸類于用圖像法處理數(shù)據(jù)，比如用單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)，我們測(cè)的是周期T和擺長L，再由公式 來計(jì)算，書本上采用的是多測(cè)幾組再求平均值法，現(xiàn)在我們可以以L和T2/4л2為坐標(biāo)軸，用測(cè)得的數(shù)據(jù)放入描點(diǎn)，畫直線求斜率即是g。類似的還有一些，讓學(xué)生們想想驗(yàn)證玻意耳定律是否也可這樣處理。
四、注意可轉(zhuǎn)為實(shí)驗(yàn)的習(xí)題。
在物理上，許多習(xí)題的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是相通的，它們的區(qū)別只是出題的角度不同罷了，讓學(xué)生們找一找，一改，必能開竅。比如高一物理（心修本）第一章的課外習(xí)題部分，其第11、12、13題（273-274頁）就很典型，而第17題（見本文附錄）的設(shè)計(jì)思想更是與物理實(shí)驗(yàn)思路產(chǎn)生共鳴，它有效地克服了手拉彈簧稱測(cè)拉力不準(zhǔn)的弊病，事實(shí)上不論下面的長木板是勻速還是變速均不會(huì)影響彈簧稱的 讀數(shù)。其實(shí)物理課本中每一章的課后習(xí)題部分都有可探討之處。幾何光學(xué)那一章尤其如此。
五、實(shí)驗(yàn)也要融會(huì)物理思維方式
在實(shí)驗(yàn)中常用的物理思想方法有等效法、累積法、控制某個(gè)變量法、留跡法、圖像處理平均值法，這要學(xué)生們能夠領(lǐng)會(huì)，并能在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中找出到底用了什么物理思惟方式。比如在驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中就用了等效法（用位移代替速度）、累積法（重復(fù)打了許多點(diǎn)）、留跡法（用復(fù)寫紙留下小球落地后的點(diǎn)）等物理思維方法。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中通過找各實(shí)驗(yàn)中的思維方法，能夠讓這些思維方法深入學(xué)生的腦海中，并用于那些可能遇到的探索型高考物理實(shí)驗(yàn)題。
物理做為一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的學(xué)科，我想若在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)上有所突破必對(duì)學(xué)生整體物理水平的提高有很大的促進(jìn)作用。當(dāng)然以上只是我的一家之言，有不妥之處，望同行們指點(diǎn)。
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