著重科學方法培養 讓實驗回歸教材

龐延理

摘 要：近幾年實驗創新進行的轟轟烈烈，實驗數據精確度不斷提高，但是實驗中的科學方法卻逐漸被掩蓋。以探究“探究加速度與力、質量的關系”為例我們探討實驗中所蘊含的科學方法，同時指出實驗創新在這些方面的不足。立足教材中的探究實驗，著重科學方法的培養，以教材探究實驗為主，創新實驗為輔。

關鍵詞：創新實驗；科學方法；實驗目的；弱化；體驗過程

中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2016）13-084-02

高中物理教學中， 在傳授物理知識的同時更應讓學生了解研究問題的科學方法，學會透過想象研究物體的本質， 這些的意義在某種程度上應該超過傳授知識本身。物理教學中物理實驗是科學方法和科學思想的最好載體。近幾年實驗創新進行的轟轟烈烈，但是實驗創新固然重要，但是在創新的同時我們不能一味的追求實驗的精確性，而忽略實驗中所蘊含的科學方法。對實驗中的誤差分析也是我們所要具有重要能力之一。

以““探究加速度與力、質量的關系”為例，該實驗是中學物理實驗中重要的實驗之一， 該實驗難度較大，過程比較復雜，也是高考中經?？疾斓膶嶒?。該實驗中蘊含很多科學的方法。

一、實驗前提條件中使用了控制變量法

“探究加速度與力、質量的關系”實驗所研究的是a、F、m間的關系，為了更好的研究三者之間的關系實驗中引入了控制變量的方法。

控制變量法，是在物理研究中最常用的方法之一。在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中， 在研究 、F、m之間的關系時， 先保持物體的質量m不變， 改變力F的大小， 研究a與F的定量關系。得出物體的質量m一定時， 物體運動的加速度a與物體所受的合外力F成正比； 再控制物體所受的外力F不變，改變物體的質量m， 研究a與m的定量關系。 得出物體所受的合外力F一定時， 物體運動的加速度a與物體的質量m成反比； 最后將二者加以歸納綜合， 得出a、F、m三者之間的定量關系， 即物體運動的加速度a與物體所受的合外力F成正比， 與物體的質量m成反比。

二、對小車受力的處理中使用了近似方法

實驗中以小車和沙桶為研究對象，根據牛頓第二定律， 得

實驗中通常情況下都要忽略一些次要因素的影響，在實驗采用了重物的重力來表示繩子的拉力，在滿足“M遠大于m”條件下是可以成立的。盡管這是一種近似，但是并不會影響的實驗的本質，在實驗中只要合理的引導，認真的分析清楚就沒有問題。誤差分析也是中學生應當學習和具備的一種能力。

三、在對小車摩擦力處理過程中采用了平衡摩擦力的方法，其本質上是等效法

通過平衡摩擦力，創設出一種等效的沒有摩擦的運動環境。盡管平衡摩擦力是實驗中的難點，但是對學生動手能力和科學思想方法的鍛煉和培養是其他創新實驗所不可替代的。然而現在實驗創新中，不少人把追求實驗的精確性作為實驗創新的突破口，而忽略了實驗的思想，這類實驗創新個人認為適合實驗拓展，而不適合應用在學生探究實驗中。比較常見的是借助于以下兩類器材進行實驗創新。

第一類借助于氣墊導軌減少摩擦力。該類方法的初衷與平衡摩擦力相同。但是實質上只是技術手段的提高而不是物理方法和物理思想的進步。對于學生科學方法和科學思想的培養并沒有起到太大的作用。并且有做過此類實驗的老師應該知道，實驗中調節軌道水平難度非常大，實驗靈敏度太高反而不適合學生探究。

第二類借助于光電門或者使用各類傳感器。光電門的使用，使得測量出物體的運動速度變得更加準確，這是值得肯定的。但是我們面臨著新的問題，其一、要用短時間內的平均速度代替瞬時速度；其二、要借助與電腦軟件對數據進行直接的處理。這些反而影響到了物體受力和運動的本質，同時也轉移了學生的注意力，使得一部分學生把關注的重點轉移到了光電門的使用上，從而使得實驗的目的被弱化，這不是我們實驗初衷。

傳感器的使用使得各類數據的測量變得更加準確，但是同時也掩蓋了物理方法。例如力學傳感器可以放在小車前端使得測出的力即為繩子的拉力，但是如何向高一的學生介紹傳感器的原理和使用，并且讓學生在短時間掌握其應用原理幾乎是不可能的。同時物理近似方法的使用不能夠得到體現和應用。再如，位移傳感器可以準確的得到小車的位移和時間的關系從而得到小車加速度，但是掩蓋了物體勻變速運動的求解過程，我們所能夠得到的只是冷冰冰數據，給人一種不真實的感覺，期中缺少了學生的體驗過程，實驗也就變得沒有了實際意義。

在近幾年的高考中這一類的實驗創新比較常見例如：

2012年海南卷給出的實驗裝置如圖所示

2009年上海卷“用DIS（位移傳感器、數據采集器、計算機）研究加速度和力的關系”的實驗裝置如圖所示

這些都是在教材傳統的探究實驗基礎上的創新，作為考題無可厚非，但是這些并不適合作為學生的探究實驗。

在課本探究實驗基礎上，我們可以嘗試讓學生自己自己思考如何實驗創新，也可以讓學生分析別人實驗創新的優缺點，這樣會更加有有利于學生對知識的理解和應用，更加有助于學生對科學的方法掌握，更加有助于學生向更高的層次拓展自己的思維。但是我們不能本末倒置，筆者認為實驗創新只能作為教材探究實驗的拓展，而不能替代教材中探究實驗。我們應當立足于教材中的探究實驗，注重于理解和掌握實驗中的科學方法。

參考文獻：

[1] 徐 紅，曹冬梅，. 驗證牛頓第二定律中牽引力對誤差的影響. 黑龍江科技信息，2010，（36）.

[2] 王寶英，. 用自制激光測速儀來驗證牛頓第二定律. 物理教學探討，2007，（1）.

[3] 張曉玲， 牛頓第二定律實驗的改進. 物理通報，2006，（3）.

[4] 孟衛東. 驗證牛頓第二定律. 中學生數理化（高中版），2005，（17）.

[5] 奚永康. “驗證牛頓第二定律”演示實驗的改進. 物理教師，2004，（4）.