實驗在物理教學中的重要作用

高中物理實驗是有目的、有計劃地運用儀器設備，在人為控制下，使物理現象反復出現，從而通過認真觀測獲取大量資料的一種科學研究方法。實驗教學與理論講授相配合，有利于學生對物理概念和規律的深刻理解和鞏固掌握，有利于調動學生的主觀能動性，是發展學生智能的重要途徑，也是幫助學生養成科學態度和科學作風的有效措施。

一、實驗驗證規律，突破教學難點

物理概念的形成和規律的建立，離不開實驗事實的探討和驗證。物理實驗能夠創造出真實的、排除干擾的物理環境，學生在這種實驗環境下，通過觀察、思考獲取典型的物理環境，通過最簡捷的思維活動建立概念、總結規律，并把理論運用于實驗。這對中學生來說，可以更深入地理解基礎知識，同時牢固地掌握并體驗到初步的運用。

例如，“楞次定律”歷來是高中物理教材中的重點和難點，為突破這一教學難點，在課堂上，把教師單一演示實驗變成每個學生的探索性實驗，采用邊教邊演示實驗的方法，通過教師引導、啟發，由學生自己總結出“楞次定律”。這樣不但使學生加深了對“楞次定律”的理解，也有效地提高了教學質量。

二、實驗探索物理規律，激發學生學習物理的興趣

實驗具有趣味性，它能充分運用學生的各種感官，激發學習興趣。興趣是產生動機的重要條件，是一個人獲得知識、開闊視野、推動學習的一種強大的內動力。因此，在物理教學過程中，通過實驗為學生展現出生動、直觀的學習環境，將極大地吸引學生的注意力，有利于學生去研究物理現象，探索物理規律，激發學生的興趣和求知欲。

高中物理教材中有許多物理規律的探索和得出是建立在物理實驗基礎上的。

例如，高二物理教材中的“法拉第電磁感應定律——感應電動勢的大小”一節中，法拉第電磁感應定律是建立在三個演示實驗的基礎上。在教學過程中，通過演示導體切割磁感線、導體和磁體發生相對運動、閉合電路的磁場發生變化，從而讓學生得出“穿過閉合電路的磁通量變化越快，感應電流和感應電動勢就越大”這一結論。然后又在這一實驗結論的基礎上讓學生探索出“電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比”這一法拉第電磁感應定律。這樣，既大大地激發了學生的興趣，又通過實際操作探索了物理規律，讓學生受益匪淺。

三、通過實驗教學，培養實驗設計思想，訓練學生科學的思維方法

實驗是一種基本的科學思維方法，在高中物理實驗中，許多實驗設計的構思十分巧妙，其中有一些實驗在物理理論的建立和發展中具有重要的意義，凝聚著許多科學家的智慧。通過實驗教學使學生明白得出實驗結果的思維過程，從而領會實驗設計思想。通過對高一教材中物理實驗的分析，筆者認為在教學過程中，通過實驗設計思想的介紹可以訓練高中學生科學的思維方法。下面以四種思維方法為例進行闡述。

1.轉換法

物理學科是一門精確的定量化的學科，在物理實驗中需要準確地測定物理量。但許多物理特征、過程或物理量要想直接觀測有困難，可以把要觀測的變量轉換成間接觀察和測量，這就是轉換法。

在高一物理教材中體現轉換法的學生分組實驗有“研究勻變速直線運動”，該實驗要求學生測定勻變速直線運動的加速度a，但是，在實驗中是根據紙帶在各個連續相等的時間里位移之差S與a之間關系滿足ΔS=S4-S1=S5-S2=S6-S3=3at2等式，把對a的測量轉換成對S與t的測量，從而利用ΔS=3at2等式求出加速度a。

2.比較法

比較法就是在一定的實驗條件下找出研究對象之間的同一性和差異性，比較是認識事物的基礎，被廣泛用于物理實驗中以探索物理規律。

在高一物理教材“平拋物體的運動”教學中，運用演示實驗將平拋運動和自由落體運動相比較，從而說明了平拋運動在豎直方向上是自由落體運動，水平方向速度的大小并不影響平拋物體在豎直方向上的運動，在此基礎上學生就容易理解平拋運動的規律了。

3.控制法

在高中物理實驗操作過程中，往往存在著多種變化的因素。為了研究它們之間的關系，可以控制一些不變量，依次研究某一因素的影響，這種方法稱之為控制法(或控制變量法)。

在高一物理教材中，研究物體的加速度跟物體受的外力及物體的質量之間的定量關系的演示實驗中，為了弄清楚外力F、質量m兩個因素中的每一個因素分別對物體加速度a的影響，必須這樣來進行實驗:在m一定的條件下改變F，考察a—F之間存在的函數關系;在F一定的條件下改變m，考察a—m之間存在的函數關系。上述研究方法就是控制法的典型例子。又如，在高一物理教材中的“向心力-向心加速度”這一章節中，用向心演示器進行演示實驗時進行這樣的操作:在半徑r和角速度ω一定時，考察向心力F與質量m的關系;在質量m和半徑r一定時，考察向心力F與角速度ω的關系;在質量m和角速度ω一定時，考察向心力F與半徑r的關系;從而得出勻速圓周運動向心力的公式F=mrω2。在上述實驗操作步驟中，控制變量是為了創設有利于物理規則推導的物理環境，突出反映研究對象本質的物理量間的關系，以進行有目的研究。

4.留跡法

在物理實驗中，有些物理現象瞬間即逝，如運動物體所處的位置、軌跡或圖像等，用一定的方法把這些物理現象記錄下來，然后通過測量或觀察來進行研究，這就是留跡法。

高一物理教材中，學生分組實驗“研究勻變速直線運動”和“驗證機械能守恒定律”，就是通過在紙帶上打點的方法記錄下小車和重物在不同時刻的位移，從而求出小車的加速度和重物的速度。又如在“平拋物體的運動”教學中，利用閃光照相記錄自由落體運動和平拋運動的軌跡來研究物體平拋運動所遵循的物理規律。上述兩例都是在物理實驗中采用了留跡法。

實驗在物理教學中占有非常重要的地位。因此，我們應該始終堅持以實驗為基礎的教學方向，重視實驗教學，并不斷改善實驗教學方法，使其在物理教學中發揮更大的作用。

(作者單位:廣東省中山市古鎮高級中學)